同步注浆施工方案.docx

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同步注浆施工方案

第一章工程概况

1.1工程概述

本合同所在标段为施工第十二标段，起讫桩号为21+199.04～23+959.04，输水管线调线后全长2721.463m。

主要包括盾构隧洞和现浇隧洞，35~38#排气阀井、5#盾构井、8#、9#二衬施工竖井，沿线设备的安装和调试，环境保护和水土保持措施和临建工程等。

本合同段输水隧洞一衬采用盾构法施工，所用盾构机为中铁装备制造公司生产，盾构刀盘直径6.28m，主机长度为9.3m，整体长度76m，盾构隧洞初衬采用C50W10混凝土预制管片拼装成型，盾构管片外径6.0m，内径5.4m，厚度0.3m。

二衬采用针梁式模板台车整圆现浇工艺内径4.7m，厚度35cm。

1.2盾构掘进线路及周边环境

本标段盾构掘进设计里程为23+879.040～21+199.040，盾构掘进线路总长度2641.463m，盾构掘进从5#盾构竖井兼38#排气阀井始发，由东向西掘进，依次经过9#二衬竖井兼37#排气阀井、8#二衬竖井兼36#排气阀井、35#排气阀井，最终到达4#盾构竖井。

盾构掘进线路共有6段直线段与5段曲线段，平面线形较为复杂，盾构掘进线路纵坡度为单一坡，坡度i=0.00085。

盾构掘进平面线形详见表1-1。

本标段盾构掘进线路地表建筑物较少，5#盾构始发井施工场地位于京福路西侧的空地上，施工场地毗邻交通主干道路，5#盾构竖井～36#排气阀井区间地表无建筑物，为待开发空地及农田，期间穿越凉风灌区和团忠路，36#排气阀～4#盾构竖井区间地表主要为待开发空地及低层民房和厂房，期间穿越1号灌区、2号灌区和黄亦路，盾构掘进线路环境详见图1-1。

表1-1盾构掘进线路平面线形一览表

序号

起讫里程

平面线形

曲线半径（m）

/转向

线路长度（m）

备注

1

23+879.04～23+448.479

直线

430.561

2

T1+747.144～T1+547.570

曲线

R=400/左转

199.574

3

T1+547.57～T1+429.181

直线

118.389

4

T1+429.181～T1+255.955

曲线

R=400/右转

173.226

5

T1+255.955～T0+645.455

直线

610.500

6

T0+645.455～T0+592.995

曲线

R=400/右转

52.460

7

T0+529.955～T0+296.009

直线

296.946

8

T0+296.009～T0+000.000

曲线

R=350/左转

296.009

9

21+662.798～21+646.889

直线

15.909

10

21+646.889～21+212.488

曲线

R=800/右转

434.401

11

21+212.488～21+199.040

直线

13.488

1.3地下管线分布情况

本标段盾构掘进线路地下管线分布较集中，主要位于35#排气阀井至4#盾构井之间的电信和给水管线，管线埋置于地面下0.3m～2m之间，埋深较浅，盾构掘进时对地下管线影响很小。

图1-1盾构掘进线路平面示意图

1.4工程地质及水文地质

1、工程地质情况

根据岩土工程勘察报告，工程区所在北京地区属华北地层分区，场区内均被第四系全新统冲、洪积层覆盖，其沉积物主要为永定河冲洪积物。

西部上游以厚层砂土、卵砾石层为主，向东过度为粘性土、粉土与砾土、卵砾石交互沉积层。

勘察深度范围内无湿陷性土、膨胀土、风化岩及残积土等特殊土的分布。

地下水主要为上层滞水、潜水和层间潜水，上层滞水下段地下水位标高大致在32.42～22.92之间，稳定性差。

潜水下段地下水水位标高为：

11.12～14.03m，含水层主要为卵石⑥层。

本标段盾构掘进线路范围内自上而下的地层岩性依次为杂填土①2、粉土②、粉细砂②2、粉细砂③2、粉质粘土③、粉土③，各层地质分布及厚度如图2-2所示。

2、水文地质情况

本标段钻探揭露之地下水含水层由一层含水层过渡到多层含水层，其岩性以②1、③1层中细砂，④层中粗砂和②层粉土为主，渗透系数分别为5～25m/d，15～40m/d和0.1～1.0m/d，局部水量较大，隔水层为粉质粘土、粘土，含水层与隔水层基本呈互层状分布，各层含水层都有本层的水位，但不稳定，且连续性差。

