同步注浆及二次注浆方案

目录

1、工程概况 (1)

2、编制依据 (1)

3、施工组织机构设置 (2)

4、同步注浆 (3)

4.1、同步注浆系统原理 (3)

4.2、同步注浆材料及配比设计 (5)

4.3、同步注浆主要技术参数的设定 (6)

4.4、同步注浆工艺流程及过程控制 (8)

4.5、质量保证措施 (12)

5、二次注浆 (13)

5.1注浆材料 (13)

5.2注浆设备 (13)

5.3注浆参数 (14)

5.4注浆孔位置 (14)

5.5注浆过程控制 (14)

5.6安全、文明施工措施 (15)

一、工程概况

汽车北站—开福区政府站盾构区间：右线线路起、终点里程分别为YDK10+366.9和YDK11+446.3，区间长1079.4米。左线线路起、终点里程分别为ZDK10+366.9和ZDK11+446.3区间长1079.047米（含短链0.353米）。线间距为13米。

本区间隧道平面线型有直线和曲线组成；整个区间隧道线型沿芙蓉北路布设，盾构区间子汽车北站以直线形式进入芙蓉北路，然后以半径R=2000m的左偏曲线沿芙蓉北路稍向西南方向偏移，最后沿芙蓉北路以直线形式到达区间终点开福区政府站。

区间隧道纵断自汽车北站以2‰的坡度进入到芙蓉北路，后经五个变坡点穿越芙蓉-22‰、-5‰、4.702‰、22‰，最后以-2‰的纵坡到达开福区政府站。隧道埋深（现状）约在9.4—15.3m之间，最大埋深达15.3m。

区间在里程YDK10+950.745(ZDK10+950.390)处设置联络通道兼作废水泵房。

二、编制依据

1.《汽车北站-开福区政府区间地质勘查报告》；

2.《盾构法隧道施工与验收规范》GB50446-2008；

3.投入本标段盾构注浆设备操作规程；

4.国家、长沙市现行其他相关规范、强制性标准；

5.我单位盾构施工相关经验；

三、施工组织机构设置

同步注浆及二次注浆在盾构施工中起到至关重要的作用，因为它不仅会影响到隧道的成型质量，还会影响到地面的沉降，甚至危及到地面建筑物、地下管线的安全，为确保“安全、优质、高效、低耗”地完成本工程施工，我经理部特成立一个注浆组。由项目经理任组长、总工程师和副经理任副组长，另请一名资深的盾构专家作为技术顾问；由工程管理部、安质环保部、机电部分别负责现场技术、安全质量、机电维修方面的监督指导；下设一个同步注浆作业班和一个二次注浆作业班负责现场施工。注浆作业班都是按两班倒制作业，同步注浆作业班每班由3个拌浆工、1个操作手组成，二次注浆班每班由2个拌浆工，1个司泵工、一个记录员组成。组织机构如下图所示。

组织机构图

四、同步注浆

盾构的外径为 6.28m，管片的外径为 6.0m，当盾构机掘进后，在管片与地层之间将存在一定的空隙，为控制地层变形，减少沉降，并有利于提高隧道抗渗性、管片衬砌的早期稳定，管片壁后环向间隙主要采用同步注浆方式填充。同步注浆的材料、配比、参数及工艺等根据区间具体地质水文和环境条件，并参照以往的类似工程经验确定。

4.1、同步注浆系统原理

投入本区间施工的盾构机是由中铁轨道系统集团有限公司制造，该机同步注浆系统配备施维英KSP12液压注浆泵2台（盾构机上已配置），注浆能力2×12m3/h。

同步注浆管采用内置式的形式依附在盾构壳体上；在后配套上安置两台注浆泵，每台注浆泵有两个注浆缸，共有4根注浆管通向盾尾，沿盾尾圈对称布置，为了防止盾尾内注浆管发生堵塞，在盾尾的注浆管旁边另外安装有4根备用注浆管。泵送注浆量是通过调整液压油缸的速度进行调整，每个泵送油缸都装有计数指示器，盾构司机可以根据计数器上的读数得知每根注浆管内的注浆量。

