原材料用量對(duì)隧道同步注漿漿體強(qiáng)度的影響

摘要：本文以富水地層為例，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，得出盾構(gòu)隧道施工用同步注漿各原材料對(duì)同步注漿漿體強(qiáng)度的影響。為富水地層同步注漿材料的配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用提出參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：隧道盾構(gòu)同步注漿 ?原材料用量 ?漿體強(qiáng)度 ?影響

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)展，在一定程度上使得城市空地面積逐漸減少。在城市建設(shè)過(guò)程中，地下隧道、下水管道、供電通信地下道等地下空間被不斷開(kāi)挖，并且開(kāi)挖的空間不斷擴(kuò)大。在開(kāi)挖利用地下空間的過(guò)程中，超深基坑、長(zhǎng)距離、大斷面盾構(gòu)或頂管隧道等頻繁出現(xiàn)。在現(xiàn)有的輔助施工技術(shù)中，注漿技術(shù)在地下結(jié)構(gòu)防滲、基坑加固等方面發(fā)揮著重要的作用。并且，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，施工工藝不斷革新，新設(shè)備、新材料廣泛使用等，在一定程度上為注漿技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1 同步注漿概述

同步注漿技術(shù)作為一種施工方式，通常情況下，主要用于盾構(gòu)掘進(jìn)施工。在施工過(guò)程中，在盾構(gòu)的推進(jìn)下，當(dāng)盾尾脫離管片后，在一定程度上使得管片的背面會(huì)出現(xiàn)超挖空隙，在這種情況下，為避免地層發(fā)生變形，進(jìn)而影響鄰近構(gòu)造物。因此，在盾尾脫離管片后，需要將固結(jié)性漿液填充在管片背面。對(duì)于同步注漿來(lái)說(shuō)，一方面能夠有效抑制地層沉降，另一方面有效地防止管片接頭滲水，同時(shí)可以穩(wěn)定管片。管片和土體在同步注漿的作用下，可以進(jìn)一步形成穩(wěn)定的整體，在一定程度上可以防止壓氣工法從管片中漏氣。

當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，盾構(gòu)施工技術(shù)日趨成熟。在施工過(guò)程中，隨著大斷面、高滲透性地層的出現(xiàn)，進(jìn)而在一定程度上惡化了盾構(gòu)工程施工條件。在盾構(gòu)施工過(guò)程中，地表沉降超限、坍塌等質(zhì)量事故頻繁出現(xiàn)，其主要原因就是，在進(jìn)行盾構(gòu)施工時(shí)，同步注漿技術(shù)不理想，選擇的注漿材料不合理。

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圖1 ?盾構(gòu)施工同步注漿原理圖

如圖1，盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖隧道的土體要比后面隧道的結(jié)構(gòu)體（管片的支護(hù)結(jié)構(gòu)）大一部分，為了保證安裝好的管片在脫離盾尾后地層的穩(wěn)定性，需要在盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)的同時(shí)向盾尾與管片的間隙中同步的填充具有以下性能要求的漿液，以保證地層的穩(wěn)定。

①漿液的膠凝或固化時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有較滿意的強(qiáng)度。

②在耐久性、抗?jié)B性方面，凝膠體或固結(jié)體表現(xiàn)良好，受環(huán)境的影響比較小。

③漿液無(wú)毒，對(duì)環(huán)境通常情況下不會(huì)構(gòu)成污染。

④注漿材料來(lái)源廣泛，并且價(jià)格低廉，易于貯存和運(yùn)輸。

⑤具備一定的抗液化能力，在地震條件下一般不會(huì)發(fā)生液化。

2 原材料對(duì)同步注漿性能的影響

本次研究以富水地層盾構(gòu)施工為例，從單個(gè)材料用量變化對(duì)同步注漿漿體強(qiáng)度的影響切入進(jìn)行分析。

2.1 選擇原材料

2.1.1 膠凝材料-水泥

在選擇原材料的過(guò)程中，水泥作為配合料中的固化劑，通過(guò)在配合料中加入水泥，在一定程度上可以提高混合料的強(qiáng)度。通常情況下，同步注漿宜選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥，同時(shí)需要采取措施，確保水泥的新鮮性、干燥性，并且不存在污染或積壓成塊的現(xiàn)象，對(duì)于特殊的漿體需要選用特種水泥。

