土壓平衡盾構(gòu)施工隧道注漿漿液配比研究與應(yīng)用

黃 荊 溪

(華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué)，湖北 武漢 430223)

0 引言

盾構(gòu)法施工須考慮實(shí)際工程地質(zhì)條件，才能保證隧道施工的質(zhì)量和安全。針對(duì)實(shí)際工程中不同的地質(zhì)條件如粘土、粉質(zhì)粘土、含角礫粘性土、角礫等，需要采取相應(yīng)的同步注漿漿液配合比。目前，通過(guò)對(duì)同步注漿漿液進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)其存在抗水分散性、填充性、流動(dòng)性、穩(wěn)定性較差；凝結(jié)時(shí)間無(wú)法進(jìn)行控制，容易堵塞管道等問(wèn)題。本文充分考慮某實(shí)際工程的地質(zhì)條件，利用正交試驗(yàn)方法，研究了漿液的各原材料對(duì)漿液的稠度、7 d抗壓強(qiáng)度、初凝時(shí)間的影響規(guī)律，對(duì)漿液的配合比進(jìn)行不斷的優(yōu)化，確定注漿效果和經(jīng)濟(jì)效益最好的注漿配合比和注漿量，為隧道注漿施工提供了參考依據(jù)。

1 漿液性能要求

為了實(shí)現(xiàn)盾尾同步注漿滿足施工要求的目的，盾尾注漿漿液必須達(dá)到以下幾個(gè)條件[1-4]：

1)漿液凝結(jié)時(shí)間恰當(dāng)，有較好的和易性；

2)可以充分地填充管片與地層間的空隙；

3)漿液不會(huì)腐蝕注漿設(shè)備和管道結(jié)構(gòu)，并易清洗；

4)漿液無(wú)公害，材料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉。

2 實(shí)驗(yàn)材料及方法

2.1 漿液的技術(shù)指標(biāo)

1)稠度：10 cm～12 cm；

2)7 d抗壓強(qiáng)度：28 d不小于2.5 MPa；

3)初凝時(shí)間：一般為9 h～11 h。

2.2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及材料

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：稠度、7 d抗壓強(qiáng)度、初凝時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)材料：42.5普通硅酸鹽水泥、粉煤灰(Ⅱ級(jí))、膨潤(rùn)土、砂(細(xì)度模量1.6～2.2的細(xì)砂，粒徑為0 mm～4 mm)、水(生活用水)。

2.3 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

以施工中實(shí)際采用的同步注漿配比為基礎(chǔ)，全面研究了漿液

各原材料對(duì)漿液性能的影響規(guī)律。本文采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，具體取值見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)方案 kg/m3

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析

通過(guò)研究漿液各組成成分取不同摻入量時(shí)對(duì)漿液的稠度、7 d抗壓強(qiáng)度、初凝時(shí)間三個(gè)指標(biāo)的影響規(guī)律，進(jìn)而評(píng)估漿液工作性能，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1～圖3。

3.1 各原材料的摻量對(duì)其稠度的影響

稠度是指漿體在自重力或外力作用下是否易于流動(dòng)的性能，其大小用沉入量(mm)表示。稠度大則漿液稀、流動(dòng)性好，注漿施工時(shí)漿液容易在施工區(qū)域內(nèi)流動(dòng)，但可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象，體積收縮比大，固化后的形態(tài)會(huì)受到影響。稠度小則漿液稠、流動(dòng)性差，不利于漿液在注漿管道內(nèi)的泵送[5]。

從圖1可見(jiàn)，水泥摻量對(duì)稠度的影響最大，其次是粉煤灰和膨潤(rùn)土摻量對(duì)稠度的影響，這兩者的影響程度幾乎相同。砂的摻量對(duì)稠度的影響很小，在調(diào)節(jié)稠度的過(guò)程中，可以不予考慮。稠度隨著水摻量的增加呈直線上升趨勢(shì)。因此調(diào)整稠度的主要因素是水泥和水的摻量，其次是粉煤灰和膨潤(rùn)土。如果想要適當(dāng)提高稠度，可在保證泌水率、7 d強(qiáng)度、初凝時(shí)間的基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)減少水泥、粉煤灰、膨潤(rùn)土的摻量或增加水的摻量。

3.2 各原材料的摻量對(duì)7 d抗壓強(qiáng)度的影響

漿體經(jīng)過(guò)一定時(shí)間固化后，應(yīng)具有一定的抗壓強(qiáng)度，可以在管片與土壤之間形成過(guò)渡區(qū)，減小管片的應(yīng)力和變形，確保隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并減少隧道滲水。

從圖2中可以看出，隨著水泥摻量的增加，7 d抗壓強(qiáng)度幾乎呈直線增長(zhǎng)。水泥漿體中摻加粉煤灰，不利于水泥漿體早期強(qiáng)度的發(fā)展,隨著水泥水化齡期的延長(zhǎng)，粉煤灰的火山灰效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，后期強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)明顯。而膨潤(rùn)土對(duì)強(qiáng)度影響不大。砂摻量增大，7 d抗壓強(qiáng)度先增大后減小，砂子作為漿液的骨料，砂粒之間的摩擦增大了漿液的剪切角，使得漿液抗壓強(qiáng)度增大，但隨著砂摻量的增大，砂粒沒(méi)有足夠的水泥漿包裹，使得漿體粘聚力降低，抗壓強(qiáng)度減小水泥摻量對(duì)7 d抗壓強(qiáng)度的影響較明顯，是調(diào)整強(qiáng)度的主要因素。

3.3 各原材料的摻量對(duì)漿液初凝時(shí)間的影響

同步注漿漿液需要具備合適的凝結(jié)時(shí)間，凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能導(dǎo)致在凝結(jié)過(guò)程中受土層的滲水會(huì)越來(lái)越多，影響強(qiáng)度收縮等指標(biāo)[5]。

從圖3可以看出，隨著水泥摻量的增加，初凝時(shí)間明顯減小。如果增加粉煤灰的摻量，初凝時(shí)間將有所波動(dòng)，但波動(dòng)幅度不大。由于膨潤(rùn)土具有粘結(jié)性和可塑性，這對(duì)漿體的固化是有利的，所以隨著膨潤(rùn)土摻量的增加，初凝時(shí)間有所降低。隨著砂摻量的增加，初凝時(shí)間先減小后增大，但波動(dòng)幅度也不是很大，處于一個(gè)穩(wěn)定區(qū)間。水摻量增加時(shí)，凝結(jié)時(shí)間會(huì)明顯增加。所以，為了減少凝結(jié)時(shí)間，就需要適當(dāng)增加水泥摻量或者減小水的摻量。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上試驗(yàn)結(jié)果的研究可得到注漿漿液合適的配合比應(yīng)為:水泥175 kg/m3，粉煤灰400 kg/m3，膨潤(rùn)土60 kg/m3，砂650 kg/m3，水330 kg/m3。制備的漿液的稠度為10 cm～12 cm,7 d抗壓強(qiáng)度不低于2.5 MPa,初凝時(shí)間9 h～11 h。