发表时间：2019-07-17T10:41:43.840Z 来源：《基层建设》2019年第12期作者：张国军
[导读] 摘要：水对地下工程施工影响很大，某种程度上水的治理成功与否决定着工程能否继续进行。 上海建科工程咨询有限公司上海市 200032
摘要：水对地下工程施工影响很大，某种程度上水的治理成功与否决定着工程能否继续进行。盾构隧道顶部管片壁后因施工、地质等多种原因易形成未被填充的贯通通道，当裂隙水发育时，这条通道将成为汇水通道，将裂隙水源源不断的引入盾构机前方掌子面，水量较大时使盾构施工被迫中断。通过对高压裂隙水通道封堵措施的探索与实践，到此类汇水通道高压水治理的有效方法，为盾构施工中有压水的治理提供借鉴。
关键词：盾构施工；聚合物膨润土砂浆；实验试配；裂隙水封堵；汇水通道；壁后注浆 引言
盾构施工需要一定条件，当盾构机前方掌子面有较大水量汇入时，施工被迫停止。通过对地下汇水的治理方法研究，探索出地下有压水封堵的有效措施，为地下工程施工中出现类似情况提供参考。
1.地质情况
某区间盾构隧道施工地质状况：隧道处于强风化红层，隧道断面地质为泥质粉砂岩、粉砂岩。岩石风化节理裂隙非常发育。地下水来源主要为第四系松散层和全风化带中的孔隙潜水、强~中风化带中的基岩裂隙水。
2.问题描述
盾构机刀盘设计为复合地层刀盘，盾构机推进至该区间的右线435环时出土口喷涌，随后又继续掘进了20环，由掌子面流入土仓内的水量达到每分钟22方，盾构机无法继续推进，汇入土仓内的水为清水。
3.原因分析
初步分析因掌子面前方裂隙水发育所致，但根据掌子面面积计算水量与实际不符。
随后对已拼装完成的管片封顶块及邻接块注浆孔检查，发现有大量水涌出。直至盾尾以后45环范围检查孔均有水泄出，从盾尾向始发端水流量呈由大到小的规律。
实际原因为：壁后注浆未填满开挖环，随着隧道延伸，顶部未填充浆液的空间纵向延伸为一条较长的汇水通道。观察已拼装完成的45环管片，前20环泄水量稍小，后20环泄水量较大，有一定压力，上半环基本上环环注浆孔泄水。现场检测汇水通道的流速达到了2.3m/s。
4.初步方案
水流流经隧道顶部，只有阻断顶部的汇水通道方能为盾构机正常工作创造必要的条件。
由于水的流量大，汇水断面较小，水的流速较快，决定从上游向下游每五环做一阻水环逐步封堵。采用200米扬程的三缸活塞泵，每小时15方的注浆量。2台注浆泵同时在一个断面上注浆，浆液配制拟定用水泥－水玻璃双液浆。经过试验室试配，选定水玻璃波美度为30，模数M=2.8的水玻璃原液，水泥选用普通硅酸盐水泥P.O32.5级。按照水泥浆与水玻璃溶液的比例为1：1配制，凝结时间24秒。在第391环的位置约10点位和2点位开始注浆，浆液注入2.0方，注浆压力为0.2MPa，停止注浆，整个断面的检查孔无水流出。转至第395环处在同样的点位进行断面注浆，该处断面注入3.2方后注浆压力仍然为初始注浆时的0.2MPa无明显上升，并且仍然在注浆孔泄水。依次转至400环、405环、410环处三个断面继续进行断面双液注浆，注浆量分别为2.0方、3.0方、3.5方，注浆压力在0.15MPa~0.2MPa之间，注浆孔仍然有大量水泄出。调整双液浆凝结时间为15秒，转至395环10点位继续注浆，注入约0.4方浆液时注浆压力上升至0.6MPa，2点位注入0.2方浆液时压力骤然上升至0.6MPa，停止注浆。打开顶部注浆孔，发现大量水泄出。
上述注浆方案计划每隔5环做一个封闭止水环，然而当双液浆凝结时间为24秒时，浆液注入量较大，无压力上升，说明未能形成封闭环，顶部汇水通道的水流量较大且流速快，在浆液未凝结时已被水流冲
走。当双液浆凝结时间调整到15秒时，仅在注浆口处形成体积较小的固结物，浆液未能扩散开来就已凝结。该双液浆做止水环的方案在如此大的水流量情况下未能起到效果。
5.更改方案
项目管理层讨论治理方案，根据管片顶部汇水通道的水流量大、流速快的特点，决定采用比重及粘度较大的砂浆进行阻水。
