[摘要]北京地鐵五號線盾構試驗段工程採用了城建集團自行研製的惰性漿液（已申請專利），其注漿效果非常理想，在施工中有效的控制了地表沉降。 [關鍵詞]盾構北京地鐵五號線同步注漿惰性漿液
1概況北京地鐵五號線試驗段工程，採用了土壓平衡式盾構機進行施工。盾構機配備了盾尾同步單液注漿系統，可在盾構掘進的同時進行壁後注漿。在盾構掘進施工中，當管片剛脫離盾尾時即可對管片外側的建築空隙進行填充，從而起到控制地表沉降和穩定成型隧道的作用。
在施工中我們使用的漿液是自行研製的惰性漿液，此漿液通過施工中達到了很好的效果，有效地控制了地表沉降。
2盾構法施工壁後注漿技術
2.1同步注漿原理
北京地鐵五號線盾構試驗段工程的施工採取了同步注漿方式。其工作原理是：在盾構機推進過程中，保持一定壓力（綜合考慮注入量）不間斷地從盾尾直接向壁後注漿，當盾構機推進結束時，停止注漿。
這種方法是在環形空隙形成的同時用漿液將其填充的注漿方式。如圖2-1所示。
圖2-1同步注漿原理圖
2.2注漿材料和配比的選擇
2.2.1注漿材料應具備的基本效能
根據北京地區的地質條件、工程特點以及現有盾構機的型式，漿液應具備以下效能：
1）具有良好的長期穩定性及流動性，並能保證適當的初凝時間，以適應盾構施工以及遠距離輸送的要求。
2）具有良好的充填效能。
3）在滿足注漿施工的前提下，盡可能早地獲得高於地層的早期強度。
4）漿液在地下水環境中，不易產生稀釋現象。
5）漿液固結後體積收縮小，泌水率小。
6）原料**豐富、 經濟 ，施工管理方便，並能滿足施工自動化技術要求。
7）漿液無公害，**便宜。
2.2.2. 注漿材料
為了保證壁後注漿的填充效果，施工中結合現場條件和盾構機自身注漿系統的配置，選取了兩種單液漿組成以便進行對比優選：
1）以水泥、粉煤灰為主劑的常規單液漿a
成分：水泥、粉煤灰、細砂、膨潤土（鈉土）和水；
2）以生石灰、粉煤灰為主劑的惰性漿液b
成分：生石灰、粉煤灰、細砂、膨潤土（鈉土）和水。
漿液組成a以水泥作為提供漿液固結強度和調節漿液凝結時間的材料，漿液組成b以粉煤灰作為提供漿液固結強度和調節漿液凝結時間的材料。其中漿液組成b中使用的粉煤灰可以改善漿液的和易性（流動性），生石灰能增加漿液的粘度，並有一定的固結作用，膨潤土用以減緩漿液的材料分離，降低泌水率，還具有一定的防滲作用。砂在兩種漿液中都作為填充料。
2.2.3. 漿液配比及效能測試
在確定漿液配比時，先根據相關資料，確定了兩種漿液的各種材料的基本用量，然後結合漿液站除錯，每種配比生產一定方量，並對漿液效能進行相關的效能測試，從而對配比單進行篩選，保留能夠生產出合格漿液的配比，以便今後用於施工。按測試配比拌製出的漿液送到試驗室進行了主要效能指標的測試。根據配比單和漿液配合比試驗報告中的測試資料，繪製出漿液流動度、稠度和分層度隨時間變化的對比曲線。
由圖2-2中可知，水泥漿液（配比1、2、3）的流動性略優於惰性漿液（配比4、5、6、7、8）。但兩類漿液隨時間的變化趨勢略有不同，水泥漿液的流動性隨時間推移下降幅度較大，而惰性漿液的流動性保持平穩。
圖2-2流動度—時間曲線圖
同樣由圖2-3、圖2-4可以看出，漿液的稠度和分層度也具有類似的規律 。
圖2-3分層度—時間曲線圖
圖2-4稠度—時間曲線圖
