同步注浆技术在地铁盾构隧道掘进施工中的应用

引言

随着城市化进程的不断加快，城市交通压力日益加剧，地铁作为一种高效、环保、大运量的公共交通方式，在我国各大城市中迅速发展。截至 2023 年底，中国内地已有 50 余座城市开通城市轨道交通，运营线路总长度超过 1 万公里，其中盾构法施工在地铁隧道建设中占据主导地位。盾构法具有施工效率高、对地面环境影响小、安全性好等优点，尤其适用于城市密集区的地下隧道建设。在盾构掘进过程中，同步注浆作为关键施工环节，直接影响隧道结构的稳定性、地表沉降控制以及管片结构的长期安全。为此，开展同步注浆技术在地铁盾构隧道掘进施工中的应用研究具有重要意义。

一、同步注浆原理

同步注浆是指盾构机在掘进施工中，通过注浆管路，及时在盾构机尾部、隧道管片间的空隙位置压入注浆材料，常见注浆材料包括水泥浆、水泥砂浆、化学浆液等，通过这种注浆方法，能够将空隙充分填充，且能避免隧道内涌入大量地下水或者土体。简单来讲，通过同步注浆施工，能够提高隧道管片和相邻土体之间的粘结效果，从而进一步增强隧道的承载力。

在整个注浆过程中，需要控制好各项注浆参数，尤其是注浆压力、注浆速度等，若参数不合理，势必会对注浆效果造成不利影响。总的来讲，同步注浆具有实时性、连续性的特点，具体如表 1 所示。

表1 同步注浆的主要特点

二、工程概况

某城市轨道交通 5 号线一期工程为城市骨干线路，线路全长约 28.6 公里，其中地下段占比超过 85% 。本次研究的盾构区间为 A 站至 B 站，区间长度为1.85公里，采用双线隧道设计，线间距为 14 米，最小曲线半径为350 米，最大纵坡为 28‰ 。该区间穿越城市核心区域，下穿多条主干道、既有管线及部分建筑物基础，施工环境复杂，对沉降控制要求极高。盾构法施工被选定为主要施工方法，以减少对地面交通和周边环境的干扰。工程于2022 年 3 月正式开工，计划工期为18 个月。该区间由两台土压平衡盾构机从 A 站始发，向 B 站掘进，左右线分别推进。同步注浆作为盾构掘进过程中关键的施工环节，直接关系到隧道结构的稳定性和地表沉降控制效果。由于线路穿越区域建筑物密集，地下管线错综复杂，对同步注浆的质量和精度提出了更高要求。因此，该工程被选为研究同步注浆技术应用的典型实例，具有较强的代表性与研究价值。

三、地质条件

根据地质勘察报告，A 站至 B 站区间隧道主要穿越的地层包括填土层、粉质黏土层、粉砂层及细砂层。隧道埋深在 18 至25 米之间，覆土厚度约为 10 至17 米。自地表向下，地层分布依次为： 0～3 米为人工填土层，结构松散，含水量较高，承载力低； 3～10 米为粉质黏土层，呈可塑至硬塑状态，压缩性中等，具有一定的自稳能力； 10～20 米为粉砂层，局部夹薄层黏性土，渗透系数在1×10 ⁹⁹ ～5×10 ⁹⁹ cm/s 之间，属中等透水性地层；隧道主要穿越的 20～25 米段为细砂层，颗粒均匀，孔隙比较大，地下水丰富，水位埋深约 6 米，对盾构掘进和注浆稳定性构成挑战。区间内存在微承压水层，水压约为0.3 MPa，增加了注浆过程中浆液流失和地层扰动的风险。地质雷达与钻孔数据表明，局部区域存在砂层夹薄层软塑状黏土的现象，形成软硬交替地层结构，易导致盾构姿态波动和管片受力不均。针对上述地质特点，同步注浆需具备良好的填充性、抗水分散性和早期强度发展能力，以有效控制地表沉降并防止管片上浮。地质条件的复杂性也决定了注浆参数必须根据掘进进度和地层变化进行动态调整。

四、施工技术要点

1、盾构参数

本工程采用的盾构机为中铁装备生产的 ZTE6850 型土压平衡盾构机，刀盘直径为6.98 米，整机长度约85 米，总重量约 500 吨，最大推进力为 48,000 kN，最大推进速度为 80mm/min ，刀盘驱动功率为 2,500kW, 。盾构机配备有 12 把中心滚刀、28 把边缘滚刀及若干刮刀，适应砂层和黏性土复合地层的掘进需求。盾尾密封系统采用三道钢丝刷加自动注脂装置，确保在高水压环境下密封性能可靠。同步注浆系统配置双泵双管路，最大注浆压力可达 5.0 MPa，单台注浆泵最大流量为 8m³/h ，满足连续掘进过程中的实时注浆需求。注浆管路通过盾尾预埋环形间隙与管片外壁形成环状填充空间，注浆孔布置在盾尾后方第 3 至第 5 环管片位置，确保浆液在盾尾脱出后及时填充空隙。盾构机配备有 PLC 自动控制系统，可实时监测推进速度、土仓压力、注浆压力与流量等关键参数，并通过SCADA系统实现数据采集与远程监控。在实际掘进过程中，平均推进速度控制在 40～ 60mm/min ，每环掘进行程为 1.5 米，理论建筑空隙体积约为 4.2m³, /环。注浆系统按照“随掘进随注浆”原则运行，注浆起始时间通常在盾尾脱离管片后 10～15 分钟内启动，确保浆液在最佳时机注入，避免空隙长时间暴露导致地层失稳。盾构机的高自动化程度和稳定的机械性能为同步注浆工艺的精确实施提供了设备保障。

