沈阳地铁同步注浆及二次注浆方案

目 录

一、工程概况 ............................................. 1 1.1 工程简介 ............................................. 1 1.2工程地质、水文地质.................................... 1 二、编制依据 ............................................. 2 三、施工组织机构设置 ..................................... 3 四、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 ............................ 5 4.4同步注浆工艺流程及过程控制 ............................ 6 4.5、质量保证措施 ........................................ 9 五、二次注浆 ............................................ 10 5.1注浆材料 ............................................ 10 5.2注浆设备 ............................................ 11 5.3注浆参数 ............................................ 11 5.4注浆孔位置 .......................................... 11 5.5注浆过程控制 ........................................ 11 六、质量控制 ............................................ 12 6.1工程质量保证制度 .................................... 12 6.2工程质量措施 ........................................ 12 七、安全措施及文明施工 .................................. 13 7.1安全措施 ............................................ 13 7.2文明施工 ............................................ 13

一、工程概况

1.1 工程简介

汪河路站-曹仲站区间，自浑河北岸汪河路站起，向南下穿大堤路、浑河以及浑河南岸规划地块至浑南西路后东转，沿浑南西路道路下方走行，至曹仲站。

本工程起点里程CK12+145.180，终点里程CK14+386.056，区间全长2240.8双线米，顶板覆土9.3～24.1m，区间中段下穿浑河，采用2台泥水平衡盾构机施工。盾构从汪河路站始发，曹仲站吊出。

纵断采用V字坡，线路自汪河路站以19‰和3‰坡度下坡，再以18.2‰、3‰及17.6‰坡度上坡，至曹仲站。隧道出始发后，线路沿南向呈 “S”形前行，左、右线平面曲线半径为600m，线间距为9～10m。

1.2工程地质、水文地质

1.2.1 工程地质情况 1.隧道断面地质概述：

（1）第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层（Q42al）

圆砾（③-9-3）：主要由结晶岩组成，颗粒呈微风化状，亚圆形，混粒结构，坚硬，颗粒级配好，一般粒径2-20mm，约占总质量的70%，最大粒径80mm，充填约20%的混粒砂和粘性土，局部为卵石层，中密，局部密实。

（2）第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q41al+pl）

粉质粘土（④-1）：灰褐色、黄褐色，含铁锰质结核，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，摇震反应无，可塑。

中砂（④-6-4）：黄褐色，石英-长石质，次棱角形，均粒结构，颗粒级配差，含少量粘性土，湿，水下饱和，密实。

粗砂（④-7-4）：黄褐色，石英-长石质，次棱角形，混粒结构，颗粒级配一般，含约20%粘性土，局部为砾砂薄层，湿，中密。

砾砂(④-8-4 )：黄褐色，石英-长石质，亚圆形，混粒结构，颗粒级配较好，局部为圆砾薄层，湿，水下饱和，中密～密实。

圆砾（④-9-4）：主要由结晶岩组成，颗粒呈微风化状，亚圆形，混粒结构，

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坚硬，颗粒级配较好，一般粒径2-20mm，约占总质量的70%，最大粒径100mm，充填约20%的混粒砂和粘性土，局部为卵石层，密实。

1.2.2工程水文情况

浑河全长415km，汇水面积11481km2，水底隧道涌水量约为1974.69m3/d·m 。1959年浑河上游建成大伙房水库，水库以下的浑河流量受人工调节控制。本次穿越段浑河水位最深处约6米，河面宽约400.0米。本次勘察期间测得地下水位标高23.64～43.30m。

（1）区域地下水赋存条件

据地下水的赋存条件、水理性质、水力性质和含水层结构特征，本区段地下水属松散岩类孔隙潜水。本区段全新统含水层水量丰富，是工业、城市生活饮用水的主要开采层。

（2）地下水补、迳、排条件

沈阳地区浑河扇地的地下水补给途径为大气降水入渗、河流侧向垂向入渗及水田回渗补给，地下水水位年内变幅约2m，年内地下水位高值出现在九月至年末，低值出现在年初。

地下水的排泄主要为人工开采和向下游径流排泄。工作区地下水迳流条件良好。主要含水层渗透性强，迳流通畅。

（3）含水层及隔水层

本段场地含水层岩性以砾砂、圆砾层为主，地下水水位：10.00m（32.50m）-8.40m（30.60m）；含水层厚度32.0m-35.0m。

二、编制依据

1、沈阳地铁九号线一期工程汪曹区间结构与防水设计图纸 2、《汪曹区间岩土工程勘察报告》

3、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB-50204－2002)(2011版) 4、《地下工程防水技术规范》(GB50108－2008) 5、《地下防水工程质量验收规范》(GB50208－2011) 6、《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011） 7、本工程合同及招标技术文件要求

