浅析盾构同步注浆施工

建筑施工

浅析盾构同步注浆施工

张志国

（中铁十九局集团第五工程有限公司）

摘要：对盾构施工中盾尾注浆常见问题及分析，盾尾密封在控制漏浆方面的作用，漏浆的危害与漏浆的原因以及盾尾密封形式、浆液配比、油脂性能对盾尾密封性的影响，提出了保证盾尾密封完好的各项措施。

关键词：盾构掘进地面沉降盾尾密封防止漏浆尾刷密封油脂

城市地铁以其快速、便捷、运量大，等优点，在世界各国得到了

迅速的发展。然而随着城市规模的扩大，越来越多的地铁隧道需要

穿越大量建筑物、

地下管线，穿越各类复杂地层，尤其是含水量高的软粘土层、液化程度高的沙层、裂隙水丰富的风化岩层。使得地铁隧道施工面临着严重的挑战，在此情况下如何选取一种安全可靠的隧道施工工法，是工程成功与否的关键，而盾构施工工法以其对周围

环境影响小、

成形质量高、安全可靠、施工进度快、造价低等优点，成为城市隧道施工工法的首选。而同步注浆技术是盾构工法中必不可少的关键性辅助工法，是控制地面沉降的关键。如果注浆过程中发生漏浆，地面的沉降必定增大，从而引起地面沉降、隧道扭曲、隧道超限。所以避免出现漏浆是盾构掘进中的重要任务和关键技术，而保护盾尾密封的完好是保证不漏浆的前提。

１、

盾尾注浆的目的及分类１．１注浆的目的

盾尾注浆的目的主要有以下几个方面：（１）控制地面变形。由于盾构机刀盘的开挖直径大于管片外径，管片拼装完毕并脱出盾尾后，与土体形成一个环形间隙，简称盾尾间隙（如图１）。盾尾间隙如果不及时得到填充，势必造成地层变形，使相邻地表建筑物沉降或隧道本身偏移。盾尾注浆的主要目的就是及时填充盾尾间隙，防止因盾尾间隙的存在导致地层发生较大变形。盾尾脱离管片后，土体与管片存在着间隙，此时浆液迅速填充空隙，可大大减少土层的移动，从而减少地表的变形。

（２）提高隧道的抗渗性。盾尾注浆凝固后，一般都有一定的抗渗性能，可作为隧道的第一道止水防线，从而提高隧道抗渗性能。

（３）具备一定早期强度的浆液及时填充盾尾间隙，可确保管片衬砌的早期和后期稳定性。盾构隧道是一种管片衬砌与围岩共同作

用的结构稳定的构造物，管片背面空隙均匀、

密实的注入，充填是确保土压力均匀作用的前提条件。

图１

盾尾间隙示意图

１．２盾尾注浆系统分类

根据盾尾注浆与掘进的关系，从失效性上可将盾尾注浆分为三大类：

（１）同步注浆。盾尾间隙形成的同时，立即注浆，使浆液及时填充盾尾间隙的方式；

（２）及时注浆。掘进了一环或数环后，盾尾已存在大量间隙空间，才对盾尾间隙进行注浆的方式。这种注浆方式由于不能迅速盾尾间隙进行填充，增大了对土的扰动性，不利于地面沉降的控制，而且由于早期管片脱出盾尾后处于悬空状态，受力状态较差，容易发生错台。因此，该方式仅在地质情况良好，对地表沉降要求不高时采用；

（３）二次注浆。

一次注浆效果不理想时，需要通过二次注浆对早期注浆进行补充。一般在隧道发生偏移、地表沉降异常时或在一些特殊地段（盾构进出站、联络通道附件）使用。

２、

同步注浆系统介绍１４２

２．１同步注浆系统结构

同步注浆通过注浆管路、

注浆泵及控制系统来实现。盾构机掘进的同时，通过同步注浆系统将浆液同步注入管片和开挖洞身之间的环形间隙之中，以提高隧道的防水性，防止施工区域地表沉降。另一方面，由于充填及时，对刚拼好的几环管片的支撑和承托作用加强，减小了管片移动的可能性，从而减少管片在推力作用下开裂和错台的可能。

