盾構施工引起的地層損失和盾構隧道周圍受擾動或受剪切破壞的重塑土的再固結以及地下水的滲透,是導致地表沉降的重要原因。為減少和防止地表沉降,在盾構掘進過程中,要盡快在脫出盾尾的襯砌管片背后同步注入足量的漿液材料充填盾尾環形建筑空隙。
1、注漿目的
管片襯砌背后注漿是盾構施工中的一項十分重要的工序,其目的主要有以下三個方面:
①及時填充盾尾建筑空隙,支撐管片周圍巖體,有效地控制地表沉降;
②凝結的漿液作為盾構施工隧道的防水屏障,增強隧道的防水能力;
③為管片提供早期的穩定并使管片與周圍巖體一體化,有利于盾構掘進方向的控制,并能確保盾構隧道的終穩定。
2、注漿方式和特點
以區間隧道穿越及施工影響范圍內地層的地質主要為粉質粘土及淤泥質粘土層為案例。地層自穩能力差,盾構掘進后受擾動的圍巖不能自穩,易產生坍塌變形,從而引起地表沉降,采用同步注漿及時回填,必要時再以二次補強注漿進一步填充,確保對盾尾建筑空隙填充密實。
①同步注漿
根據隧道洞身穿越地層的特點,為能盡早充填盾尾建筑空隙及時支撐管片周圍巖體,防止地層產生過大變形而危及周圍環境安全,采用盾構邊掘進邊注漿方式,通過盾構機自設的同步注漿系統及管片預留注漿孔,注漿在盾構尾建筑空隙形成的同時進行。
②二次注漿
同步注漿使盾尾建筑空隙得到及時填充,地層變形及地表沉降得到控制,在漿液凝固后,強度得到提高,但可能有局部不夠均勻或因漿液固結收縮產生空隙,因此為提高背襯注漿層的防水性及密實度,必要時再補充以二次注漿,進一步填充空隙并形成密實的防水層,同時也達到加強隧道襯砌的目的。
二次注漿一般在管片與巖壁間的空隙充填密實性差而致使地表沉降得不到有效控制或管片襯砌出現較嚴重滲漏的情況下才實施。施工時采用地表沉降監測信息反饋,結合洞內超聲波探測管片襯砌背后有無空洞的方法,綜合判斷是否需要進行二次注漿。
3、注漿設備
同步注漿采用盾構機后配套附帶的同步注漿系統,補強注漿采用雙液注漿機。同步注漿漿液在洞外拌制,采用自行設計的漿液拌合站,拌制好的漿液由轉駁泵運到洞內泵入盾構機自備的儲漿罐中待注。二次補強注漿管及孔口管自制,其加工應具有與管片吊裝孔的配套能力,能夠實現快速接卸以及密封不漏漿的功能,并配備泄漿閥。
①注漿壓力
同步注漿時要求在地層中的漿液壓力大于該點的靜止水壓力及土壓力之和,做到盡量填補同時又不產生劈裂。注漿壓力過大,管片周圍土層將會被漿液擾動而造成后期地層沉降及隧道本身的沉降,并易造成跑漿;而注漿壓力過小,漿液填充速度過慢,填充不充足,會使地表變形增大,依據深圳地質情況,同步注漿壓力一般為0.2~0.5Mpa,二次注漿壓力為0.3~0.6Mpa。
②注漿量
同步注漿量理論上是充填盾尾建筑空隙,但同時要考慮盾構推進過程中的糾編、漿液滲透(與地質情況有關)及注漿材料固結收縮等因素。
③注漿速度及時間
根據盾構機推進速度,以每循環達到總注漿量而均勻注入,盾構機推進開始注漿開始,推進完畢注漿結束。
④注漿順序
同步注漿通過盾尾注漿管在盾構機推進的同時壓注,在每個注漿孔出口設置壓力傳感器,以便對各注漿孔的注漿壓力和注漿量進行檢測與控制,從而實現對管片背后的對稱均勻壓注。為防止注漿使管片受力不均產生偏壓導致管片錯位造成錯臺及坡損,同步注漿時對稱均勻的注入十分重要。補強注漿通過管片預留注漿孔注漿,應先壓注可能存在較大空隙的一側。
4、質量保證措施
①施工前應進行詳細的漿液配比試驗,選定合適的注漿材料、添加劑及漿液配比,保證所選漿液配比、強度、耐久性等物理力學指標滿足工程的設計要求;
②制定詳細的注漿施工設計和工藝流程及注漿質量控制程序,并制定專門的作業指導書。嚴格按要求實施注漿、檢查、記錄、分析,及時做出P(注漿壓力)—Q(注漿量)—t(時間)曲線,分析注漿效果,反饋指導下次注漿,并及時報監理工程師;
③注漿作業由專人進行,上崗前應通過培訓,施工過程應由富有經驗的土木工程師負責注漿技術指導工作;
④根據洞內管片襯砌變形和地面及周圍建筑物變形監測結果,及時進行信息反饋,修正注漿參數和施工方法,發現情況及時解決。
⑤做好注漿設備的維修保養、注漿材料供應,以保證注漿作業順利連續不中斷的進行;
⑥做好注漿孔的密封,保證其不漏水。
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