根據測試結果還可得知，與水泥漿液相比，以生石灰、粉煤灰為主劑的漿液的凝結時間較長，在10～12小時左右。考慮到盾構掘進過程中一些不可避免的停機（如管片拼裝、連線電纜、風管安裝、機器維護保養、盾構機臨時停機、電路故障等），若漿液的初凝時間較短，則增加了停機期間發生堵管的可能性，增加額外的清洗工作，並影響盾構的繼續掘進。因此，漿液合理的初凝時間應與盾構掘進施工乙個工班的時間接近，這樣可以在每班結束時再安排漿液輸送管路的清理工作，既不影響盾構連續施工，又保證能及時清理管路，避免堵管現象的發生，選用惰性漿液更為可靠。
惰性漿液在主要成分加量不變的情況下，只需調節新增劑的加量就能有效地控制、調節漿液的效能。在施工過程中，可以比較方便地對漿液的效能進行調整，以適應不同地層、不同掘進進度對漿液效能的要求，見圖2-5、圖2-6、圖2-7。
圖2-5石灰配比強度—時間曲線圖
圖2-6水泥配比強度—時間曲線圖
圖2-7稠度、流動度—外加劑加量曲線圖
通過上面的分析比較，試驗段施工最終選定採用以生石灰、粉煤灰為主料的惰性單液漿作為盾構施工壁後注漿的材料。
2.3注漿工藝引數的確定
2.3.1注漿量的計算
壁後注漿量q，通常可按下式估算：q=vα
式中，v為理論空隙量，α為注入率。
北京地鐵五號線試驗段採用的土壓平衡盾構機刀盤直徑6.20m，而預製鋼筋混凝土管片外徑為6.0m，則理論上每掘進一環，盾構掘削土體形成的空間與管片外壁之間的空隙的理論體積為：
v=0.25×π×（6.22-62）×1.
2=2.298m3。
注入率α的主要影響因素包括注入壓力決定的壓密係數α1、土質係數α2、施工損耗係數α3和超挖係數α4。
則α=1+α1+α2+α3+α4
每環實際注漿量可根據地層和施工損耗等情況選取相應的注入率。
2.3.2注漿壓力的確定
北京地鐵五號線土壓平衡盾構機在盾尾處設有四個漿液注入點，盾尾同步注漿的壓力因漿液注入點位置的不同而不同。盾尾四個注漿點的位置和相互關係如圖2-8所示（圖中尺寸僅為示意）。
經計算得出盾構拱頂水土壓力，管道中的壓力損失在盾構機廠內組裝時已測定，則a1、a4點處注漿壓力理論計算值為
拱頂水土壓力+管道中的壓力損失
最大注入壓力為
（拱頂水土壓力+管道中的壓力損失）×1.25
最小注入壓力為
（拱頂水土壓力+管道中的壓力損失）×0.75
a2和a3點處注漿壓力理論計算值為
拱頂水土壓力+管道中的壓力損失+側壓力係數×γ』×h+γ水×h
則最大注入壓力為：
（拱頂水土壓力+管道中的壓力損失+側壓力係數×γ』×h+γ水×h)×1.25
最小注入壓力為：
（拱頂水土壓力+管道中的壓力損失+側壓力係數×γ』×h+γ水×h）×0.75
實際操作過程中，可根據以上理論計算所得結果分別設定a1、a2、a3、a4點的注漿壓力。
2.3.3注漿量和注漿壓力的控制
壁後注漿的注入量受漿液向土體中的滲透、洩露損失（漿液流到注入區域之外）、小曲率半徑施工、超挖、壁後注漿所用漿液的種類等多種因素的影響。雖然這些因素的影響程度目前尚在探索，但控制注入量多少的基本原則是不變的，就是要保證有足夠的漿液能很好的填充管片與地層之間的空隙。
一般每環漿液注入量為3～4m3，施工中如果發現注入量持續增多時，必須檢查超挖、漏失等因素。而注入量低於預定注入量時，可以考慮是注入漿液的配比、注入時期、盾構推進速度過快或出現故障所致，必須認真檢查採取相應的措施，一般可採取加大注漿壓力或在盾構掘進後進行補漿。
注入壓力要考慮不同地層的多種情況，注入壓力一般是2～4bar，由於考慮在砂質或砂卵石地層中漿液的擴散，所以注入壓力要比在粘土中的注入壓力小一些。
北京地鐵五號線試驗段的地層條件複雜多變，隧道開挖面土體可分為粘土層、砂性土層、砂卵石層三種。在粘土層盾構施工過程中，漿液實際注入量2.7～3.