小松公司为了满足国内各施工单位对壁后注浆的不同要求以及由于各工程地质条件的不同需要采取单液或双液注浆的情况，在设计盾构机壁后注浆系统时，采用了既能单液注浆也能双液注浆的设计，见图２同步注浆系统图

（一）系统配置了１个４．１ｍ３左右的浆液箱，内有搅拌叶可以对

浆液进行搅拌及给活塞泵喂料，１个Ｂ液

（水玻璃）箱和泵送挤压泵，另外配置了１个高压水泵及水箱，可分别通过管路连接到盾壳

上的４个注浆点。

在盾壳上设置４点注浆点，每１点上有３根管路，１根φ２０ｍｍ的管路为Ｂ液浆管路，并且在紧靠出口处与１根φ４５ｍｍ的Ａ液（或单液浆）管路相连，第３根为清洗管路。

（二）单液注浆时，只需用双作用活塞泵将储存在搅拌装置中的单液浆通过管路泵送到盾壳上的同步注浆点既可。

（三）双液注浆时，双作用活塞泵将储存在具有搅拌装置中的Ａ液浆，挤压泵将储存在Ｂ液箱中的Ｂ液浆同时通过各自的管路向盾壳上的同一注浆点泵送，在盾壳靠近出口处混合然后进入管片壁后。

同步注浆４路注浆管道设置了４个注浆压力传感器、压力表及气动球阀，整套系统由程序自动控制注入量和注浆压力，注浆时，砂浆的流量和压力受到严格的监控，以防过大的压力造成地面隆起。为了能够适应不同的注浆量和压力要求，注浆量和压力也可以在控制操作触摸屏上进行人工调整。

２．２．盾尾密封系统结构

盾构机盾尾密封系统是盾构机正常掘进的关键系统之一。追溯盾构机的应用实践，盾构法隧道施工所发生的安全事故常常发生在盾尾而不是在盾构机机头。盾构机盾尾密封一般分为刚性密封和柔性密封。由于刚性密封对管片生产和管片拼装质量要求较高，逐渐被柔性密封取代。盾尾密封的设计主要由衬砌环与盾尾之间产生的环状间隙确定，其密封范围在２０￣４０ｍｍ之间。盾尾密封必须能够承受由土压和水压产生的压力以及泥浆压力。为了提高止水性需要

安装２段以上的盾尾密封。

对于安装的段数，是由盾构的外径、地质条件、

施工过程中是否需要更换盾尾密封等条件决定。盾尾密封的形式通常有钢丝刷、钢板束等。盾尾管路和尾刷的布置如示意图。目前较为理想且常用的是采用多道、可更换的盾尾密封装置，如图

３。尾刷的道数根据隧道埋深、

水位高低来决定，一般取２￣３道。图３盾尾密封示意图

由于钢丝束内充满了油脂，钢丝又为优质弹簧钢丝，使其成为一个既有塑性又有弹性的的整体，油脂保护钢丝免于生锈损坏。油脂加注采用专用的盾尾油脂泵，这种盾尾密封装置使用后较佳，一次推进可达５００ｍ左右，这主要看土质情况如何，相对而言，在砂性土中掘进盾尾损坏较快，而在粘土中掘进则寿命较长。

对于南京地区的具体情况，盾构机采用内注密封油脂式钢丝刷柔性密封系统即可满足隧道施工要求。钢丝刷密封系统柔度适中，适应性强，对管片及管片拼装质量要求一般。盾构机掘进时，向盾尾连续注入优质盾尾油脂，可保证在０．５ＭＰａ的压力下盾尾不会出现渗漏水和漏浆。

