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【摘 要】随着社会经济的发展，交通拥堵日益加剧，公共交通问题亟待解决，修建地铁和轻轨已是各大城市基础建设的必要内容，是建设现代化大都市的标志。城市轨道交通，特别是地铁运输，在运力、环保、经济、舒适和空间利用等方面有着其他交通手段无可替代的优势。因此，本文就此为切入点，从盾构法的概述入手进行论述，以杭州地铁1号线工程红普路站～九堡站区间为工程案例，简要分析了地铁盾构施工中注浆技术的具体应用，以供参考。
【关键词】地铁工程；盾构施工；注浆技术；应用
引言
城市地铁是现代城市交通的重要组成部分，随着城市交通发展的需求，地铁建设发展迅速。在地铁施工过程中，盾构作为地铁施工领域的新兴技术，近年来也得到了飞速发展。在地铁盾构施工中，由于刀盘开挖直径与盾构管片外径间存在空隙，同时因地质条件、地下水、隧道埋深、掘进模式等诸多因素的影响，易造成地层变形、管片错台、隧道漏水等不良现象的出现，因此，必须对管片背后的空隙选择合理的注浆材料进行充填，最终确保有效降低盾构施工过程中地层变形现象的出现。
一、盾构法的概述
盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构（shield）是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端設置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，同时向衬砌环的外围部分进行注浆，其目的是为了防止隧地铁道以及地面的坍塌与下沉。盾构法施工的优点有很多，具体如下：其一地铁盾构技术主要由稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌包括壁后灌浆三大要素组成。其中开挖面的稳定方法是其工作原理的主要方面，也是区别于硬岩掘进技术或比硬岩掘进技术复杂的主要方面。大多数硬岩岩体稳定性较好，不存在开挖面稳定问题。其二，用地铁盾构技术进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用地铁盾构技术施工更为经济合理。
二、地铁盾构施工中注浆技术的具体应用
1、工程概况
杭州地铁1号线全长53km，其中一期工程48km，一号线北起临平街道临平站（临平支线），东起杭州经济技术开发区（下沙）文泽路站（下沙支线），南抵萧山区湘湖站，贯穿临平副城、下沙副城、江南副城和杭州市中心城区。红普路站～九堡站区间线路建设时采用两条分离式的单线盾构隧道，区间单线长987m，两线中心间距15.2～11.2m，隧道埋深9～20m。隧道采用混凝土管片衬砌，管片的外径6200mm、内径5500mm、厚度350mm、宽度1200mm，环间采用错缝拼装。
该隧道主要穿越软土为主，粉砂、粉质粘土的地带，局部穿越可塑或稍密状残积土、硬塑或中密状残积土。隧道上方主要为粉砂及残积层。
2、盾构施工过程及模拟分析
土压平衡盾构法施工流程包括：（1）先在已建造好的基坑进行盾构吊井安装；（2）盾构从基坑出发向另一竖井或基坑推进；（3）盾构在掌子面进行有压掘进一定距离（一般为一环）后在盾尾进行管片拼装，并通过千斤顶将管片推出盾尾；（4）由于管片与土体间存在一定空隙，必须向空隙中同步注浆，以减少土体变形和地面下沉。这样完成了盾构施工的一个循环。可以看出，盾构掘进过程中的土体变形主要发生在掌子面以及管片推出盾尾后。掌子面的土体变形与压力的控制密切相关，管片推出盾尾后的同步注浆的时间和效果对土体变形影响很大。为准确得到盾构施工各阶段及最终土体的变形和应力分布，在模拟中考虑盾构施工过程中的每一环节是非常重要的。当采用二维模拟时，还必须考虑施工各阶段的应力释放影响。盾构隧道施工全过程模拟主要包括：计算模型的建立（含边界条件的设置和初始应力场的施加）、开挖的模拟、应力释放率的考虑、管片安装等。其中应力释放率的考虑是至关重要的，也是常容易被不应该地忽略的。应力释放的含义是指由于掌子面和盾壳的存在，隧道周边土体的变形得到一定程度的抑制，应力释放率定义为隧道开挖的某一阶段产生的实际释放荷载除以隧道开挖完成后最终的释放荷载。
