成吉思汗广场站—毫沁营站区间轨道交通2号线一期工程的第16座车站, 前站为内蒙古体育馆站, 后站为毫沁营站, 本站设计里程为DK19+338.706, 起、止里程为DK19+208.006—DK19+411.006, 其中标准段宽度为19.7m, 底板埋深平均为16.6m, 顶板覆土约3.2m。该站施工主要采用明挖顺做技术, 另外在局部采用盖挖法进行施工。

盾构施工属于暗挖法的一种, 该技术的完成需在盾构掘进机的配合下进行作业, 实现了先进的全机械化施工, 施工过程主要有掘进、管片拼装、注浆、盾尾脱出及浆液凝固等重要环节。使用盾构技术进行地铁建设, 不但不会影响既有的交通运营, 还能将地下水渗漏、地表沉降等隐患稳定在可控范围内。施工中产生的噪声、振动等大多集中在竖井口附近便于管控。不同程度的埋深不会对投资成本造成较大影响, 且施工风险较小, 能控制在相对安全的状态 (见图1) 。

从地铁盾构隧道的实际施工可知, 盾构机刀盘的直径一般都大于管片衬砌外径, 当管片脱离了盾尾后, 围岩与管片之间就会存在一定空隙, 通常为8～16cm (见图2) , 此时岩体没有任何支护结构, 易出现移位现象, 这是导致地面沉降的直接原因, 严重威胁施工安全。因此, 采用壁后注浆技术能在很大程度上解决这一问题。

注浆就是向管片与围岩之间的空隙注入部分浆液, 该过程管理要按照工程项目对隧道变形及地层沉降的相关要求来选择相应的注浆、压浆方式, 这种管理贯穿项目从计划到正式施工的每个环节。

1) 通过注浆技术减少盾尾的间隙, 有助于防止出现地表沉降现象, 还可减少施工对地面构筑物造成的影响。在地铁施工中, 盾尾间隙是导致变形和沉降的主要因素。因此, 应用同步注浆技术能有效填充间隙, 使周围岩体有一定的支撑力, 也可减少事故发生的概率。

2) 该技术还能有效提升管片衬砌的稳定性, 增强盾尾间隙的密封性, 防止发生管片上浮的现象。盾尾间隙不仅会导致地表沉降, 还会造成管片上浮, 这种情况大多为地下管片受到的上浮力大于其重力。因此, 只要有空隙存在, 管片就会上浮。所以, 同步注浆技术能有效密封空隙, 防止管片出现上浮的情况。

3) 该技术具有良好的防水功能。因为地铁隧道不可避免地要穿越高压富水地层, 因此对防水也有较高要求;而注浆技术能在填充空隙、处理变形缝方面起到重要作用, 保障项目的防水效果。

4) 通过注浆还可充当隧道的衬砌加强层, 有助于提升隧道结构的稳定性。只有当衬砌结构与岩体间基本不存在空隙时, 隧道的稳定性才能得到保证, 注浆技术能实现这一要求。

一次注浆即同步注浆, 是在空隙产生的同时开展注浆作业, 对空隙进行填充, 一般有2种注浆方法:一种是通过注浆管注入, 另一种是通过管片的注浆孔注入。由于第1种方法的注浆管安装在盾构外侧, 如果注浆管内有杂物等, 很容易出现阻塞现象, 不过这种方法是完全同步注浆;第2种方法是在管片脱离盾尾之后再注入浆液, 为半同步的注浆方式。具体施工步骤为: (1) 即时注浆当一环掘进完成后, 立即对管片注浆孔进行注浆; (2) 后方注浆完成数环掘进之后, 再通过管片注浆孔进行注浆。通常情况下, 自稳性好的软岩地质会采取该方式。具体采取何种方式进行注浆, 要考虑地质层特点、盾构直径及相关设备、开挖断面等诸多因素。

二次注浆主要是为完善一次注浆的效果而进行的, 具体作用如下: (1) 进一步填充尚存在的空隙; (2) 对因浆体收缩而造成的体积变化进行补充; (3) 为了增强周围地层的稳定性而进行补充。针对前2种目的的补浆, 所用浆液与一次注浆相同;如果是为了第3种目的, 一般选取特定的化学浆液。