0m3左右，約為理論計算量的104～117%，與我們預計的基本相符。而在砂、礫石層區段進行的注漿，由於漿液的滲入深度較大，在4～10cm左右，漿液固結體厚度一般在20cm以上，漿液用量相應有所增加，在3.7～4.
5m3左右，為理論計算量的161～195%，略超出預計值。
在壁後注漿施工中，為控制注漿效果和質量，應對注入壓力和注入量這兩個引數進行嚴格控制，我們採取的是以設定注入壓力為主，兼顧注入量的方法。3盾構壁後注漿在生產實踐中的應用
3.1注漿裝置簡介
3.1.1漿液站簡介
為配合北京地鐵五號線盾構試驗段土壓平衡盾構機掘進施工，我公司從國外引進了漿液攪拌及幫浦送系統（圖3-1）。該系統由攪拌和幫浦送兩大部分組成，其中攪拌系統、幫浦送系統由德國引進，儲料罐等鋼結構件由國內配套加工製作。攪拌系統的連續生產能力可達到10m3/h，幫浦送系統的最長水平幫浦送距離可達到1km，可以滿足盾構施工對漿液生產和輸送的要求。
攪拌系統由砂料儲料、計量及上料裝置，3種各自獨立的幹粉料的儲料、計量及上料裝置，水和一種液體新增劑的儲料、計量及上料裝置，還有攪拌機和控制室等組成。該系統的最大優點是採用了連續式計量裝置，可以實現連續生產；控制系統採用了可靠性較高的plc控制系統，可以實現自動、手動兩種功能，並具有自動採集、儲存、列印資料的功能。此外，在兩種採用散裝罐車加料的儲料罐上安裝了除塵裝置，具有較好的環保效能。
幫浦送系統由動力包、攪拌罐和柱塞幫浦等組成，該系統採用的是液壓驅動，具有體積小、可靠性高的優點。幫浦送系統可以單獨控制，也可以在攪拌站控制室進行聯動控制。
3.1.2盾尾注漿系統簡介
盾尾同步注漿系統，包括儲漿罐、注漿幫浦和控制面板三部分。儲漿罐容積為5m3，可容納盾構掘進1環注漿所需的漿液。漿罐帶有攪拌軸和葉片，注漿過程中可以對漿液不停的攪拌，保證漿液的流動性，減少材料分離現象。
配套設定的2臺注漿幫浦，可以同時對4個加註口實施同步注漿。該套系統具有自動、手動兩種功能，可以根據要求在盾構機控制室內對盾尾注漿的最大和最小壓力進行設定，從而實現對注漿量的控制。由於在系統的相應部位安裝了感測器和壓力表，在控制面板上可顯示盾尾的注漿壓力、幫浦的工作壓力及注漿幫浦的衝程數等引數，以方便對注漿幫浦的操作、控制。
3.2地鐵五號線盾構試驗段壁後注漿工藝
3.2.1前60m始發階段掘進
由於現場條件的限制，此階段盾構後配套台車位於地表，漿液由漿液站拌製好後直接通過地表管路幫浦入到後配套台車的注漿罐中，再經幫浦送至盾尾漿液注入點注入地層。盾尾注漿壓力設定為3～3.5bar，採用盾尾上方a1，a4兩點注入。
北京地鐵試驗方案
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