注浆可以采用手动或者自动两种方式控制。在盾尾注浆管路的出口处装压力传感器，在盾构操作室和注浆控制箱上都可以看到注浆时管路出口处的压力。设置为自动控制时，应预先通过可编程控制器（PLC）设置注浆最大和最小压力值，当注浆压力达到设定最大注浆压力时，注浆管路所连接的液压油缸立即自动停止工作；当注浆压力

减小到PLC所设定的最小压力时，液压油缸自动启动重新开始注浆。设置成手动控制方式则人工根据掘进情况随时调整注浆量。

在后配套上安置一个储浆罐，每台电瓶车后拖一节运浆罐，同时在储浆罐和运浆罐内均装有搅拌叶片对浆液进行搅拌，防止其凝结或离析。浆液材料在盾构井旁边的搅拌池按照设计配合比拌合后，通过管道输送到浆液车内，由电瓶车拉到隧道内，利用浆液车上的转运泵将浆液打到储浆罐内，注浆泵与储浆罐连接，浆液压注与盾构掘进同步进行。

同步注浆管路布置示意图

4.2、同步注浆材料及配比设计

4.2.1同步注浆材料

在盾构施工中，通常选用砂子、水泥、粉煤灰、膨润土及一些外加剂等作为同步注浆的原材料，注浆材料必须具备以下基本性能： (1）具有良好的长期稳定性及流动性，并能保证适当的初凝时间（3-10h），以适应盾构施工以及远距离输送的要求;

(2）具有良好的充填性能;

(3）在满足注浆施工的前提下，尽可能早地获得高于地层的早期强度;

(4）浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象;

(5）浆液固结后体积收缩小，泌水率小;

(6）原材料来源丰富、经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技术要求;

(7）浆液无公害，价格便宜;

4.2.2浆液配比及主要物理力学指标

根据本区间的地层地质、地面构建物情况及以往的施工经验，盾构同步注浆拟采用下表所示的浆液配比：

在施工中，还需根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验不断优化参数确定。同步注浆浆液的主要物理力学性能

应满足下列指标：

1）胶凝时间：一般为6～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间，获得早期强度，保证良好的注浆效果。

2）固结体强度：一天不小于0.2MPa（相当于软质岩层无侧限抗压强度），28天不小于2.5MPa（略大于强风化岩天然抗压强度）。

3）浆液结石率：>95%，即固结收缩率<5%。

4）浆液稠度：8～12cm/m。

5）浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。

4.3、同步注浆主要技术参数的设定

4.3.1、注浆压力

注浆压力是根据地层的土压力、水压力、管片强度及地面监测情况综合判断而设定的。注浆量压力过大会出现：地面隆起、浆液破坏洞尾密封刷出现盾尾漏浆、浆液从盾构机外壳与土体之间的孔隙流入土仓、管片出现受压变形或是被损坏；如果注浆压力过小，则出现注浆的填充速度很慢，注浆量不足，使地表变形增大。所以通常情况下，注浆压力取孔隙水压力+0.2MPa左右，根据以往的施工经验，注浆压力设定在0.1-0.3MPa，具体注浆压力根据试掘进段情况及地质情况而定。

4.3.2、注浆量

注浆量除了受到浆液向土体中渗透及泄漏影响外，还要考虑超挖、曲线施工、注浆材料种类等的影响，实际上是没有一个明确的规定值，通常按如下列思路进行计算。

注浆量的计算公式：Q=V×a

式中V-计算空隙量。盾壳的外径是6.28m，管片的外径是6m，所以环型空隙的理论体积为V=(6.28*6.28-6*6)/4*3.14*1.5=4.05m3。

a-注浆率。注浆率一般是从几方面考虑，包括注浆压力产生的压密系数、地质情况的土质系数、施工消耗系数、超挖系数等，根据施工经验，譬如本区间以砂、砾岩石为主的大渗透地层中，要考虑到较大的土质系数，可取1.3-2.0，综合其它方面，浆液的注入率暂按1.8取。具体注入率根据试掘进段掘进情况及地质情况而定。

所以根据计算公式得

Q=4.05×（1.3-2.0）=5.3-8.1m3

即注浆量为5.3-8.1m3/环。

4.3.3、注浆速度

在实际施工中注浆量是靠注入速度来控制的，因此对注入速度进行计算，根据每环注入量和每行程推进时间得到注入速度的计算方法：

v=Q／t

式中：v-注入速度 (m／s)；Q-每环注入量(m3 )；t-每环行程推进时间(s)。

4.3.4、注浆结束标准

采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值和注浆量达到设计值的95%以上时，即可认为达到了质量要求。对本设计参数还需通过对地表及周围建筑物监控量测结果分析判断，进行参数优化，使注浆效果达到更佳。

