【技术博览】前海这条穿越复杂地层的超深隧道怎么样才能做到“天衣无缝、滴水不漏”？

　　上期带大家探秘了盾构隧道背后的“无名英雄”——盾构管片（点击阅读：【技术博览】前海-南山排水深隧“龙骨已成”！默默撑起前海一片天！）。

　　那么，这套“盔甲”是怎么样才能做到“天衣无缝、滴水不漏”的呢？今天，我们继续深入前海-南山排水深隧系统工程，了解背后的“裁缝”——盾构隧道注浆施工。

　　盾构施工全套工艺流程中难免会对地层产生扰动，且在管片脱离盾尾时会在管片与土层之间形成空隙，若不及时进行注浆填充非常容易导致地表沉降，因此在盾构隧道施工全套工艺流程中，对管片背后的空隙及时、足量地注入合理浆液，是抑制地面沉降、防止管片上浮、避免隧道管片出现渗漏水、开裂、错台等质量缺陷的最根本有效措施。

　　前海-南山排水深隧系统工程跨南山区和前海合作区，是国内第一条集旱季污水收集、雨季污染控制、防洪排涝三重功能于一体的综合型排水深层隧道，由主隧、支隧、预处理站及大型枢纽泵站组成。

　　主隧盾构区间隧道埋深深，水压力大，且与海水存在联系，因此盾构注浆在稳定土层、隧道防水方面起着至关重要的作用。

　　本项目隧道是抗涝、排洪隧道，对于隧道受外部压力外，还受内向外压力，对于注浆回填有一定强度要求，二三级围岩回填浆液强度设计8Mpa，四五级围岩回填浆液强度设计15Mpa，由于注入浆液有稀释，实验确定采用M15砂浆注入，对于管片背部注浆回填强度以及饱满度，采取钻孔取芯的方法检验测试，满足设计要求。

　　盾构注浆最重要的包含同步注浆和二次注浆，两种注浆方式均通过盾体及管片上的预留注浆孔向盾体和管片背后注入水泥浆液、化学浆液、混合浆液等，以达到填充空隙、控制地层沉降、堵水或加固地层作用的施工技术。

　　与盾构掘进一起进行，通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，在盾构向前推进盾尾形成空隙的同时，采用注浆管同时注浆。

　　根据工程真实的情况（如管片渗漏、隧道沉降等），可采取在盾尾数环后的管片注浆孔进行二次（或多次）背填注浆，控制滞后沉降，减轻隧道防水压力。

　　在盾构掘进的同时利用注浆泵，在管片背部和刀盘开挖轮廓面之间，用具有长期稳定性及一定流动性、微收缩性，并能保证适当初凝时间的浆液，在盾尾空隙形成的短时间内将其充填密实，从而使围岩土体获得及时支撑，可有效防治土体坍塌，控制地面沉降。

　　同步注浆采用盾尾壁后注浆方式，盾构掘进盾尾脱出空隙，采用注浆泵及管道向盾尾盾壳注浆管注浆，注浆速度根据注浆压力控制，每根管路装有注浆压力传感器，控制值在0.3～0.5Mpa之间。每根管路还装有单向阀，防止堵管等情况拆除管道时，出现返浆现象。盾尾内装有三道盾尾刷及一道止浆板，可以有效的预防浆液流入隧道内及向盾体前窜浆液。

　　同步注浆材料是由水泥、砂、粉煤灰、膨润土、阻锈剂、水及其他外加剂拌制而成。因本项目位于前海湾，水压力与海水存在联系，地层非常敏感，对于注浆材料的种类也是非常难控制，在浆液里加入阻锈剂，参入量30kg/m³，满足隧道防腐要求。

　　同步注浆施工，从注浆原材料进场、配合比试验，以及浆液拌合、运输、注入设备的准备开始，其中以注浆参数的选择、注浆工况分析为关键环节。

　　浆液搅拌站设置在盾构井附近，搅拌机配有自动上料和电子计量系统。搅拌时间约25-30秒，每小时拌浆量25m³，下浆管靠近储浆罐一侧安装阀门，运浆车（容积约8m³）到盾构机砂浆存储罐的上浆管采用Ф100mm的软管。

　　本项目盾构在盾尾内侧沿周围布置了6条内置式注浆管（另外8条为备用管）。每条管上设有压力表和阀门，该管通过软管与四台砂浆泵分别相连。砂浆泵上方设置了一个带搅拌器的砂浆罐（容积为10m³）。

　　1）为防止同步注浆破坏洞门止水装置（即防止铰链板由于注浆压力崩断及防止袜套外翻）影响止水效果，需等盾尾脱出加固区才可以进行同步注浆。由于此段（约6m）为出洞加固区，土体自立能力较强，地表沉降相对较小。