2.1.2 細(xì)集料-砂

砂子一般情況下可以選用普通河砂，其含水率為4.42%，細(xì)度模數(shù)為1.41，容重1100～1200kg/m3，含泥量為6%。

2.1.3 礦物摻合料-粉煤灰

本試驗(yàn)選用熱電廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰。含水率為0.6%。

2.1.4 膨潤(rùn)土

對(duì)于膨潤(rùn)土來(lái)說(shuō)，由于自身表面含有大量的“OH—”、“Si—O”等活性基團(tuán)，這些基團(tuán)的吸水性、膨脹性、觸變性等，通常情況下都比較強(qiáng)，當(dāng)發(fā)生水解后，在砂漿中會(huì)形成卡屋結(jié)構(gòu)，使得漿體的穩(wěn)定性在一定程度上大大增強(qiáng)，并且漿液出現(xiàn)離析的現(xiàn)象可以有效地避免，進(jìn)而在一定程度上增大漿體的粘度，同時(shí)阻礙砂粒出現(xiàn)下沉。含水率為4%。

2.1.5 增效劑

在進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，加入微膨脹劑，促凝劑等外加劑，通過(guò)加入相應(yīng)的外加劑，在一定程度上增加漿液的和易性。

2.1.6 水

試驗(yàn)采用普通自來(lái)水。

2.2 試驗(yàn)方案

2.2.1 同步注漿性能要求

本文中，綜合根據(jù)富水地層的地層條件、地下水情況及常見(jiàn)周邊條件等，確立同步注漿漿液的主要性能應(yīng)滿足下列指標(biāo)：

①固結(jié)體強(qiáng)度：一天不小于0.15MPa，28天不小于1.5 MPa;

②膠凝時(shí)間：一般為3～10h;

③漿液結(jié)石率：>95%，即固結(jié)收縮率<5%;

④漿液稠度：8～12cm;

⑤漿液穩(wěn)定性：傾析率小于5%;達(dá)到拌和靜置72h后不離析。

2.2.2 試驗(yàn)方案

參考以往相關(guān)工程用盾構(gòu)同步注漿材料的配比（表1）。

參考以上我國(guó)富水或類似地層隧道同步注漿材料配比，選擇由水泥、粉煤灰、膨潤(rùn)土及砂等組成的水泥砂漿注漿材料。

決定采用水泥用量40-260kg;粉煤灰用量200-500 kg;膨潤(rùn)土用量70-80kg;砂用量200-1400kg;水用量200-500kg的42組配合比進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)檢測(cè)。

其中1-7組基準(zhǔn)配合比保持其它參量不變，水泥用量呈等量遞增;8-14組基準(zhǔn)配合比保持其它參量不變，粉煤灰用量等量遞增;15-21組基準(zhǔn)配合比保持其它參量不變，膨潤(rùn)土用量呈等量遞增;22-34組基準(zhǔn)配合比保持其它參量不變，砂量等量遞增;35-41組基準(zhǔn)配合比保持其它參量不變，用水量等量遞增;42組基準(zhǔn)配合比采用以上各組基準(zhǔn)配合比各材料用量范圍的中間值，再加2%的微膨脹劑確定。endprint

2.2.3 試驗(yàn)項(xiàng)目及說(shuō)明

①試驗(yàn)項(xiàng)目

a稠度;b穩(wěn)定性;c凝結(jié)時(shí)間;d抗壓強(qiáng)度。

②試驗(yàn)說(shuō)明

試驗(yàn)分兩大部分進(jìn)行。

第一部分：針對(duì)先期確立的42組配合比進(jìn)行稠度、抗水分散性、28d抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定，在試驗(yàn)中部分配合比根據(jù)具體情況作了適當(dāng)調(diào)整;在試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中又在先期確立的42組配合比基礎(chǔ)上根據(jù)試驗(yàn)情況增加3組配合比，即共進(jìn)行了45組配合比的試驗(yàn)檢測(cè)。