部分含水层局部地段因隔水层分布的变化或受地下水开采的影响，承压水位低于含水层顶板，形成层间潜水。

勘探期间（2009年4月）地下水位为28.9~27.2m、21.4~17.7m、14.2~11.14m，地下水位处于开挖面以下。

图1-2盾构线路地质图剖面图

第二章同步注浆的目的与原理

2.1同步注浆的目的

由于盾构主机的外径6.28m大于管片的直径6m,当盾构机外壳脱离管片后,管片与天然土体之间将存在一定的建筑空隙,这种空隙的存在,将导致以下不利后果:

天然土体坍塌从而引起地面下沉。

空隙积水增大管片间漏水的可能性。

管片在千斤顶作用下由于缺乏约束而变形错位。

隧道在硬岩段上浮。

在盾构掘进过程中,采用同步注浆,及时填充建筑空隙,尽可能的减少隧道上浮和对地面的影响,同时作为管片外防水和结构加强层。

2.2同步注浆的原理

同步注浆的基本原理就是将有具有长期稳定性及流动性,并能保证适当初凝时间的浆液（流体）,通过压力泵注入管片背后的建筑空隙,浆液在压力和自重作用下流向空隙各个部分并在一定时间内凝固,从而达到充填空隙,阻止土体塌落、隧道上浮等。

第三章同步注浆材料选用、参数设置与注浆工艺

3.1注浆材料及配比设计

1、注浆材料

采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有固结率高、固结体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。

水泥采用32.5矿渣硅酸铵水泥，以提高注浆固结体的耐腐蚀性，使管片处在耐腐蚀注浆固结体的包裹内，减弱地下水对管片混凝土的腐蚀。

2、浆液配比及主要物理力学指标

根据盾构施工经验，同步注浆拟采用的配比详见下表。

在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验及试验室优化确定。

同步注浆浆液的主要物理力学性能指标:

表3-1同步注浆材料配比一览表

强度等级

2.5MPa

水胶比

0.81

水灰比

2.43

材料名称

项目

水泥

水

砂

膨润土

外加剂

掺合料

每m3用量（kg）

145

352

597

38

9.4

291

每盘用量（kg）

1

2.43

4.12

0.26

0.065

2.01

（1）浆液胶凝时间：

初凝5小时04分钟；终凝8小时19分钟。

（2）固结体强度:

28天抗压强度4.12MPa。

（3）清晰率:

0.82%。

（4）浆液稠度:

113mm。

3.2同步注浆主要技术参数

1、注浆压力

注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力，同时避免浆液进入盾构机的土仓中。

最初的注浆压力是根据理论静止水土压力确定的，在实际掘进中将不断优化。

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。

一般而言，根据本工程的地层条件，注浆压力取0.7～2.4bar之间，最大不超过3.0bar。

由于从盾尾圆周上的四个点同时注浆，考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力将不同，并保持合适的压差，以达到最佳效果。

在最初的压力设定时，下部每孔的压力比上部每孔的压力略大0.5～1.0bar。

2、注浆量

根据刀盘开挖直径和管片外径，可以按下式计算出一环管片的注浆量。

Q=π/4×K×L×（D2-D22）式中:

Q——一环注浆量（m3）

L——环宽（m）

D1——开挖直径（m）

D2——管片外径（m）

K——扩大系数取1.3～2.0

代入相关数据，可得:

Q=π/4×（1.3～2.0）×1.2×（39.4-36）

=4.2～6.4m3/环

根据上面经验公式计算，注浆量取环形间隙理论体积的1.3～2倍，则每环（1.2m）注浆量Q=4.8～6.4m3。

3、注浆时间和速度

通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。

建立注浆流量与盾构掘进速度的关系，同步注浆速度与掘进速度匹配，按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。

3.3同步注浆工艺和方法

1、同步注浆工艺概述

壁后注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆槽、管路、阀件等组成，安装在第一节台车上。

当盾构掘进时，注浆泵将储浆槽中的浆液泵出，通过四条独立的输浆管道，通到盾尾壳体内的4根同步注浆管，对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆，在每条输浆管道上都有一个压力传感器，在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力；而且每条注浆管道上设有两个调整阀，当压力达到最大时，其中一个阀就会使注浆泵关闭，而当压力达到最小时，另外一个阀就会使注浆泵打开，继续注浆。

盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封，确保周边地基的土砂和地下水、衬背注浆材料、开挖面的水和泥土不会从外壳内表面和管片外周部之间缝隙流入盾构里，确保壁后注浆的顺利进行。

图3-1同步注浆工艺流程示意图

图3-2同步注浆示意图

2、同步注浆操作程序

（1）检查浆液拌制、运输、注入等设备的运行情况以及原材的质量状况。

。

（2）根据天气、环境温度等外界条件确定投料顺序后，按照现场试验人员的配比通知单进行浆液拌制，拌合时间由现场试验人员根据施工实际情况确定。

（3）拌制好的浆液经现场试验人员测试合格后，立即通过预设管路输送到浆液运输设备中，并运送至盾构机壁后注浆装置中，进行二次搅拌。

（4）注浆操作手选择注浆工作模式（一般均采用手动模式）。

随掘进开始，启动注浆泵进行注浆。

根据掘进速度，通过速度调节器调整注浆速度。

注浆过程中，操作手要时刻关注注浆压力及注浆流量。

图3-3注浆控制系统操作面板

（5）每环掘进结束后，立即检查同步注浆量及注浆压力，当上部注浆压力达到0.15~0.18Mpa之间，最小注浆量达到设定值时即可停止注浆，否则应继续进行注浆，以满足设定注浆压力或最小注浆量要求。

第四章同步注浆的质量控制措施

1、严格把好原材进场关，对新进场的水泥、砂、粉煤灰等同步注浆所用原材料必须按要求进行进厂检验，确认合格后方可使用。

未经检验的原材料一律不能使用。

2、现场试验人员要对其拌制的浆液进行稠度，强度等物理性能的抽样检测。

3、在不同的地层中根据需要不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短。

做到“掘进、注浆同步，不注浆、不掘进”。

4、注浆压力和注浆量双重控制标准即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值的85%以上时，即可认为达到了质量要求。

注浆效果检查主要采用分析法，即根据压力-注浆量-时间曲线，结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价。

对拱顶部分采用超声波探测法或者通过开孔进行检查，对未满足要求的部位，进行补充注浆。

5、制定详细的注浆作业指导书、技术交底，并对现场操作人员进行培训。

6、设有富有经验的注浆工程师负责现场注浆技术和质量管理工作。

7、浆液储运的时间不宜过长，以防止浆液离析或者初凝。

8、做好设备的维修保养，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。

第五章安全、文明施工保证措施

5.1安全保证措施

1、建立健全各种岗位责任制，严格执行现场交接制度。

2、注浆泵及高压管路必须试运转，确认机械性能和各种阀门管路，压力表

完好后，方准施工。

3、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。

4、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。

5、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。

6、注浆时不得随意停水停电，必要时必须事先通知，待注浆完成并冲洗后方可停水停电。

7、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。

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

5.2文明施工保证措施

1、现场施工人员一律要佩戴门禁卡和安全帽，遵守现场的各项规章制度，非施工人员一律不准擅自进入施工现场。

2、现场临时设施的设置，要按照“适用、整洁、安全、尽量少占用地”的原则，在施工组织设计中统一考虑，合理布置。

所有临时设施的门口都要挂上用途、管理制度的标牌，实行管理公开化，互相监督。

3、施工现场防火、用电安全、施工机械管理及余泥外运、散体物料运输、使用预拌混凝土等应严格执行国家或地方的有关规范、规程和规定，绝对禁止违章行为。

4、施工机械摆设整齐，机身整洁，标识编号明显清楚，安全装置灵活有效，操作现场内外干净，操作方便，搅拌站挂牌搅拌，当日完成后清洗干净，做到场清料净。

5、现场生产用电线路符合安全用电规程，线路电杆排列整齐牢固，线路无吊挂物。

6、在施工过程中材料要严格定量使用，除合理耗损外杜绝浪费现象，并采取处罚措施。

7、工地应严格遵守文明施工规定，并教育员工自觉遵守城市环保、环境卫生管理条例，做文明员工，共同为创建卫生城市作贡献。