　　3）由于现场条件的限制，此阶段盾构后配套台车位于地表，浆液拌制好后直接通过地表管路泵入到后配套台车的注浆罐中，再经泵送至盾尾浆液注入点注入地层。浆液输送管路较长，应避免管路堵塞，影响同步注浆。在施工结束及时压注膨润土浆液，疏通浆液泵送管路，减少堵管的可能，做到同步施工。

　　4）此段盾构施工全套工艺流程中，盾构掘进出土时进行同步注浆，以控制注浆压力为主兼顾注浆量，从盾尾上方注入。在拼装管片时，停止注浆，以免拼装时千斤顶部分松开时注浆会造成管片移位、变形。

　　5）通过本段施工，加强对地面变形情况的监测分析，掌握盾构推进同步注浆量。

　　1）每环开始推进前，先拌制足够一环使用的浆液打入注浆罐。当开始掘进后，保证注浆罐储存的浆液能够很好的满足同步注浆要求，保证施工的连续性。

　　2）严控同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时填充建筑空隙，减少施工全套工艺流程中土体的变形。做好地面变形情况及地表监测分析，及时作出调整注浆量。

　　3）要合理控制注浆压力，尽量作到填充而不是劈裂。注浆压力过大，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的沉降，并易造成跑浆。同时，注浆压力过小填充速度过慢，填充不足，也会使变形增大。

　　4）在管片脱出盾尾5环后，对管片的建筑空隙进行壁后二次注浆，整个区间每隔5环注浆一次，压浆量的控制根据变形信息确定。

　　以本项目土压平衡盾构机为例，注浆量一般绝大多数都是采用几何学上规定的尾部空隙量的观点，但由于注浆材料与围岩的渗透性、加压导致向围岩内的压入、排水固结、超挖等原因，注浆量往往达到理论计算空隙量（从盾构外径面积扣除管片外径面积计算的量）的130～180%。

　　注浆压力是由地质条件、水泥强度及盾构形式和使用材料特性综合决定的。注浆压力应略大于各注浆点位置的静止水土压力，并避免浆液进入盾构机的土仓中。注浆压力一般控制在1～4bar。

　　在实际掘进中注浆压力应不断地根据不一样的情况进行调整完善。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。

　　盾尾间隙已在盾构施工同步注浆时充分填充，如再超量进行注浆，有可能扰乱土体，引起地面隆起和压实沉降等问题。所以二次注浆基本上不需进行。假如慢慢的出现管片漏水等现象时，则根据真实的情况，对注浆方法和材料确定后，做补充注浆。

　　二次注浆分为单液浆和双液浆（水泥浆+水玻璃），对于地面沉降过大、隧道结构漏水的情况下，需要对管片吊装孔击穿，安装注浆球阀和管道，利用注浆机对管片背部进行注双液浆，浆液能短时间凝固，能快速有效地起填充堵漏效果。单液浆跟双液浆一样从管片吊装孔注入，目的是填充未充填部分，补充注浆材料收缩体积减小部分，也能达到止水效果。

　　本项目隧道区间上部覆土9m的回填土，为防止盾构机通过后地面发生沉降，则需从相应位置的管片吊装孔进行二次补充注浆。注浆前需在吊装孔内装入单向逆止阀并凿穿，将注浆管直接改接到吊装孔注浆头（装有压力表），即可实施管片注浆。二次补注单液浆采用水泥浆液，通过在管片上吊装孔位置打孔注浆，相邻环每环注两个点位。

　　由于隧道处于全断面硬岩中，隧道离海较近，水压力与海水存在联系，水压力较大，特殊情况下同步注浆饱和度有几率存在达不到要求的情况，此时，需进行二次注浆确保整个盾构土体及水压稳定，每隔10环采用双液浆注一个止水环，在密闭的空间内在注单液浆。补注双液浆主要是利用双液注浆料的快速早凝特点尽快阻断水流通道以便施工，在富水地层中采取双液浆注浆做止水环具有非常好的效果；同时双液浆对控制管片上浮也起到积极的作用。对此，项目部采取二次补注双液浆的方法来控制管片上浮，每隔5环在1点或11点打孔注双液浆。双液浆水泥浆的配合比为750kg水泥+250kg水+30kg阻锈剂，水泥浆：水玻璃=10：1，水玻璃：水=2：1，双液浆的初凝时间约为15S。通过补注双液浆前后的比较，管片上浮超限的环数都得到较好的控制，最大为40mm。

　　土压平衡盾构掘进过程中盾尾同步注浆和盾构隧道二次注浆的都是隧道盾构施工的重要组成部分，从材料选择到注浆配合比优选、拌制、运输、注浆施工，工艺简单、方便操作，标准化程度高，通过注浆压力、注浆量、注浆速度的控制可有效的降低对地层的扰动，并能够在一定程度上促进成型管片的早期稳定，避免地表沉降、隧道超限等风险，保证了最终成型隧道的质量。