同時(shí)滿足稠度、凝結(jié)時(shí)間、漿體結(jié)實(shí)率、漿液穩(wěn)定性、一天強(qiáng)度要求的數(shù)據(jù)為可用數(shù)據(jù)，部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)也因試驗(yàn)條件限制或試驗(yàn)失敗等原因有所殘缺，但因大多為邊緣數(shù)據(jù)且數(shù)量較少，對(duì)本次數(shù)據(jù)的分析影響不大。

2.3 各原材料用量與漿體28天抗壓強(qiáng)度關(guān)系

■

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析，可知，隨著不斷增加水泥、粉煤灰、砂子、膨潤(rùn)土的含量，在一定程度上增加了漿體28天抗壓強(qiáng)度，增加水泥用量使得抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)，同時(shí)砂子增加趨勢(shì)相對(duì)比較小;隨著膨潤(rùn)土的摻量增大，漿體28天強(qiáng)度有所增大，但隨著膨潤(rùn)土摻量增大，漿體稠度降低速度較快，不建議通過(guò)增加膨潤(rùn)土摻量來(lái)提高漿體強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙書(shū)銀.盾構(gòu)隧道惰性漿液同步注漿技術(shù)應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)RAILWAYSTANDARDDESIGN，隧道/ 地下工程，2003（12）.

[2]丁慶軍，陳躍慶，羅吉.盾構(gòu)隧道大摻量粉煤灰同步注漿材料優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].隧道建設(shè)，2007（20）.

[3]宋天田，周順華，徐潤(rùn)澤.盾構(gòu)隧道盾尾同步注漿機(jī)理與注漿參數(shù)確定[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，

2007（4）.

[4]王紅喜，丁慶軍，胡曙光.適宜于高壓飽水條件下的同步注漿材料性能研究[J].施工技術(shù)，2007（36）.

[5]晁東輝，張得煊，羅春泳.檢測(cè)盾構(gòu)施工中注漿效果的模型試驗(yàn)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2008（4）.

[6]Eduard Falk， George Burke. Grouting Techniques AsP art of Modern Urban Tunneling in Europe. ASCEG routing 2003 No. 120.

作者簡(jiǎn)介：

梁小英（1979-），女，碩士，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院。endprint

2.2.3 試驗(yàn)項(xiàng)目及說(shuō)明

①試驗(yàn)項(xiàng)目

a稠度;b穩(wěn)定性;c凝結(jié)時(shí)間;d抗壓強(qiáng)度。

②試驗(yàn)說(shuō)明

試驗(yàn)分兩大部分進(jìn)行。

第一部分：針對(duì)先期確立的42組配合比進(jìn)行稠度、抗水分散性、28d抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定，在試驗(yàn)中部分配合比根據(jù)具體情況作了適當(dāng)調(diào)整;在試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中又在先期確立的42組配合比基礎(chǔ)上根據(jù)試驗(yàn)情況增加3組配合比，即共進(jìn)行了45組配合比的試驗(yàn)檢測(cè)。

同時(shí)滿足稠度、凝結(jié)時(shí)間、漿體結(jié)實(shí)率、漿液穩(wěn)定性、一天強(qiáng)度要求的數(shù)據(jù)為可用數(shù)據(jù)，部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)也因試驗(yàn)條件限制或試驗(yàn)失敗等原因有所殘缺，但因大多為邊緣數(shù)據(jù)且數(shù)量較少，對(duì)本次數(shù)據(jù)的分析影響不大。

2.3 各原材料用量與漿體28天抗壓強(qiáng)度關(guān)系

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3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析，可知，隨著不斷增加水泥、粉煤灰、砂子、膨潤(rùn)土的含量，在一定程度上增加了漿體28天抗壓強(qiáng)度，增加水泥用量使得抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)，同時(shí)砂子增加趨勢(shì)相對(duì)比較小;隨著膨潤(rùn)土的摻量增大，漿體28天強(qiáng)度有所增大，但隨著膨潤(rùn)土摻量增大，漿體稠度降低速度較快，不建議通過(guò)增加膨潤(rùn)土摻量來(lái)提高漿體強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙書(shū)銀.盾構(gòu)隧道惰性漿液同步注漿技術(shù)應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)RAILWAYSTANDARDDESIGN，隧道/ 地下工程，2003（12）.