4.4、同步注浆工艺流程及过程控制

同步注浆是保证地面建筑物、地下管线、盾尾密封及衬砌管片安全的重要一环，因此须严格控制，并依据地层特点及监控量测结果及时调整各种参数，确保注浆质量和安全。为了使环形间隙能较均匀地填充，并防止衬砌承受不均匀偏压，同步注浆对盾尾预置的4个注浆孔同时进行压注，并根据设在每个注浆孔出口处的压力器，对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而获得对管片背后的对称均匀压注。具体注浆工艺流程如下图。

不合格 注浆 不符合要求 符合 反馈注浆效果检查 开始 浆液运输 参数设计 检测试验 合格 不正常 调整控制式与参数 正常 下环注浆

继续 注浆配置 注浆系统配置 数据采集与管理、计划图表 设定控制方式 注浆工况分析 注浆完毕 采取补充注浆措施 综合评价

同步注浆工艺流程图

4.4.1浆液拌制

(1)水泥、粉煤灰、膨润土不可有结块现象，砂采用细度模数为

1.6-

2.3的细砂，不可含有大粒径的异物；

(2) 原材料计量误差要控制在规范要求范围内，其中水泥误差控制在1%以内，其它控制在2%以内;

(3)各成分材料按合理顺序投放(水、水泥、砂依次进行)；

(4)搅拌要均匀，杜绝拌好的浆液中有结块。

4.4.2浆液的运输与储存

(1)浆液运输车的容积为8m3；

(2)浆液运输车配备有搅拌设备，如果电瓶车在运输途中发生故障或其它原因停留时间过长，则可将搅拌设备连接接到附近的电源上进行浆液搅拌，防止浆液初凝；

(3)浆液拌制好后，输人浆液运输车中，运至工作面，随后利用拖车上的混凝土泵将砂浆输入盾构机拖车上的储浆罐(8m3)中并立即开始搅拌；

(4)特殊情况需较长时间运输、储存，则考虑适当加人缓凝剂；

(5)若浆液发生沉淀、离析，则进行二次搅拌;

(6)浆液运输车与储存设备要经常清洗。

4.4.3浆液压注

(1)接好注浆管路、压力传感器；

(2)注浆跟掘进同步进行，注浆速度应与掘进速度相适应，无特殊情况须两个泵同时注浆；

(3)注浆饱满程度由注浆压力和注浆量双重控制:即 5.3m3<单环注浆量<8.1m3；0.1MPa<注浆压力<0.3MPa；

(4)在安装管片或暂停掘进时，应间断性的泵入浆液以保持管路畅通；

(5)注浆过程中要密切关注管片的变形情况，若发现管片有破损、错台、上浮等现象应立即停止注浆；

(6)当注浆量突然增大时要检查是否发生了泄漏或注入掌子面，若发生这些现象则立即停止注浆，妥善处理后再继续注入；

(7)注浆过程中若发生管路堵塞，应立即处理以防止管中浆液凝结；

(8)不得随意往砂浆罐中加水，冲洗浆液车的水应排干，方可接砂浆；

(9)随时检查砂浆储料罐中的砂浆是否正常，以及管路和注浆泵内砂浆是否有离折、凝固、脱水，如有异常即停机处理

(10)若遇特殊情况，浆液在泵、注浆管路中停滞>2h，就必须进行处理或用膨润土充满管路；

(11)注浆过程中要做好注浆记录。包括注浆时间、注浆压力(变化)、注浆量、注浆过程中出现的问题及解决方法等;

(12)注浆结束后要对注浆设备和注浆管路进行彻底的清洗。4.5、质量保证措施

(1)注浆用的材料如水泥、膨润土、粉煤灰等进场后应该进行一次复试，只有复试合格后才能投入使用。

(2)注浆前进行详细的浆液配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比，保证所选浆液配比、强度、耐久性等物理力学指标符合设计施工要求。