３、

盾尾注浆施工中常见问题３．１漏浆造成地表沉降超限３．１．１漏浆的危害性

（１）地面下沉，地面建筑物受损。由于漏浆而导致地面不均匀沉降，地面建筑物变形甚至开裂。

（２）隧道变形。漏浆可导致隧道上下浮动，左右偏移，管片错台，渗漏水等质量缺陷，进而影响以后的地铁运行。

（３）资源浪费，污染环境且增加了清理量，延误掘进进度，由于漏出的浆液不能重复利用，只有用水泵抽到沉淀池再进行清理，这样不但浪费了浆液和水电而且影响施工进度。

３．１．２漏浆的原因分析（１）注浆材料和配比不当。

（２）注浆压力过大或者注浆量过多，击穿盾尾刷，导致漏浆。（３）注浆和掘进不同步，掘进时注浆量不够，而掘进停止时注浆过多。

（４）盾构机姿态与管片姿态偏差太大，若盾构机姿态控制不好，同时管片选型不当，会使盾尾间隙不匀称，尾刷一边紧一边松，间隙大的地方容易漏浆，间隙小的地方尾刷受损，给漏浆造成隐患。

（５）管片质量和拼装质量低下。如果管片在拼装之前有破损，或者在拼装时操作不当，使止水条错位、管片崩裂或者管片间缝隙过大都会造成渗水和漏浆。

（６）注脂的注入量和注入压力。盾尾密封油脂的注入量和注入压力要在适当的范围之内，注入量过少不足以保护盾尾刷，过多则造成材料的浪费。

３．２掘进过程中仅以注浆量为控制指标，限定每环的注浆量，导致注浆量偏少，不能有效的对盾尾间隙进行填充。这大多发生在以下几种情况：①某些特殊地段或较小的转弯半径上，土层损失加大；②由于地址条件或其他特殊原因，掘进过程中某环出土量剧增，而没有相应增大注浆量；③地层特性变化，却没有相应调整注浆量，如从粘土变为砂土、从粘土变为裂隙水丰富的风化岩层等情况。

３．３．浆液选择及控制要求

盾构机掘进过程中形成的管片与土体之间的空隙将采用注浆回填，浆液是通过运浆车送到洞内，注浆与掘进保持同步，采用同步注浆。盾构掘进中的同步注浆和衬砌壁后补压浆是充填盾构壳体与管片圆环间的建筑间隙和减少后期土体变形的有效手段，同时也可加强隧道的稳定性．

同步注浆选择可硬性浆液进行及时、均匀、定量压注，确保其建筑空隙得以及时和足量的充填，压浆量视地层变形监测数据而定。稠度控制在９～１１ｃｍ。压浆属一道重要工序，须指派专人负责，对压入位置、压入量、压力值均作详细记录，并根据地层变形监测信息及时调整，确保压浆工序的施工质量。

（一）所配出的浆液应具备以下性能：

１、

初始粘度低以更好地充填盾构掘进造成的间隙；２、

凝结速度快以避免沉陷；３、

不得堵塞盾尾密封。在盾构掘进的过程中，每环注浆量控制在２００％－２３０％，为减少地下的后期变形，必要时进行衬砌壁后注浆，注浆参数及注浆量的选择根据实际情况而定（待１００ｍ试验段施工得出的数据），为防止浆液在注浆系统内硬化，定时对注浆系统及拌浆系统进行清洗，严禁在同步注浆系统堵塞的情况下进行盾构掘进。