3、盾构施工中注浆技术的应用
该标段采用一台海瑞克土压平衡盾构机进行施工。根据线路区间上层地质情况、地面建筑、掘进模式，采用以同步注浆为主，二次补浆和地面跟踪注浆为辅的三种注浆形式。现对杭州地铁1号线路红普路站～九堡站区间隧道盾构施工中的同步注浆技术进行总结研究。
3.1盾构隧道施工中的同步注浆
3.1.1目的。盾构隧道施工中同步注浆的目的在盾构隧道施工中同步注浆的目的如下：
（1）防止地层变形，主要是防止地层下沉：随着盾构机的掘进，管片脱离盾尾时，该部位的地层出现临时无支撑的凌空状态，致使管片背面间隙出现变形或者局部坍塌，随着围岩松散范围不断扩大，地面逐渐产生沉降。如果用浆液及时填充此间隙，地层变形或坍塌就受到约束，可以有效地控制地面沉降，所以同步背后注浆的饱满度直接影响地表沉降的程度。另外，盾构在软土、富水层掘进时，若土压或气压、泥浆压力不够，地层就会出现局部崩坍，表现在出土量、出水量增大，引起地下水位下降、地表下沉。该区间隧道80%穿过裂隙发育的强风化带和中风化带。若同步背后注浆不饱满，地下发育的裂隙水会逐渐汇聚成水流而流入土仓，或从破损的管环纵缝渗进隧道。若地层失水量过大，地下水位会降低，出现压密现象，致使地层变形。在裂隙水损失的过程中，地下水也会产生流动，并带动土颗粒移动，导致地层变形加剧。
（2）确保管片衬砌的早期稳定：盾构隧道是一种管片衬砌和围岩一体化的结构稳定的构造物。在盾构掘进过程中，管片背面的空隙需及时均匀地填充，以确保管片所受外力均匀、无偏压和集中应力现象。如果管片背面的空隙得不到及时的填充，管片处于无支撑或失稳状态，在盾构机巨大的推力下，管环容易出现错台、倾斜，严重时会导致管片开裂。所以，注浆是确保管片衬砌早期稳定的重要措施。 （3）为提高隧道的抗渗能力：管片脱出盾尾时，在管片背面形成空壳，如果用浆液及时地填充，浆液凝固时就会形成一道防线，能够有效提高盾构隧道的抗渗能力，以控制地下水渗入隧道。
3.2.2 后同步注浆的加固机理。影响盾构隧道注浆填充加固质量的三个关键因素是：充填性、限域性（防止流失）、固结强度（早期强度）。
对填充的浆液应具有以下特性：浆液充填性好，但并不会流窜到应填充空隙以外的其它地域；浆液流动性好，离析少，以便长距离压送；浆液注入时应具备不易受地下水稀释的特性；早期强度均匀，其数值与原状土的强度相当；漿液硬化后的体积收缩率和渗透系数小；无公害且价格便宜。上述部分特性是相互矛盾的，所以实现上述目标特性并非易事。
该隧道区间同步注浆选用水泥砂浆，是单液浆。此浆液的优点是流动性好，凝固后强度大；缺点是初期强度小，易流失，常会从注浆处流入盾构机的土仓，造成浆液浪费，也易使隧道管片背后最重要的顶端部位出现无浆液充填的现象。单液浆液在搅拌机等搅拌器中一次拌和成为可流动的液体，再经过注浆凝结后固结。由于水泥的水化反应非常缓慢，所以到达固结状态需要几个小时。因此，注入时要求浆液是流动性好的液态，以利于充填。为防止浆液和地下水倒流或进入土仓，海瑞克盾构机在盾尾设计有止浆板，但往往在盾构机掘进一段后，由于盾体与土体之间的磨擦，部分止浆板就会堕掉。
（1）在盾构始发的100多米内，止浆板一般比较完整，同步注浆的浆液不会流窜到土仓，注浆压力容易保持，管片顶部容易注浆饱满。（2）盾构机掘进一段后，部分止浆板脱落，同步注浆压力在管片顶部无法保持，浆液顺脱落的止浆板流入土仓，如不采取措施，管片顶部注浆不饱满，会形成空壳，易引起地面沉降。（3）盾构机从该隧道区间的盾构始发端下沙延伸段盾构顺利始发时，止浆板未受磨损，非常完整，所以文泽路站端洞门的注浆很饱满，洞门渗水少。盾构机从中间风井二次始发时，有1/4止浆板脱落且没能及时修复，所以风井处始发洞门无法注浆饱满，造成漏水严重。
结束语
总而言之，面对人民生活水平的不断提高，交通的发展成为城市规划建设的重中之重。地铁这一轨道交通工具将显著地缓解城市交通压力，疏解主城中心区交通拥堵、改善居民的出行。而盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，在近年来地铁工程施工中得到广泛应用，相信在不就的将来盾构法施工将走上一个大舞台。
参考文献：
[1]向昌平.盾构法施工技术在地铁建设运用中的技术问题分析[J].中国高新技术企业，2008（08）.
