广州轨道交通二、八号线延伸线工程
盾构区间5标盾构工程
盾构同步注浆机及二次
注浆方案
编制单位: 上海吉原公司
编制日期: 二○○七年一月
一.工程概况
【会石区间轨排井～广州新客站】和【江泰路站～跃进村站】两个盾构区间,分别位于番禺区和海珠区.【会石区间轨排井～广州新客站盾构区间】线路从会石区间轨排井开始后向西南延伸,下穿密集鱼塘群、过石壁站,继续向西南穿越浅埋密集鱼塘群,后到达广州新客站,盾构机解体、吊出、转场至江泰路站;【江泰路站～跃进村站盾构区间】线路从江泰路站出发沿江南大道向北至跃进村站.
【会石区间轨排井～广州新客站盾构区间】里程范围为:左线长730.262米+290.093米(含长链0.126米);右线长729.81米+294.42米.【江泰路站～跃进村站盾构区间】里程范围为:右线长721.71米,左线ZCK长722.287米(含长链0.577米).整个标段线路平面最小曲线半径为600米,最大纵坡为25‰.
【会石区间轨排井～广州新客站盾构区间】地处珠江三角洲后缘地带,为珠江水网交错的平原区,根据场地地貌成因及形态特征,区间地貌单元主要表现为珠江三角洲海陆冲积平原地貌;区间沿线为农田、苗圃、鱼塘,塘深2～3米,沿线建筑物少,场地开阔,地下没有管线的铺设,周边正处于规划开发阶段.
【江泰路站～跃进村站盾构区间】沿线地形较平坦,地面高程为13.4米～17.8米,地貌单元属珠江三角洲冲积平原,微地貌单元有河流冲淤积阶地、河床(槽)、微丘台地.
二.衬砌背后注浆的目的
盾构施工中,随着盾构的向前推进,当管片脱离盾尾后,在土体与管片之间会形成一道宽度为115～140米米左右的环行空隙.若不将这一空隙及时充填则管片周围的土体将会松动甚至发生坍塌,从而导致地表沉降等不良后果.为此必须采用注浆手段及时将盾尾建筑空隙加以充填.同时,背衬注浆还可提高隧道的止水性能,使管片所受外力能均匀分布,确保管片衬砌的早期稳定性.
三.衬砌背后注浆的方式和定义
(一)同步注浆与即时注浆
同步注浆是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管,在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行.浆液在盾尾空隙形成的瞬间及时起到充填作用,从而使周围岩体获得及时的支撑,可有效地防止岩体的坍陷,控制地表的沉降.在地层稳定性差,采用EPB模式掘进时,同步注浆的重要意义更为明显.
即时注浆是通过管片上注浆孔将浆液注入管片背后的方法.其浆液充填时间滞后于掘进一定的时间.一般运用于自稳能力较强的地层.
(二)二次补强注浆
为提高背衬注浆层的防水性及密实度,考虑前期注浆效果不佳以及浆液固结率的影响,必要时在同步注浆结束后进行补强注浆.补强注浆一般在管片与岩壁间的空隙充填密实性差,致使地表沉降得不到有效控制的情况下才实施.根据地表沉降监测的反馈信息,结合洞内超声波探测所得的背衬后空洞情况,综合判断是否需要进行补强注浆. 四.同步注浆
(一)注浆材料及配比设计
1. 注浆材料
采用水泥砂浆作为同步注浆材料,该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点.水泥采用42.5抗硫酸盐水泥,以提高注浆结石体的耐腐蚀性,使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内,减弱地下水对管片混凝土的腐蚀.
2. 浆液配比及主要物理力学指标
根据盾构施工经验,同步注浆拟采用表1所示的配比.在施工中,根据地层条件、地下水情况及周边条件等,通过现场试验优化确定.同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标:
表1 同步注浆材料配比和性能指标表
（1）胶凝时间:一般为3～10h,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.
（2）固结体强度:一天不小于0.2米Pa,28天不小于2.5米Pa.
（3）浆液结石率:>95%,即固结收缩率<5%.
（4）浆液稠度:8～12厘米.
（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%.
(二)同步注浆主要技术参数
1. 注浆压力
注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力,同时避免浆液进入盾构机的土仓中.
最初的注浆压力是根据理论静止水土压力确定的,在实际掘进中将不断优化.如果注浆压力过大,会导致地面隆起和管片变形,还易漏浆.如果注浆压力过小,则浆液填充速度赶不上空隙形成速度,又会引起地面沉陷.一般而言,注浆压力取 1.1～1.2倍的静止水土压力,最大不超过3.0～4.0bar.
由于从盾尾圆周上的四个点同时注浆,考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要,各点的注浆压力将不同,并保持合适的压差,以达到最佳效果.在最初的压力设定时,下部每孔的压力比上部每孔的压力略大0.5～1.0bar.
2. 注浆量
根据刀盘开挖直径和管片外径,可以按下式计算出一环管片的注浆量.
V=π/4×K×L×(D2-D22)式中:
V ——一环注浆量(米3)
L ——环宽(米)
D1——开挖直径(米)
D2——管片外径(米)
K——扩大系数取1.5～2
代入相关数据,可得:
V=π/4×(1.5～2)×1.5×(39.4-36)
=6.0～8.0米3/环
根据上面经验公式计算,注浆量取环形间隙理论体积的1.5～2倍,则每环(1.5米)注浆量Q=6.0～8.0米3.
3. 注浆时间和速度
在不同的地层中根据需不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短.做到“掘进、注浆同步,不注浆、不掘进”,通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间.注浆量和注浆压力达到设定值后才停止注浆,否则仍需补浆.
同步注浆速度与掘进速度匹配,按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度.注浆结束标准及注浆效果检查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,注浆量达到设计值的85%以上时,即可认为达到了质量要求.
注浆效果检查主要采用分析法,即根据压力-注浆量-时间曲线,结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价.对拱顶部分采用超声波探测法通过频谱分析进行检查,对未满足要求的部位,进行补充注浆.
(三)同步注浆方法、工艺
壁后注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆槽、管路、阀件等组成,安装在第一节台车上.当盾构掘进时,注浆泵将储浆槽中的浆液泵出,通过四条独立的输浆管道,通到盾尾壳体内的4根同步注浆管,对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆,见“图1同步注浆示意图”,在每条输浆管道上都有一个压力传感器,在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力;而且每条注浆管道上设有两个调整阀,当压