（二）各项控制压力的选择考虑以下因素：

１、

注浆位置的水压力和土压力；建筑施工

２、

管片的承压能力；３、

不会对盾尾密封刷造成损害；４、

既能防止地面下沉超限，又不导致地面隆起超限；５、

浆液不会进入土仓；６、注浆操作既可人工又可自动，控制开关设在盾构机操作盘上。

每环掘进之前，都要确认注浆系统的工作状态处于正常，并且浆液储量足够，掘进中一旦注浆系统出现故障，立即停止掘进进行检查和修理。

３．４．注浆主要施工参数

注浆压力：根据注浆目的要求调整注浆压力，充分充填盾构施工产生的地层空隙，避免由此引起的地表沉陷，影响地表建筑物与地下管线的安全。同时，防止过大的注浆压力引起地表有害隆起或破坏管片衬砌。背衬同步注浆压力控制在０．２～０．４ＭＰａ，二次补充注浆压力控制在０．３～０．５ＭＰａ。

注浆量：Ｑ＝Ｖ・λ

λ—指注浆率

（一般取２００％－２３０％）。Ｖ—盾构施工引起的空隙

（ｍ３）。Ｖ＝π

（Ｄ２－ｄ２）Ｌ／４Ｄ—指盾构切削外径

（ｍ）（削切外径６．３４ｍ）。ｄ—指预制管片外径

（ｍ）（预制管片外径６．２ｍ）。Ｌ—回填注浆段长即预制管片每环长度（预制管片每环宽１．２ｍ）。

根据公式计算得：

Ｑ＝（６．３４２－６．２２）×３．１４×１．２×（２００％～２３０％）／４＝３．３１～

３．８０ｍ３

即注浆量为３．３１～３．８０ｍ３／环（１．２ｍ）。

注浆量和注浆压力由技术人员确定。注浆工应及时做好拌浆记录和注浆压力、注浆量的记录，并按期检查浆液质量。尤其是，应控制和记录每一环的实际注浆量与环状间隙的理论容积的比较值，注浆量一般控制在理论空隙值的２．０～２．３倍。

根据地面沉降监测成果材料，如果发现注浆不足或不理想，应尽快进行二次补充注浆。二次补压注浆用水泥水玻璃双液浆，水泥采用３２．５＃普通硅酸盐水泥，水玻璃采用４０Ｂｅ的浓度，浆液水灰比为：１：１．２；水泥与水玻璃的配比（体积比）为：１：０．７。

３．５保证盾尾密封完好的措施

只有保证了盾尾密封的完好才能有效的防止漏浆，保护盾尾密封可采用以下措施：

（一）盾尾密封油脂重量合格，注入压力足够，注入量饱满；（二）浆液用料配比选择合理，注浆压力和注浆量不超限；

（三）盾构机要严格按要求操作，控制好姿态和速度，防止损坏尾刷；

（四）管片选型要合理，拼装慎重，杜绝野蛮拼装，拼装之前要将管片清理干净。

３．６，盾构机注浆控制措施主要有

（１）盾构机设计制造时，应根据地层情况，选择不同的盾尾注浆方式。在条件允许的情况下，尽可能采用通过安装在盾尾的注浆进行同步注浆的方式，注浆过程应设计为自动控制。并将通过管片注浆作为备选注浆方案或补充应急方案。

（２）合理选择注浆液类型。①惰性注浆液初凝时间长，制备成本低，在上海等软弱地层为主的地区应用较为广泛，但由于强度较低，抗渗性能差，不利于隧道衬砌的早期稳定和隧道防渗效果。硬性注浆液制备成本相对较高，初凝时间长，早期具有一定强度，对于隧道衬砌的稳定较为有利，双业浆初凝时间很短，强度高，相对另外两种浆液而言，注入量最少，注浆效果最佳，广泛适应于各种地层，但施工工艺较为复杂，施工过程控制要求较高。②根据隧道区段变化而调整。在靠近洞门和联络通道前后的注浆，应提高注浆液强度和抗

１４３

建筑施工

框剪结构填充墙饰面产生裂缝的质量控制措施

仲昭泓

沙立民

（黑龙江省合江林业勘察设计院）

一、框架砼结构与填充墙间的拉结与加固。润。随后对砌块砌体和混凝土部分进行满面喷浆处理。抹灰前墙体（１）严格按照规范和设计要求在陶粒填充墙与砼结构柱、墙、梁表面应保持湿润。若墙面基层有凹凸不平现象时，在抹灰层较厚处间设置拉结钢筋。先用砂浆分层找平，必要时要用钢丝网加固，每层找平厚度不得大