[2]孙立功，等.广州地铁3号线盾构区间同步注浆施工技术[J].铁道标准设计.2010（10）.
[3]栗晋华.隧道盾构单双液结合多序注浆技术探讨[J].中国科技信息.2012（13）.
【关键词】地铁工程；盾构施工；注浆技术；应用
引言
城市地铁是现代城市交通的重要组成部分，随着城市交通发展的需求，地铁建设发展迅速。在地铁施工过程中，盾构作为地铁施工领域的新兴技术，近年来也得到了飞速发展。在地铁盾构施工中，由于刀盘开挖直径与盾构管片外径间存在空隙，同时因地质条件、地下水、隧道埋深、掘进模式等诸多因素的影响，易造成地层变形、管片错台、隧道漏水等不良现象的出现，因此，必须对管片背后的空隙选择合理的注浆材料进行充填，最终确保有效降低盾构施工过程中地层变形现象的出现。
一、盾构法的概述
盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构（shield）是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端設置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，同时向衬砌环的外围部分进行注浆，其目的是为了防止隧地铁道以及地面的坍塌与下沉。盾构法施工的优点有很多，具体如下：其一地铁盾构技术主要由稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌包括壁后灌浆三大要素组成。其中开挖面的稳定方法是其工作原理的主要方面，也是区别于硬岩掘进技术或比硬岩掘进技术复杂的主要方面。大多数硬岩岩体稳定性较好，不存在开挖面稳定问题。其二，用地铁盾构技术进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用地铁盾构技术施工更为经济合理。
二、地铁盾构施工中注浆技术的具体应用
1、工程概况
杭州地铁1号线全长53km，其中一期工程48km，一号线北起临平街道临平站（临平支线），东起杭州经济技术开发区（下沙）文泽路站（下沙支线），南抵萧山区湘湖站，贯穿临平副城、下沙副城、江南副城和杭州市中心城区。红普路站～九堡站区间线路建设时采用两条分离式的单线盾构隧道，区间单线长987m，两线中心间距15.2～11.2m，隧道埋深9～20m。隧道采用混凝土管片衬砌，管片的外径6200mm、内径5500mm、厚度350mm、宽度1200mm，环间采用错缝拼装。
该隧道主要穿越软土为主，粉砂、粉质粘土的地带，局部穿越可塑或稍密状残积土、硬塑或中密状残积土。隧道上方主要为粉砂及残积层。
2、盾构施工过程及模拟分析
土压平衡盾构法施工流程包括：（1）先在已建造好的基坑进行盾构吊井安装；（2）盾构从基坑出发向另一竖井或基坑推进；（3）盾构在掌子面进行有压掘进一定距离（一般为一环）后在盾尾进行管片拼装，并通过千斤顶将管片推出盾尾；（4）由于管片与土体间存在一定空隙，必须向空隙中同步注浆，以减少土体变形和地面下沉。这样完成了盾构施工的一个循环。可以看出，盾构掘进过程中的土体变形主要发生在掌子面以及管片推出盾尾后。掌子面的土体变形与压力的控制密切相关，管片推出盾尾后的同步注浆的时间和效果对土体变形影响很大。为准确得到盾构施工各阶段及最终土体的变形和应力分布，在模拟中考虑盾构施工过程中的每一环节是非常重要的。当采用二维模拟时，还必须考虑施工各阶段的应力释放影响。盾构隧道施工全过程模拟主要包括：计算模型的建立（含边界条件的设置和初始应力场的施加）、开挖的模拟、应力释放率的考虑、管片安装等。其中应力释放率的考虑是至关重要的，也是常容易被不应该地忽略的。应力释放的含义是指由于掌子面和盾壳的存在，隧道周边土体的变形得到一定程度的抑制，应力释放率定义为隧道开挖的某一阶段产生的实际释放荷载除以隧道开挖完成后最终的释放荷载。
3、盾构施工中注浆技术的应用
该标段采用一台海瑞克土压平衡盾构机进行施工。根据线路区间上层地质情况、地面建筑、掘进模式，采用以同步注浆为主，二次补浆和地面跟踪注浆为辅的三种注浆形式。现对杭州地铁1号线路红普路站～九堡站区间隧道盾构施工中的同步注浆技术进行总结研究。
