隧道注压浆施工

隧道注(压)浆施工随着盾构的推进，在管片和土体之间会出现建筑空隙，为了填充这些空隙，就要进行衬砌壁后注浆。向衬砌壁后压浆是隧道施工的一道工序，以往常常被忽视，实际上在地面有密集建筑物的地区修建隧道时，它是一道非常重要的工序，并且一定要做好这道工序。衬砌壁后注浆根据注入的时间可分为一边向前推进，一边注入形成的建筑空隙的同步注浆和推进后立即注入的即时注浆两种，同步注浆法在开放型盾构和泥水式盾构施工中采用时，由于注浆材料可能向开挖面的渗透，流动的注浆材料的混入而造成正面泥水压力的变动和泥水质量的劣化，所以必须采用特别的方法来处理。土压系列盾构由于在切削刀盘内滞留着切削土，所以不会造成因注浆材料向开挖面渗透引起的麻烦。因此，采用不停地向盾尾密封部位加压、充填注浆材料的同步注浆施工法的实例也愈来愈多。一、压浆的作用（一）、防止地表变形盾构直径大于隧道衬砌外径，当盾构向前推进，脱出盾尾的衬砌与土层之间形成一环形间隙，过了一定的时间土层会变形来填充这一空隙，使地表产生沉降，如果用合适的材料及时填充空隙，使地层有了支撑就不易产生沉降变形，所以说压浆是防止地表变形的有效措施。（二）、减少隧道的沉降量如上所述，管片出盾尾，管片与土体之间产生空隙，使管片下部失去支撑，由于管片的自重，就产生了下沉，这将使原来成环良好的轴线受到影响，而压浆后能使管片卧在压浆的材料上，就好象隧道有了一个垫层，也就防止或减少了隧道的沉降，保证了隧道轴线的质量，满足工程使用要求。（三）、增加衬砌接缝的防水性能隧道是由预制管片拼装而成的，所以有众多的纵、环向缝隙，而这些缝隙正是防水的薄弱环节，设想如果在衬砌外壁均匀地铺设一定厚度能防水的材料，对提高整条隧道的防水效果是可想而知的，压浆正起到了这作用。（四）、改善衬砌的受力状况压浆后防止了地层变形和地层压力的增加，浆体便附在衬砌圆环的外周，使两者共同变形，从而改善了衬砌的受力状况。（五）、有利于盾构推进纠偏盾构推进纠偏效果与管片相对位置有较大关系，有时由于管片位置不佳，限制了盾构纠偏运动，对推进纠偏效果不仅无利，同时有可能损伤管片。如果用压浆的压力来调整管片与盾构的相对位置，使盾构有一个最佳的纠偏条件，若要使盾构向右纠偏，可选择右侧压浆使管片外周单侧有压力，迫使衬砌向右移动，靠足左面盾尾部，右侧盾尾内衬砌与盾壳之间的间隙加大，盾构向右侧纠余量就大了。所以说合理地选择压浆位置可有利于盾构推进纠偏，控制盾构的施工轴线，从而保证隧道总体轴线。二、注（压）浆工艺注浆工艺主要取决于隧道所处地层的土质，在土质条件好、建筑空隙有一定稳定时间时，则一般先压骨料来支护土体及填充空隙，然后注水泥浆，形成一种压浆工艺。但上海地层属于软土层，地下水位高，土质的含水量基本饱和，所以易采用一次注压浆体材料，以防土体流失。压浆应随盾尾后空隙的形成，立即进行压浆，并保持一定的压力，压浆工艺对盾尾密封要求较高，因此，要有一个不易漏浆的盾尾密封装置，及准备有堵浆的措施、设备和材料等。压浆量的多少，将直接影响到地表变形量的大小。根据以往的施工经验，一般压浆量为理论建筑空隙的150％～250％范围内，而实际施工应通过监测地表变形情况而定。压浆采用的控制压力可根据地面建筑物的特点及隧道埋深而定。另外还可采取多次压浆或增补压浆，以有效地控制地表变形。（一）、同步注浆管片背面注浆的实施，如能采用注浆材料在土体变形之前、压入建筑空隙，并可以保持和土体的土压力相应压力的注浆方法，是比较理想的。因此，采用不间断加压或类似的方法来进行注浆是最佳的方法。为了达到上述目标而开发研制的注浆装置就是同步注浆装置。这种装置采用了注浆压力自动控制系统，一面修正单轴螺杆泵的转速使压力保持不变，一面通过盾构机上所设的喷嘴或灌浆孔按与掘进长度和速度相应的量，直接向盾尾建筑空隙注浆。另外，通过电磁流量计在监测流量的同时进行自动注浆。（二）、聚氨酯注浆1、预制泡沫层注浆施工法预制泡沫注浆施工法就是预先在管片背面粘贴经过特殊处理的软质聚氨酯泡沫塑料，将这种管片拼装起来，在盾构推进通过管片环后的注浆孔注入水玻璃或水泥膨润土的施工方法。这种聚氨酯泡沫塑料具有适当的强度、弹性，以及对注浆材料的渗透性，因而能够适用于衬砌背面注浆的即时注浆方法，并能充分填满空隙。聚氨酯泡沫塑料被压缩在外层挡板内，可作为盾尾密封材料和注浆填塞器起到防止土体塌落和注浆材料渗入的作用。当管片通过外层挡板时即恢复原状，在接缝处保持一定的厚度，因此也能起到防止土体发生塌落的作用。