1）同步注浆系统的介绍及作用

同步注浆的基本原理是将具有长期稳定性及流动性，并能保证适当初凝时间的浆液，通过压力泵注入管片背后的建筑空隙（图3-36）。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、阻止土体塌落的目的。同步注浆通过调整注浆压力与注浆量来及时平稳地填充盾构壁后空间。地层沉降的主要原因是盾尾脱离管片后，在盾构内壁和管片外壁形成空隙。若不能对空隙进行及时的充填，就会造成地层损失，导致地层的变形和隧道结构的位移，进而影响地表建筑物和地下管线设施，同时隧道的轴线也会发生一定的偏移，如建筑物的基础不均匀沉降，房屋和堤坝的开裂，道路路面凸凹不平甚至坍塌，等。为了减小盾构施工对地层位移的影响，必须对盾尾进行及时有效的充填，也就是采取及时充分地对盾尾脱离管片所产生的空隙进行充填的盾构注浆技术，即同步注浆技术。可见，同步注浆工法对于盾构工法而言是非常重要的。盾构盾尾注浆施工对控制地表沉降、隧道稳定也起着关键作用。

盾构同步注浆目的：

①控制地层变形：由于理论空隙的存在，如果盾尾空隙得不到及时充填，周围土体将会坍塌于管片之上，造成地层移动、变形，使隧道本身偏移。盾尾注浆主要的目的就是使浆液及时充填盾尾空隙，以达到控制周围地层的移动，从而防止因盾尾空隙的存在而导致周围地层较大的变形。

图3-36　同步注浆示意

②确保管片的稳定和受力均匀：盾构法隧道是一种管片衬砌与周围土体共同作用的结构稳定的构造物，在管片周围空隙均匀、密实地注入和充填是确保土压力均匀作用的前提条件。

③提高隧道的抗渗性：盾尾空隙充填浆液凝固后，一般都具有一定的抗渗性能，可以作为隧道的第一道止水防线。

④能够较好地约束管片，防止隧道上浮：要求浆液要有一定的早期强度，能够约束管片，同时也防止开挖面泥水的后窜稀释浆液，以防止隧道上浮。

2）同步注浆主要参数计算

①注浆量。

壁后注浆的注入量受浆液向土体中的渗透、泄露损失（浆液流到注入区域之外）、小曲率半径施工、超挖、壁后注浆所用浆液的种类等多种因素的影响。虽然这些因素的影响程度目前尚在探索中，但控制注入量多少的基本原则是不变的，就是要保证有足够的浆液能很好地填充管片与地层之间的空隙。

壁后注浆量Q，通常可按下式估算：

式中　V——理论孔隙量（L/min）；

α——注入率。

每环实际注浆量可根据地层和施工损耗等情况选取相应的注入率：

式中　α1——注入压力决定的压密系数；

α2——土质系数；

α3——施工损耗系数；

α4——超挖系数。(www.daowen.com)

施工中如果发现注入量持续增多时，必须检查超挖、漏失等因素。而注入量低于预定注入量时，可以考虑是注入浆液的配比不正确、注入时期不准确、盾构推进速度过快或出现故障所致。必须认真检查并采取相应的措施，一般可采取加大注浆压力或在盾构掘进后进行二次补注浆。

②注浆压力。

注入压力要考虑不同地层的多种情况，由于在成都泥质或砂卵石地层中浆液的扩散，所以其注入压力要比在黏土中的注入压力小一些。

盾构机刀盘开挖直径比盾壳外直径一般要大30 mm左右，所以高压力浆液就会通过盾壳和地层之间的空隙流入土舱，掘进中易发生喷涌，严重影响掘进效率和出渣速度，且由于管背上部浆液流失，造成管片上浮严重且施工成本增加。盾尾止浆板在盾构掘进一段距离后就会被磨损破碎，基本起不到阻止浆液前流的作用。如果注浆压力不够，会造成地层坍陷、管片变形、隧道扭曲等。所以注浆压力必须控制在一定范围内。

盾构机在盾尾处设有4个浆液注入点，盾尾同步注浆的压力因浆液注入点位置的不同而不同。盾尾4个注浆点的位置分为上下左右4点，C1与C2为上下注入点，C3与C4为左右注入点。

C1、C2点处注浆压力理论计算值为：

Pmax1=最大注入压力=（拱顶水土压力+管道中的压力损失）×1.25

Pmin1=最小注入压力=（拱顶水土压力+管道中的压力损失）×0.75

C3和C4点处注浆压力理论计算值为：

Pmax2=最大注入压力=（拱顶水土压力+管道中的压力损失+侧向土压系数×H+侧向水压系数×H）×1.25

Pmin2=最小注入压力=（拱顶水土压力+管道中的压力损失+侧向土压系数×H+侧向水压系数×H）×0.75

式中　H——该处土层深度（m）。

可根据以上理论计算所得结果分别设定C1、C2、C3、C4点的注浆压力。

3）同步注浆系统实例

成都地铁6号线所配备的注浆系统由1个7 m3砂浆罐、2台注浆泵、注浆管路等组成，且在管路末端至尾盾之前安装有压力传感器，如图3-37和图3-38所示。

图3-37　注浆系统示意

图3-38　注浆泵及浆箱照片

配备1台施维英KSP-12双柱塞泵及1台挤压软管泵，以上两类泵单泵注浆能力均可达到10 m3/h，完全满足盾构掘进过程中的注浆要求。在盾尾集成有8根同步注浆管（4用4备），通过位于盾尾内的注浆管将砂浆注入开挖围岩和管片外径之间的环形间隙中。安装在注浆管路末端的压力传感器作为压力感测元件采集注浆压力并转换为模拟量电信号输入PLC，PLC根据在工控机中设定的注浆压力进行计算，从而控制注浆泵工作。注浆泵的注浆速度也是可以调节的，在PLC的控制下，注浆泵的工作频率可以根据注浆压力以及面板上的速度调节旋钮来控制，从而保持环缝内的浆液压力在预先设定的范围内。注浆点的注入量和注浆压力信息可以在注浆控制面板上看到。在数据采集和显示程序的帮助下，操作人员随时可以储存和检索砂浆注入的操作数据。