同时在砌筑高度大于３６００ｍｍ的楼层，每层墙高的中部或门于１０ｍｍ，层与层之间的粉刷间隔不得少于２４小时。

（２）在陶粒砌块墙上基层上用砂浆固定耐碱玻璃纤维网格布窗洞口顶标高处增设了厚度为１２０ｍｍ与墙体同宽的Ｃ２０混凝土

圈梁，纵筋为４Φ１０，箍筋为Φ６＠２００。（５×５ｍｍ，１２０ｇ／ｍ２），满铺于陶粒砌体墙上，搭接长度不短于

（２）为了有效的安装、加固塑窗在外墙窗洞口四周设置钢砼加１００ｍｍ。陶粒墙体与砼结构相连接部位碱性网格布在砼结构上搭固结构。接长度不短于１５０ｍｍ。

这样就大大改善了墙体与主体框剪结构的整体性。约束了墙体（３）墙体应分层进行抹灰，因砌块的强度较低，若抹灰层强度较的干缩及温度变形，从而增加了砌体的整体刚度。高，则会出现空鼓或放射性空鼓裂缝。故基层采用强度较低的１：１：

二、保证陶粒填充墙的砌筑施工质量６混合砂浆，适当提高砂浆配合比中粗砂的比率，以减少砂浆干燥（１）陶粒砌块的干缩性大，为了防止砌体干缩缝裂缝的产生，陶收缩。中层或面层采用１：０．３：３混合砂浆。总厚度应控制在２０ｍｍ

若厚度太大，应采用隔天分层刮糙的办法进行处理。建筑物外粒砌块养护龄期应超过２８ｄ，达不到的产品，在砌筑过程中易断裂、左右。

掉角、破碎。如使用地墙砌体上，会使已完成的抹灰面上产生裂缝。墙面采用４５ｍｍ×１４５ｍｍ面砖，砖饰面采用１：２．５的水泥砂浆进

（２）陶粒砌块第天的砌筑高度不超过１．８ｍ。由于砌块体积较行粘结。大、砌体又设置拉结筋，所以相应灰缝厚度也有所增加，当一面填充（４）若墙体面积较大、长度较长时，抹面应设置分格缝，分格缝墙体砌筑完成时，墙体的自然沉降会逐渐展开，使墙体上部与主体最大间距为２ｍ。抹灰完成后墙面涂料施工前嵌填弹性腻子至面层

板底时，应留一定结构的接触处产生裂缝，因此填充墙砌至接近梁、平。分格缝释放了大部分抹灰层干缩应力，从而减少了抹灰层干缩

的空隙，以便任由填充墙自由沉降变形。裂缝。

（３）砌筑前为保证陶粒砌块的湿润程度（含水率５－８％）使之与（５）抹灰面层收水后，即用塑料搓板磨平、压光，待手按无明显砌筑砂浆有较好的黏结，应提前２ｄ浇水湿润。下陷时再次压光，压光不得少于三遍。禁止表面批水泥浆或撒干水

（４）采用专用的陶粒砌体Ｍｂ型水泥粉煤灰混合砌筑砂浆砌泥，在最后一遍压光时随即用毛刷拉细毛，这样就避免了压光过早筑。施工过程中严格控制砂浆的配合比和砂浆稠度。和表面压的过于光滑而引起砂浆的收缩裂缝。