液压砂浆泵技术参数如下：电机功率15KW，工作压力0－16MPa，10M3/h可调流量。拟定砂浆配比：水泥：砂：水：速凝剂＝1：1：1：0.05，经实验室试配，水泥砂浆的流塑性较好，砂的最大粒径经过筛得到不大于5mm的级配砂，加入铝氧熟料、纯碱、增强剂等为主要成份的速凝剂，试配其初凝时间为5分钟，终凝时间13分钟。
由395环断面开始注速凝水泥砂浆，先从10点位的注浆孔压浆，液压泵压力为0.3MPa，15分钟注入量2.2方，液压表压力无上升，又继续压浆23分钟，累计压入砂浆5.1方，液压表压力值仍然在0.2MPa左右。前方水流中有大量水泥砂浆。至此，压注速凝水泥砂浆的方案经实验未起到堵水效果。
6.方案调整
再次讨论，一致认为2.3m/s的水流速对注入的砂浆形成了较大的冲击，刚刚注入的砂浆未附着到管片
外壁便已经被水流冲刷并溶于水中。拟配制较高密度及粘性的砂浆注入。
水泥：砂：膨润土：水＝100：230：50：120，此配比经实验室试配达到较好的和易性和流动性，适用于液压砂浆泵泵送。仍对第395环的10点位注浆孔实施注浆，注浆压力调整为0.35MPa，流量为7.2M3/h，注入2.4方砂浆无效果。
7.优化方案
进一步分析认为混合砂浆的抗冲刷能力仍不够高，决定对水泥、砂、膨润土的混合料进行改良，使其具有较高的粘聚性。经查阅大量的技术资料及以往案例，决定采用高分子聚合物对混合料进行改良，按照如下的配合比进行试配：水泥：砂：膨润土：水：高分子聚合物＝100：230：50：120：7仍对395环的10点位注浆，压力0.3Mpa，15分钟注入量1.9方，17分钟后注浆压力明显上升，由0.32MPa上升到0.7MPa，仅用了3分钟半，浆液注入量明显下降，17分钟内流量从7.2M3/h降至1.8M3/h。说明在注入总量2.18方时，此注浆孔已经不能注入混合砂浆。随后转至2点位开始注砂浆，压力变化规律同10点位相同，注浆总量到2.495方时达到极限，注浆压力短时间内急剧上升到
0.73MPa，考虑到对隧道管片的保护，停止此点位注浆。但此时2点位注浆还未结束时，已经注浆2.18方的10点位出现了注浆孔泄水，前方
汇水面可见大量砂浆料。此次注入的砂浆仍未附着于衬砌壁。
8.堵排结合
与会讨论，决定将顶部注浆孔均打开泄压使水流的水头降低，水压力减小，水流速就会下降。再使用两台砂浆泵同时在一个断面注浆。考虑短时间获得强度，决定在混合砂浆料中加入速凝剂。修改后的配合比为：水泥：砂：膨润土：水：高分子聚合物：速凝剂＝100：
230：50：120：7：3。
对395环的10点位和2点位同时压浆20分钟，分别注入0.9方和1.2方，注浆压力分别为0.32MPa和0.33MPa，注浆量分别为0.84方和0.79方。依次向掘进方向以2~3环间隔进行双机同断面注浆，每环的注浆量均在1.8方左右。注浆完成后盾构机前方水流消失，顶部汇水通道被砂浆充填封堵，盾构正常施工条件恢复。
结语
地质、地下水对盾构施工影响尤甚，当有压水流较大时必须进行封堵，封堵地下水要在掌握水的来源、流量、流速大小的基础上以适合的工法进行封堵。根据试验精确确定材料用量及工艺参数。当流速快、压力大、采用双液注浆效果不明显时，可以采取泵送复合砂浆的方法。地下水要“堵”、“排”结合治理才能达到预期效果。
参考文献
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[2]王晖，谭文，黄威然.《广州地铁三号线北延段盾构隧道工程施工技术研究》，人民交通出版社2012年8月版.
裂隙水[3]陈馈，洪开荣，焦胜军.《国内外盾构法隧道施工实例》，人民交通出版社2016年1月第一版.
[4]沈春林.《防水堵漏工程技术手册》，中国建材工业出版社2010年5月第一版.
[5]余波，曾创，王波，郑克勋.《隧洞岩溶涌水灌浆封堵技术》，水利水电出版社2018年7月第一版.
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