注浆管理最主要的是对注浆量与注浆压力进行有效控制。注浆压力控制即保证在一定的压力下, 对注浆量进行控制;而注浆量控制即在保证注浆量一定的前提下, 对压力进行相应调整的控制方式。在实际施工中, 通常要同时采取2种控制方法: (1) 注浆量影响注浆量的因素很多, 如向地层的渗透、掘进曲线、浆液种类等, 因此很难对其用量进行精准计算。 (2) 注浆压力对注浆压力进行确定时要考虑土压、水压、管片强度、盾构形式及浆液特性等因素, 然后进行综合判断, 实际施工中受施工人员经验的影响, 注浆压力通常取l00～300kN/m², 而间隙水压在200kN/m²左右。一定要多次试验注浆量与注浆压力的不同取值, 确定最佳效果, 保证施工质量。

同步注浆的作用是通过及时填充盾构与管片圆环间的空隙来减少地面沉降, 这是盾构掘进施工中的一道重要工序。选择和易性好、渗水性小且具有一定强度的浆液, 并及时、均匀和足量压注, 压浆参数根据压浆时的压力值和地层变形监测数据及时调整, 同步注浆通过嵌于盾尾的注浆管压注。根据工程地质情况, 结合盾构机在类似地质条件下的成功经验, 本工程同步注浆浆液主要采用水泥砂浆浆液, 需特殊处理地段视情况选用与二次补压浆相近的双液浆, 注浆压力设定为0.3～0.5MPa, 压浆与掘进同步进行。在盾构掘进过程中, 工作面压浆需有专人负责, 对压入位置、压入量、压力值均应详细记录, 并根据地层变形监测信息及时调整。

注浆材料质量直接影响了防水、加固等功能的实现, 因此要求材料具有良好的流动性、稳定性、强度、安全性, 另外还要确保凝固时间在可控范围内。

按照注入浆液种类可将其分为单液浆和双液浆两种。单浆液还可按照是否添加胶凝物的方式分为惰性浆、硬性浆。惰性浆的特点是填充效果好、成本较低, 但强度不高;硬性浆则具有强度高的优点, 但填充效果及成本方面优势不足, 还会造成堵塞的现象。在实际施工中, 要根据工程需要及成本要求, 对注浆材料进行合理选择。

1) 施工准备阶段备 好所用的注浆材料, 检查相关设备, 检查压力系统是否处于正常状态。

2) 浆液拌制阶段 本项目搅拌站设在明挖车站场地内, 选择人工配料的方式, 搅拌能力为20m³/h。

3) 浆液运输与储存阶段 使用7.5m³的浆液运输车将浆液输送到盾构区间, 借助砂浆泵将浆液输送至盾构机6m³的储浆罐, 然后充分搅拌, 另外还要对运输车和储浆罐进行及时清洗。

4) 浆液泵送环节 通过同步注浆系统可实现2台注浆泵同时对4个加注口实施同步注浆, 在控制室设置相应的参数, 准确控制注浆量。

5) 同步注浆相关参数的确定 在进行同步注浆的作业前, 要准确控制相关参数, 才能保证获得理想的注浆效果, 降低地表沉降发生的概率。如注浆压力应当大于水土压力, 通常设置在1.10～1.15Pa;实际施工中, 浆液必定会有部分损失, 因此实际注浆量要达到理论值的1.3～1.8倍;另外, 为保证注浆效果, 注浆速度还要与掘进速度向一致, 即可通过一环掘进所消耗的注浆量来确定整个过程的平均注浆速度;只有当注浆压力、注浆量都满足施工需求后, 才可判断是否完成注浆作业。

二次注浆作用是减少盾构后土体的后期沉降, 特别是盾构在穿越地下管线及地面构筑物、涌水及软土地段时, 补压注浆尤为重要。二次注浆采用水泥浆或水玻璃双液浆, 注浆压力一般为0.2～0.4MPa。压浆需派专人负责, 对压入位置、压入量、压力值均详细记录, 并根据地层变形监测信息及时调整, 确保压浆作业的施工质量。

综上所述, 注浆技术在盾构掘进过程中不能忽略, 不仅能很好地应对地形变化, 还能有效提升隧道的稳固性、防水性。在地铁盾构施工中, 要结合工程需要及成本控制等因素, 合理选择注浆材料、作业参数及相关施工技术, 并及时准确记录相关数据, 适当调整注浆压力及注浆量大小, 确保工程施工质量及地铁建设的安全性。