（５）严格按照施工验收规范的要求进行上下层错缝组砌。在砌（５）在墙面上凿槽敷管时，使管道表面应低于墙面４￣５ｍｍ，并体砌筑前，绘制块植物区系排列图，确定皮数杆每层砌筑皮数，水将管道与墙体采用铁丝钉固定牢靠，不得有松动、反弹现象。然后浇平、竖直灰缝宽度，砌块的搭接长度，及不同规格砌块的使用位置水湿润。嵌填水泥砂浆，填补至与墙面相平。并沿管道敷设方向铺等。并且严格控制砂浆饱满度及灰缝的厚度。１０ｍｍ×１０ｍｍ的φ８钢丝网，其宽度跨过每边不小于５０ｍｍ，蹦

（６）作好成品保护工作，砌筑后应尽量保证墙体避免撞击振动，紧钉牢后方可进行。并对其进行及时的养护，以保证砌体强度能够得到正常的增长。通过该工程的实践证明，只要采取了像上述相应的措施和对

三、保证陶粒填充墙的抹灰施工质量策，同时认真进行原材选购，精心组织施工，相信框架剪力墙结构填（１）抹灰前用钢丝刷对抹灰面满刷一遍，再用压力水进行冲洗，充墙饰面（面层）的裂缝问题是一定可以避免的。清除灰尘等杂渍对砂浆与墙面粘附力的影响，同时对墙面进行了湿

（上接１４３页）

渗性能；洞门结构和联络通道施工前，还需要双浆液等进行二次注

正式掘进前，应根据地址勘探浆补强。③根据地址情况变化而调整。

和补充地址勘探成果，进行浆液配合比实验，最好是单浆液和双浆液配比均准备２组以上；浆液初凝时间、早期强度和２８天强度均满足于围岩共同作用的要求；液化地层，还应浆液抗液化实验。④根据浆液运输方式选择。

（３）合理选择注浆压力、注浆量、注浆位置。正常施工阶段，以注浆压力控制注浆量，沉降控制要求相当高的地段，采用注浆压力和注浆量双重控制标准。为防止盾尾被击穿，注浆压力不能大于盾尾密封所能承受的设计压力，一般不易大于０．４ＭＰａ。

（４）加强管片沉浮的检测，摸清盾构机通过不同地质断面的沉浮规律，以相应调节盾构机姿态和注浆参数。为控制管片上浮，并防止因浆液流动性好而造成隧道顶部出现浆液填充现象，在通过盾尾注浆管的同步注浆过程中，宜将位于上部的两根注浆管注浆压力和注浆量提高；在通过管片注浆孔注浆的过程操作中，一般应选择在顶部的２片管片注浆。

（５）合理选择管片外弧面接缝构造形式。

（６）通过地面沉降检测成果指导盾尾注浆施工，当盾构机某环掘进过程发现出土量远超出理论方量时，则有可能前方地层发生坍

塌，应增加盾尾注浆量。

（７）制定详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检查、记录、分析，及时做出Ｐ（注浆压力）

（时间）曲线，分析注浆效果，反馈指导下次注浆。－Ｑ（注浆量）－Ｔ

（８）避免出现漏浆，而做好盾尾密封又是防止漏浆的关键和基本保证。注意盾尾刷的保护特别是在始发之时，在尾刷和尾刷之间注入的油脂量必须足够，油脂质量必须保证，否则尾刷将在没有润滑的情况下被摩擦损坏，甚至在没有油脂的屏蔽下被水泥砂浆“冻结”硬化，失去密封作用，此时更容易被摩擦损坏，密封刷一旦被损坏则必然导致漏浆。

结束语４、

在盾构施工过程中，盾尾注浆是施工中的重要一环，对隧道的后期成型，地表的沉降控制起着重要的作用。

参考文献：

１］张凤祥，土建注浆施工与效果检测。上海：同济大学出版社，１９９９．［２］周东，李明文。盾构隧道施工中同步注浆新材料的实验研究。地下工程与隧道。２００２，１０－１３

注浆技术在地铁土建工程中的应用。铁道建筑技术，［３］郭银波，黄忆龙。

２００２，２０－２２。

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