2、注浆量控制

注浆量的精确控制是同步注浆施工的核心技术之一，直接影响空隙填充率、地层变形及管片结构安全。理论注浆量通常根据盾尾空隙体积计算，公式为：Q=π/4×(D²-d²)×L×β ，其中D 为盾构外径，d 为管片外径，L 为每环宽度， β 为充盈系数。以该工程盾构外径 6.28m 、管片外径 6.0m 、环宽 1.5m 、充盈系数取 1.3～1.5 计算，每环理论注浆量约为 3.6～4.2m³ 。实际施工中，每环注浆量控制在 3.8～4.0m³ 之间，通过自动计量系统实时记录，并与理论值进行对比

分析。

在该工程某砂卵石地层段，曾出现单环注浆量达 5.1m³ 的情况，经地质雷达探测发现存在局部溶洞，随即调整注浆策略，采用间歇注浆与双液浆结合的方式，成功完成填充。通过严格控制注浆量，该区间平均充盈系数稳定在1.38，管片上浮量控制在 10mm 以内，有效保障了隧道结构的稳定性和线路平顺性。

3、注浆速度

盾构机向前掘进施工的同时，可边掘进边注浆，两者可同步施工，这种情况下，要求注浆速度和掘进速度协调，做到同步开始，同时结束。对于注浆时间来讲，同样可采用双参数控制标准，从而保证注浆速度和时间均满足施工规定要求。

4、检查注浆效果

完成同步注浆施工后，需采用分析法详细检查注浆效果，也就是说，按照P-Q-t 曲线，充分考虑掘进速度及衬砌、地表周围建筑物变形量测结果等因素，对注浆效果进行深度分析、综合判定，若无法得到准确的结果，特殊情况下，还可通过无损探测法进行更详细的分析，从而保证注浆效果良好。

5、清洗管路

盾构推进作业停止时，应通过浆液定时作循环回路施工，避免管路内的浆液沉积。若停止时间较长，则需清理干净管路，并将膨润土浆液灌注到管路内。为保证注浆施工质量，需对管路进行定期清理，清理后的第一个循环，应通过膨润土泥浆压注，保证管路润滑。此外，还要定期清洗干净储浆罐，保证浆液质量良好。

6、质量控制措施

施工前，需根据施工具体情况和设计要求，制定科学、合理的注浆作业指导书，并做好配合比试验检测分析与评价，保证各类注浆材料用量准确，浆液配比设计合理，同时，对原材料的技术指标进行测定，待保证合格后，方可用于施工。

严控把控注浆工艺流程的规范性，按照施工工艺要求，确定每一个施工工序的质量均达到标准，并及时做出 P（注浆压力）-Q（注浆量）-t（时间）曲线，对注浆效果进行合理化分析，为下次注浆提供指导建议。

每环掘进施工前，都要确认注浆系统的工作状态处于正常，并且浆液储量足够，掘进中一旦注浆系统出现故障，立即停止掘进进行检查和修理；

均要详细检查注浆系统是否处于正常的运行状态，一旦出现问题，需及时停止掘进施工，并对设备进行故障检测，及时找出原因，及时进行维修处理。

此外，还要做好注浆设备的定期维护工作，比如定时清洗干净注浆管路。或者，完成单环注浆作业之后，可以通过膨润土进行注浆管清理，以此确保连续注浆施工，避免产生注浆故障。

五、结束语

综上所述，在地铁盾构隧道掘进施工中，同步注浆优势显著，不仅能够及时封堵空隙，还能提高施工效率，增强隧道的稳定性。为此，必须重视同步注浆施工技术，掌握技术要点，规范施工流程，提高施工质量，为地铁盾构隧道掘进施工提供科学、合理、安全的技术保障。

参考文献：

[1] 程明前.地铁盾构隧道掘进中同步注浆施工技术探析[J]. 建筑技术开发,2020

[2] 贾建平.地铁盾构隧道掘进中的同步注浆施工技术[J]. 工程技术研究,2019(18)

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[5] 孔祥莉.地铁盾构隧道掘进中同步注浆技术的应用[J]. 工程技术研究,2018

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