(3)制订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)-Q(注浆量 )-t(时间)曲线，分析注浆效果，反馈指导下次注浆。

(4)根据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果，及时进行信息反馈，修正注浆参数设计和施工方法，发现情况及时解决。

(5)做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，定时对注浆管路及设备进行清洗，保证注浆作业顺利连续不中断进行。

（6）环形间隙填充不够、结构与地层变形不能得到有效控制、存在地下水渗漏区段、盾构穿越重要建筑物时防止变形超出范围，必要时通过吊装孔对管片背后进行二次补浆。

（7）注浆同时，要观察盾尾密封效果，防止浆液通过盾构机与管片之间渗漏。

五、二次注浆

同步浆量按照理论计算，应该为盾构穿越地层产生空隙量的130%-200%，但是在实际施工中，同步注浆注入量即使达到200%也不能完全控制住地面沉降值，原因可能有几个：一是同步注浆的浆液不能完全填充满盾构穿越产生的空隙；二是地层渗透系数太大，浆液流失到地层中；三是同步注浆的浆液在凝固时体积会产生收缩。当地面沉降速率达到3mm/d而累计沉降达到10mm或在盾构施工对地表建筑物或管线影响较大地段，采用二次注浆来控制沉降。

5.1注浆材料

考虑到本标段地面建筑物和地下管线、构筑物相对比较多，在隧道开挖对地表建筑物或管线影响较大的地段，防止周边土体松动领域的扩大，我们选择水泥—水玻璃双液型浆液。根据以往的施工经验，水泥浆所用材料及配比如下：

水泥：水＝0.7：1（质量比）水泥浆：水玻璃＝10：1(体积比)

在具体的施工中，应根据实际情况做相应的调整。

5.2注浆设备

注浆设备都安放在最后一节台车上，一个水泥浆搅拌筒、一个水玻璃储存筒、一个注浆泵，注浆泵采用双液注浆泵，安有两个控制阀和两个压力表，可以控制每种浆液的压力和流量，水玻璃和水泥浆液通过两个高压软管在混合阀处混合。

5.3注浆参数

二次注浆压力值一般设定在3-4bar，具体部位还应参考隧道覆土厚度、地下水的压力及管片的强度等进行准确设定；二次注浆量根据以往经验一般为同步注浆量的40～60％，在施工中可根据现场实际注浆的情况作相应的调整。

5.4注浆孔位置

本工程二次注浆采用后方注浆方式，即管片在脱出盾尾8-10环位置进行二次注浆，注浆孔位置选择在管片环的左上侧或者是右上侧部位，一般情况下每隔4～5环注一次浆。

5.5注浆过程控制

（1）检查注浆系统是否处于正常工作状态，压力表是否正常；

（2）用钢筋捣通吊装孔底部25mm厚的混凝土，在吊装孔上安装连接阀，将混合阀与连接阀连接，然后再次检查管路连接的密封性；

（3）在浆液搅拌筒中按设计的水灰比进行浆液拌制，严禁浆液中有结块存在，以免注浆管堵塞；

（4）进行二次注浆时，起动注浆泵，然后先打开水泥浆控制阀，待水泥浆液流量稳定后再打开水玻璃浆液控制阀；

（5）在二次注浆结束时，先停止水玻璃浆液泵入，10-15秒后再停止水泥浆液泵入；

（6）注浆完毕后，及时冲洗混合阀及连接阀门，使之可顺利进行下一次注浆；

（7）二次注浆结束后，对每一个注浆孔进行密封，以防渗水。注浆孔密封圈和注浆管盖密封圈均采用缓膨胀型遇水膨胀橡胶制品。

5.6安全、质量、文明施工措施

（1）、严格注浆量和注浆压力“双控制”，加强监控量测，避免对管片等结构产生破坏性影响。

（2）、对施工人员进行安全培训，加强施工人员的安全意识。

（3）、严格按照注浆泵安全操作规程施工，非操作人员，严禁操作注浆泵。

（4）、严格控制浆液质量，保障浆液质量符合要求。

（5）、注浆过程中尽量减少浆液的洒漏。注浆完后，对洒漏的浆液、清洗管路的废水应及时处理，做到注浆前、注浆中、注浆后等各阶段施工面的机具设备摆放整齐、有序、作业面干净。