另外，因聚氨酯泡沫塑料是一种亲水性材料，加上注浆材料的渗透性好，所以两者可化为一体，具有形成一个完整的背衬层的特点。2、空隙处发泡注浆施工法空隙处发泡注浆施工法使用的注浆后发泡的材料是硬质聚氨酯泡沫塑料。这种施工法在空隙处将主剂和发泡剂两种溶液混合起来，在空隙内发泡。该法泡注浆法大致可分为以下两类：(1)分割注浆法分割注浆法是在盾构推进后产生的盾尾空隙内，按一定间隔用发泡后材料形成背衬层，然后在这些隔墙之间注入比较廉价的注浆材料，达到充分充填目的。(2)反力压浆法反力压浆法就是在盾构进行曲线施工时产生的超挖部分及早地充填“现制泡沫”，形成一个有强度的背衬层，用以防止盾构推进后出现建成隧道的纵向变形等情况的施工方法。同时，在超挖量较大的部位也可以将“硬化泡沫”同轻骨料配合使用。空隙处发泡注浆施工法的特点如下：a、由于材料具有速硬性，且表面的张力较大，所以能提前形成背衬层并达到稳定，不向地层内扩散和渗透，能够用最少限度的量和时间完成注浆；b、发泡体是由独立气泡构成的，止水性好，防振效果也相当出色；因是速硬性材料，能够向盾尾后的空隙内实施即时注浆。同时，不存在重新溶解的危险，所以没有公害上的问题。三、压浆材料（一）、原材料1、黄砂—浆体中的骨料；2、水泥—胶结剂；3、石灰膏—增加浆体的润滑性；4、粘土浆—可用膨润土或原状土拌制，作为填充料；5、粉煤灰—填充料；6、水玻璃—凝结剂。（二）、材料的要求上面介绍了压浆的常用原材料，实际上压浆的材料远远不止这些，但作为压浆用的材料应能符合压浆工艺所需，总而言之，选择后的材料拌制成浆体要满足下列要求：1、和易性要好。要易搅拌，易压送，在运输过程中能保持不离析、不沉淀，要具有能填补空隙的流动性；2、凝结时间要合适。对压浆来说，压出的浆体凝结时间是指初凝与终凝的时间，从盾构施工要求，初凝要快，终凝要慢，即要求压出的浆体在较长时间内应具有塑性，这样可防止破坏盾尾密封装置，这是凝结时间的一个概念；另一个要求是初凝时间要快，这样压出去的浆体在短时间内达到初凝，使浆体不易流失可保证压浆质量；3、要有一定的强度。压浆的作用之一是支护地层，不使地层产生沉降变形，所以要求浆体在凝固前有一定的早期强度而凝固后的强度要略高于原状土；4、收缩率要小。浆体凝固时产生的体积收缩要小，其目的也是为了减少地表变形；5、材料来源要充足，价格要低廉，要尽可能地利用工业废料。(三)、配合比可根据所处土质、施工环境选择使用，有时还要结合大量的实验室试验，按照试验数据来确定准确的配合比。以下所列的注浆材料配合比：1、压浆材料配合比(体积比)序号石灰膏粘土磨细粉煤灰黄砂原状粉煤灰水玻璃111～23～44～50.04～0..08214～54～5310.62.620.1225注：一般情况不宜采用，只有在条件限制时采用。2、普通砂浆类材料配合比(每m3重量比，单位：kg)序号水泥粉煤灰膨润土黄砂混合材料水12501401200401219146920572316311183663524250150100133023003、加气砂浆类材料配合比(每m3重量比，单位：kg)水泥粘土砂凝结剂发泡剂水2402401002.43254、速凝砂浆类材料配合比(每m3重量比，单位：kg)A液(00.5m33)B液液(00.5m33)水泥膨润土水硅酸钠水25012～132502504362505、上海地铁常用的惰性浆液配合比(重量比)黄砂膨润土粉煤灰水32%11%30%27%四、压浆方法和设备压浆设备分两个系统：地面拌浆或工作面拌浆和隧道内的压浆。（一）、地面拌浆或工作面拌浆一般隧道施工在地面设有拌浆站，主要用来堆放原材料，配制、拌和浆体，主要设备有：1、拌浆机，一般用强制式灰浆拌和机；2、材料起吊输送设备，如电动葫芦、斗车、运输车辆；3、气压式压浆装置，用罐式气压压浆机压注豆粒砂或轻骨料。4、浆体质量测定仪器、稠度仪；5、磅秤。工作面拌浆是将以上仪器、设备安置在车架上，将所用的原材料陆续运入车架上的储存筒或直接进行拌浆，考虑到隧道的空间比较小，所以这种方法一般用在注浆量较少的后期补压浆或局部压浆时采用。（二）压浆设备由压浆泵、软管、连接管片压浆孔的旋塞式浆嘴、管路接头、阀门等组成。用于隧道衬砌背后注浆的注浆泵，有往复式活塞泵、柱塞泵、单轴螺杆泵和挤压泵等，其特点分别如下：1、往复式活塞泵(1)最具有通用性；(2)可适用于普通砂浆和冲气砂浆的长距离压送；(3)双液泵主要用于化学注浆。2、柱塞泵(1)高压注浆；(2)由