3.1盾构隧道施工中的同步注浆
3.1.1目的。盾构隧道施工中同步注浆的目的在盾构隧道施工中同步注浆的目的如下：
（1）防止地层变形，主要是防止地层下沉：随着盾构机的掘进，管片脱离盾尾时，该部位的地层出现临时无支撑的凌空状态，致使管片背面间隙出现变形或者局部坍塌，随着围岩松散范围不断扩大，地面逐渐产生沉降。如果用浆液及时填充此间隙，地层变形或坍塌就受到约束，可以有效地控制地面沉降，所以同步背后注浆的饱满度直接影响地表沉降的程度。另外，盾构在软土、富水层掘进时，若土压或气压、泥浆压力不够，地层就会出现局部崩坍，表现在出土量、出水量增大，引起地下水位下降、地表下沉。该区间隧道80%穿过裂隙发育的强风化带和中风化带。若同步背后注浆不饱满，地下发育的裂隙水会逐渐汇聚成水流而流入土仓，或从破损的管环纵缝渗进隧道。若地层失水量过大，地下水位会降低，出现压密现象，致使地层变形。在裂隙水损失的过程中，地下水也会产生流动，并带动土颗粒移动，导致地层变形加剧。
（2）确保管片衬砌的早期稳定：盾构隧道是一种管片衬砌和围岩一体化的结构稳定的构造物。在盾构掘进过程中，管片背面的空隙需及时均匀地填充，以确保管片所受外力均匀、无偏压和集中应力现象。如果管片背面的空隙得不到及时的填充，管片处于无支撑或失稳状态，在盾构机巨大的推力下，管环容易出现错台、倾斜，严重时会导致管片开裂。所以，注浆是确保管片衬砌早期稳定的重要措施。 （3）为提高隧道的抗渗能力：管片脱出盾尾时，在管片背面形成空壳，如果用浆液及时地填充，浆液凝固时就会形成一道防线，能够有效提高盾构隧道的抗渗能力，以控制地下水渗入隧道。
3.2.2 后同步注浆的加固机理。影响盾构隧道注浆填充加固质量的三个关键因素是：充填性、限域性（防止流失）、固结强度（早期强度）。
对填充的浆液应具有以下特性：浆液充填性好，但并不会流窜到应填充空隙以外的其它地域；浆液流动性好，离析少，以便长距离压送；浆液注入时应具备不易受地下水稀释的特性；早期强度均匀，其数值与原状土的强度相当；漿液硬化后的体积收缩率和渗透系数小；无公害且价格便宜。上述部分特性是相互矛盾的，所以实现上述目标特性并非易事。
该隧道区间同步注浆选用水泥砂浆，是单液浆。此浆液的优点是流动性好，凝固后强度大；缺点是初期强度小，易流失，常会从注浆处流入盾构机的土仓，造成浆液浪费，也易使隧道管片背后最重要的顶端部位出现无浆液充填的现象。单液浆液在搅拌机等搅拌器中一次拌和成为可流动的液体，再经过注浆凝结后固结。由于水泥的水化反应非常缓慢，所以到达固结状态需要几个小时。因此，注入时要求浆液是流动性好的液态，以利于充填。为防止浆液和地下水倒流或进入土仓，海瑞克盾构机在盾尾设计有止浆板，但往往在盾构机掘进一段后，由于盾体与土体之间的磨擦，部分止浆板就会堕掉。
（1）在盾构始发的100多米内，止浆板一般比较完整，同步注浆的浆液不会流窜到土仓，注浆压力容易保持，管片顶部容易注浆饱满。（2）盾构机掘进一段后，部分止浆板脱落，同步注浆压力在管片顶部无法保持，浆液顺脱落的止浆板流入土仓，如不采取措施，管片顶部注浆不饱满，会形成空壳，易引起地面沉降。（3）盾构机从该隧道区间的盾构始发端下沙延伸段盾构顺利始发时，止浆板未受磨损，非常完整，所以文泽路站端洞门的注浆很饱满，洞门渗水少。盾构机从中间风井二次始发时，有1/4止浆板脱落且没能及时修复，所以风井处始发洞门无法注浆饱满，造成漏水严重。
结束语
总而言之，面对人民生活水平的不断提高，交通的发展成为城市规划建设的重中之重。地铁这一轨道交通工具将显著地缓解城市交通压力，疏解主城中心区交通拥堵、改善居民的出行。而盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，在近年来地铁工程施工中得到广泛应用，相信在不就的将来盾构法施工将走上一个大舞台。
参考文献：
[1]向昌平.盾构法施工技术在地铁建设运用中的技术问题分析[J].中国高新技术企业，2008（08）.
[2]孙立功，等.广州地铁3号线盾构区间同步注浆施工技术[J].铁道标准设计.2010（10）.
[3]栗晋华.隧道盾构单双液结合多序注浆技术探讨[J].中国科技信息.2012（13）.