控制管片上浮的同步注漿漿液配合比優(yōu)化

張細(xì)寶，楊新安，郭 樂

(1.中鐵五局（集團(tuán)）有限公司 電務(wù)城通工程公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205；2.同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804)

管片上浮是盾構(gòu)施工中普遍存在的問題。當(dāng)管片脫離盾尾后，需及時(shí)進(jìn)行同步注漿來(lái)填充盾尾間隙并使之盡快具有一定強(qiáng)度來(lái)防止管片上浮。

廣深港客運(yùn)專線獅子洋隧道通過的地層地質(zhì)條件變化非常復(fù)雜，沉降不均，埋深大，水壓大（0.65MPa），受地層暗流的沖刷侵蝕作用，同步注漿漿液易被水稀釋，造成注漿材料結(jié)構(gòu)破壞，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致管片上浮，針對(duì)這種現(xiàn)象急需配制出性能更好的漿液用于施工。

1 漿液配合比優(yōu)化

1.1 漿液優(yōu)化配合比

采用室內(nèi)試驗(yàn)方法對(duì)是否加減水劑以及減水劑類型、膨潤(rùn)土及其摻量、水膠比、膠砂比等多種組合進(jìn)行了系統(tǒng)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可配制優(yōu)化配合比后的漿液，其配合比為：水泥∶粉煤灰∶膨潤(rùn)土∶砂∶水∶WLH－031＝1∶3.12∶0.225∶8.14∶2.88∶0.017，配制高性能漿液以此配合比為基礎(chǔ)制備基準(zhǔn)漿液。

1.2 復(fù)合外加劑對(duì)漿液性能影響

試驗(yàn)采用WHT-1、膨潤(rùn)土、FDN-9000減水劑、葡萄糖酸鈉、氨基磺酸鹽等有機(jī)-無(wú)機(jī)組分復(fù)合技術(shù)設(shè)計(jì)了HPB系列高抗水分散、高效減水保塑復(fù)合外加劑，按不同配比制備5組不同復(fù)合外加劑（表1），再將其摻入已制備好的基準(zhǔn)漿液進(jìn)行漿液性能實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果見表2。

表1 復(fù)合外加劑組成及摻量

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，HBP復(fù)合外加劑能延長(zhǎng)凝膠時(shí)間，流動(dòng)度較大，其中HBP-2、HBP-4、HBP-5的流動(dòng)經(jīng)時(shí)損失小，保塑性較好。從漿液的坍落度和稠度可以看出，摻入HBP-4和HBP-5的漿液稠度在9～10.5cm之間，坍落度在3～4cm之間，滿足控制管片上浮的要求；從減水率和泌水率可看出HBP復(fù)合外加劑對(duì)水泥有很好的相容性；pH值、水陸強(qiáng)度比數(shù)據(jù)表明采用有機(jī)-無(wú)機(jī)技術(shù)研制的復(fù)合外加劑可以發(fā)揮其絮凝、聚合、減水、保塑等功能，增強(qiáng)漿液的抗水分散性能；強(qiáng)度數(shù)據(jù)也表明復(fù)合外加劑對(duì)漿液強(qiáng)度沒有負(fù)效應(yīng)。因此HBP復(fù)合外加劑具有高抗水分散、高效減水、保塑多重功效，能滿足高水壓飽水背襯注漿材料的性能要求。綜上分析認(rèn)為HBP-5復(fù)合外加劑的抗水分散性能和減水保塑性能最好，用其配制的漿液呈現(xiàn)“膏”狀，能有效控制管片上浮。HBP-5摻量對(duì)漿液性能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。漿液流動(dòng)度隨HBP-5摻量的增加而增大，當(dāng)摻量達(dá)到一定程度時(shí)，其抗水分散能力提高幅度將不明顯，因此HBP-5復(fù)合外加劑的摻量在1.0%為宜。

1.3 高性能漿液配合比

高性能漿液配合比見表4。稠度、坍落度能較好地反映漿液的粘稠度指標(biāo)，如漿液達(dá)到“膏”狀特性，則漿液的壓注性和防止管片上浮能力較好，從表5的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，PU2、PU3、PU4、PU5具有這樣的特性。

1.4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)漿液配合比

由于盾構(gòu)隧道同步注漿材料的性能受圍巖條件、盾構(gòu)施工形式、施工條件、價(jià)格等多種因素的影響，所以在施工前針對(duì)獅子洋隧道地層地段進(jìn)行分析，通過大量室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比，選擇2組適合獅子洋隧道現(xiàn)場(chǎng)施工條件的同步注漿漿液配合比進(jìn)行比選，見表6、表7。

配合比1可用于軟基地層和自穩(wěn)性較差的巖層，尤其適用于獅子洋隧道大部分地層，配合比2為針對(duì)獅子洋隧道埋深大，水壓大的特點(diǎn)而專門研制的高性能水下不分散背襯注漿材料，防止管片上浮能力好，最終選擇配合比2用于獅子洋隧道施工。

表2 復(fù)合外加劑對(duì)漿液性能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 HBP-5摻量實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 高性能漿液配合比

表5 高性能漿液坍落度和稠度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表6 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)漿液配合比

表7 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)漿液配合比性能

2 配合比優(yōu)化后的漿液對(duì)管片上浮的影響

同步注漿漿液優(yōu)化之前，獅子洋隧道DIK34+660～DIK34+860區(qū)間隧道管片發(fā)生了上浮，從圖1可知右線511～547環(huán)管片累計(jì)上浮量大，最大上浮量接近90mm，平均上浮量在70mm左右，盾構(gòu)掘進(jìn)與最終成形隧道不在一條曲線上。550～598環(huán)采用配合比2所配制漿液施工后管片累計(jì)上浮量明顯減小，最大上浮量為20mm，平均上浮量在17mm左右。

由圖2、圖3可見，500～550環(huán)管片注漿量在15～18m3，注漿率在114%～136%；550～598環(huán)采用配合比2所配制漿液進(jìn)行同步注漿施工后注漿量在14～16m3，注漿率在106%～121%。500～550環(huán)管片注漿量較550～598環(huán)管片多，并且在管片脫出盾尾后上浮量明顯減小。這是因?yàn)?00～550環(huán)管片區(qū)域單位涌水量相對(duì)偏大，透水性強(qiáng)，漿液被稀釋或被沖刷，使得襯砌背后環(huán)形空間的漿液量小于理論漿液量，充填量不足。配合比優(yōu)化后的漿液抗水分散性、保塑性好，能夠及時(shí)填充盾尾間隙而不易被水稀釋沖刷，有效控制了管片上浮。

3 結(jié) 論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，選取壓注性和防止管片上浮能力較好的一組配合比用于獅子洋隧道施工，通過管片上浮監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的配合比漿液能夠有效控制管片上浮，提高管片成型質(zhì)量和盾構(gòu)掘進(jìn)效率。

圖1 管片累計(jì)上浮量

圖2 注漿量統(tǒng)計(jì)圖

圖3 管片上浮初測(cè)和復(fù)測(cè)曲線

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