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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，我部特成立一个注浆组，由项目经理任组长、副经理和总工程师任副组长，由工程部、安质部、盾构部分别负责现场技术、安全质量、设备维修方面的监督指导。另外下设一个掘进同步注浆作业班和一个二次注浆作业班负责现场注浆施工。注浆作业班都是按两班倒配置，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1所示。

同步注浆作业班 项目副经理 总工程师 项目经理 工程部 安质部盾 试 构部验室四、同步注浆

盾构机的外径为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、参数及工艺等根据本合同段工程具体地质水文和环境条件，并参照以往的类似工程经验及现场推进速度确定。

4.1同步注浆系统原理

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图1组织机构图

二次注浆作业班

本工程施工的盾构机配有同步注浆系统。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了解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）设置注浆最大压力值和最小压力值，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随时进行搅拌，可防止浆液凝结或离析。浆液材料在盾构井旁边的搅拌站按照设计配合比拌合后，通过管道输送到浆液车内，由电瓶车运输到隧道内，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。

图2 同步注浆管路布置示意图

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4.2同步注浆材料及配比设计

本工程主要在富水砂层中掘进，选用能够适合围岩、能够保持长期稳定性、防水性的灌浆材料极为重要，选用水泥-水玻璃双液浆作为同步注浆浆液。二次注浆作为同步注浆的补充，必要时注，主要采用水泥浆，在隧道开挖对地表建筑或管线影响较大的地段，为减少地面沉降，选用速凝型浆液。

当盾构机开始推进+4环时，立即启动同步注浆系统进行管片壁后同步注浆。 在的同步注浆选用双液浆（水泥浆+水玻璃），主要目的时保障洞门的密封性。因为刀盘在击穿加固区的同时会形成对洞门的冲击水压，双液浆的注入会加快浆液的凝固时间，减少风险。但是双液浆的注入，如果不控制好双液浆注入的出口压力，可能会对盾尾造成致命的伤害。

本工程采用双液注浆，其性能指标见表6-3，A液为水泥浆液，B液为水玻璃，A、B液的比例为4：1，初凝时间稳定在13～15秒。

表4-1 双液注浆液的性能指标

项目 凝结时间 1小时抗压强度 1天时抗压强度 1小时析水率

在盾尾进入洞门后，在洞门配一套注浆机，对拖出盾尾5环以后的管片进行二次补充注浆，注浆选用水泥浆。注浆位置为管片顶部，每环注浆量由现场值班工程师根据地面监测数据和当环同步注浆量确定，注浆过程严格控制压力，不大于0.3MPa，作业人员时刻观察压力变化和管片变化，发现异常及时停机。水泥浆水灰比=1:1。

指标 13～15秒 0.05～0.1Mpa 0. 5～1Mpa ?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。根据设计资料及以往的施工经验，同

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步注浆压力取切口水压+0.05 MPa～0.15MPa。二次补浆压力0.35MPa～0.45 Mpa，不高于0.5 Mpa。

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，通常按如下列公式进行计算。

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*1.2=3.24m3

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，根据设计资料及施工经验，本区间a-注浆率可取1.5~2.0，本标段实际浆液的注入率暂按1.8考虑。

所以根据计算公式得

Q=3.24×（1.5～2.0）=4.86～6.48m3

即注浆量为4.86～6.48m3/环，按照1.8的注浆率考虑实际注浆量5.83m3/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环行程推进时间得到注人速度，计算式如下：

v=Q／t

式中：v-注入速度 (m／s)；Q-每环注人量(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

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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3。

注浆效果检查 注浆完毕 注浆工况分析 正常 继续 不正常 数据采集与管理、计 划图表 注浆系统配置 开始 参数设计 注浆拌制 设定控制方式 检测试验 合格 不合格 注浆 浆液运输 调整控制式与参数 下环注浆 图3 同步注浆工艺流程图

反馈综合评价 不符合要求 采取补充符合 施 4.4.1浆液拌制

(1) 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;

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(2) 各成分材料按合理顺序投放；

(3) 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；

注浆效果检查 注浆完毕 注浆工况分析 正常 继续 不正常 数据采集与管理、计 划图表 注浆系统配置 开始 参数设计 注浆拌制 设定控制方式 检测试验 合格 不合格 注浆 浆液运输 调整控制式与参数 下环注浆 图3 同步注浆工艺流程图

反馈综合评价 不符合要求 采取补充符合 施 (3)浆液拌制好后，输人浆液运输车中，运至工作面，随后利用拖车上的泵

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将浆液输入盾构机拖车上的储浆罐(7.5m3)中并立即开始搅拌；