[2]丁慶軍，陳躍慶，羅吉.盾構(gòu)隧道大摻量粉煤灰同步注漿材料優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].隧道建設(shè)，2007（20）.

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2007（4）.

[4]王紅喜，丁慶軍，胡曙光.適宜于高壓飽水條件下的同步注漿材料性能研究[J].施工技術(shù)，2007（36）.

[5]晁東輝，張得煊，羅春泳.檢測(cè)盾構(gòu)施工中注漿效果的模型試驗(yàn)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2008（4）.

[6]Eduard Falk， George Burke. Grouting Techniques AsP art of Modern Urban Tunneling in Europe. ASCEG routing 2003 No. 120.

作者簡(jiǎn)介：

梁小英（1979-），女，碩士，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院。endprint

2.2.3 試驗(yàn)項(xiàng)目及說(shuō)明

①試驗(yàn)項(xiàng)目

a稠度;b穩(wěn)定性;c凝結(jié)時(shí)間;d抗壓強(qiáng)度。

②試驗(yàn)說(shuō)明

試驗(yàn)分兩大部分進(jìn)行。

第一部分：針對(duì)先期確立的42組配合比進(jìn)行稠度、抗水分散性、28d抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定，在試驗(yàn)中部分配合比根據(jù)具體情況作了適當(dāng)調(diào)整;在試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中又在先期確立的42組配合比基礎(chǔ)上根據(jù)試驗(yàn)情況增加3組配合比，即共進(jìn)行了45組配合比的試驗(yàn)檢測(cè)。

同時(shí)滿足稠度、凝結(jié)時(shí)間、漿體結(jié)實(shí)率、漿液穩(wěn)定性、一天強(qiáng)度要求的數(shù)據(jù)為可用數(shù)據(jù)，部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)也因試驗(yàn)條件限制或試驗(yàn)失敗等原因有所殘缺，但因大多為邊緣數(shù)據(jù)且數(shù)量較少，對(duì)本次數(shù)據(jù)的分析影響不大。

2.3 各原材料用量與漿體28天抗壓強(qiáng)度關(guān)系

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3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析，可知，隨著不斷增加水泥、粉煤灰、砂子、膨潤(rùn)土的含量，在一定程度上增加了漿體28天抗壓強(qiáng)度，增加水泥用量使得抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)，同時(shí)砂子增加趨勢(shì)相對(duì)比較小;隨著膨潤(rùn)土的摻量增大，漿體28天強(qiáng)度有所增大，但隨著膨潤(rùn)土摻量增大，漿體稠度降低速度較快，不建議通過(guò)增加膨潤(rùn)土摻量來(lái)提高漿體強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙書(shū)銀.盾構(gòu)隧道惰性漿液同步注漿技術(shù)應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)RAILWAYSTANDARDDESIGN，隧道/ 地下工程，2003（12）.

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[3]宋天田，周順華，徐潤(rùn)澤.盾構(gòu)隧道盾尾同步注漿機(jī)理與注漿參數(shù)確定[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，

2007（4）.

[4]王紅喜，丁慶軍，胡曙光.適宜于高壓飽水條件下的同步注漿材料性能研究[J].施工技術(shù)，2007（36）.

[5]晁東輝，張得煊，羅春泳.檢測(cè)盾構(gòu)施工中注漿效果的模型試驗(yàn)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2008（4）.

[6]Eduard Falk， George Burke. Grouting Techniques AsP art of Modern Urban Tunneling in Europe. ASCEG routing 2003 No. 120.

作者簡(jiǎn)介：

梁小英（1979-），女，碩士，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院。endprint