(4)由于运输过程中无法搅拌，故运输时间不宜过长。特殊情况需较长时间运输、储存，则考虑适当加入缓凝剂；

(5)若浆液发生沉淀、离析，则应进行二次搅拌; (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6m3<单环注浆量<8m3 ，0.3MPa<注浆压力<0.5MPa；

(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水玻璃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。

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(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%～180%，但是在实际施工中，同步注浆注入量即使达到180%也不能完全控制住地面沉降值，原因可能有三个：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。所以我部决定在：当管片裂缝、接缝渗漏水及地面沉降控制较高的地段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。

为了减少同步注浆液早期强度低、隧道受侧向分力影响大的问题，在管片出盾尾5～6环后，通过管片注浆孔向管片外周进行二次注浆，来抵抗侧向分力。

5.1注浆材料

在隧道开挖对地表建构筑物影响较大的地段，防止周边土体松动领域的扩大，我部选择水泥浆液。根据以往的施工经验，水泥浆水灰比1:1，在具体的施工中，应根据实际情况对配合比做相应的调整。

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5.2注浆设备

盾构机后配套台车上空间狭小，无法满足一整套,注浆设备的正常运行，因此在一号台车走台前端两侧分别用走到板做延伸平台，并与桥架及一号台车焊接固定，延伸平台长度1.5m～2m。左侧为水泥存放专用，二次注浆施工时水泥浆搅拌桶、清水桶。注浆泵放置于一号台车右侧走道板。

二次注浆使用液压注浆泵，由一个压力泵站、两个浆液桶（考虑操作空间，搅拌桶就使用盾构空压机在油桶内搅拌水泥浆）和一个注浆机组成，注浆前凿穿管片吊装孔外侧保护层，安装专用注浆接头。

5.3注浆参数

二次注浆压力值一般设定在0.8～1Mpa，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。为控制隧道本身的沉降及提高隧道的防水功能计划对隧道采取二次压浆，并按照每5环一注，且5环管片按照一环的注入量考虑二次注浆量，注入率系数取1，具体的注浆压力与注浆量需根据现场实际情况而定。

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5~6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

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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。

六、质量控制

6.1工程质量保证制度

成立工程项目经理负责人质量管理小组，完善质量保证体系的质量管理责任制，严格按照质量体系中规定的责权要求运行。

定期召开质量分析会议，组织质量教育，严格执行“三检”制度，加强技术交底工作，强化工序控制，由责任化强经验丰富的工程师提任质量控制人员，配合监理工程师实施监督检查，保证工程质量。

加强现场施工材料管理，严格执行进料检验程序，保证施工材料满足设计和规范要求，不合格材料不得进场使用，确保工程质量。

配备好施工机具和计量工具以满足施工要求，建立健全各种资料、原始记录、使之成为评价工程质量的重要依据。

加强与甲方，监理的配合，认真接受指导和监督。

6.2工程质量措施

配料：采用经计量准确的计量工具，严格按照以设计配方配料施工。 注浆：注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制，专人操作。当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆时，应立即停止注浆，每段注浆量应严格设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。

注浆完成后，应采用措施保证注浆水不溢浆跑浆。 每道工序均要按排专人，负责每道工序的操作记录。

整个注浆施工应密切注意和防止地面出水溢浆、隆起等情况，加强对施工地段的沉降观测。

注浆前必须做好充分的注浆准备，注浆一经开始应连续进行，力求避免中断。

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每根施工结束后，要及时清洗浆管，避免堵管，对于沉积凝固严重的注浆管要及时更换。

七、安全措施及文明施工

7.1安全措施

建立健全各种岗位责任制，严格执行现场交接制度。

注浆泵及高压管路必须验试运转，确认机械性能和各种阀门管路，压力表完好后，方准施工。

每次注浆前，要认真检查安全阀、压力表的灵敏度，并调整到规定注浆压力位置。

安装高压管路和泵头各部件时，各丝扣的联接必须拧紧，确保联接完好。 注浆过程中，禁止现场人员在注浆孔附近停留，防止密封胶冲式阀门破裂伤人。

注浆时不得随意停水停电，必要时要事先通知，待注浆完成并冲洗后才可停水停电。

注浆施工期间，必须有专门机电修理工，以便出现机械和电器故障时能及时处理。

注浆现场操作人员必须配制安全帽、防护眼镜、口罩和手套等劳保用品，方可进行注浆施工。

7.2文明施工

围挡设施：施工现场围挡应封闭严密、完整、牢固、美观，上口沿要平、外立面要直，高度不低于1.8m，沿街围挡应使用金属板材。

施工现场的各种标牌字体应书写正确、规范、工整、美观，并经常保持整洁完好。

施工现场内整洁，无杂物。

施工现场要有排污池，及时清理沉淀物，保持现场清洁。

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