盾構(gòu)同步注漿配合比研究

張 琪

（中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司,重慶 400065）

隨著盾構(gòu)法施工在中國(guó)地鐵建設(shè)中的應(yīng)用，同步注漿漿液由于其在防止地表變形、減少隧道沉降量、增加襯砌接縫的防水功能、改善襯砌受力狀況、盾構(gòu)糾偏等方面的作用，得到越來(lái)越多的重視，如何改善漿液性能，使之滿(mǎn)足盾構(gòu)施工的要求顯得尤為重要。下面，就同步注漿各材料在漿液中所起到的作用進(jìn)行論述。

在盾構(gòu)施工過(guò)程中，隨著盾構(gòu)的推進(jìn)，在管片和土體之間會(huì)出現(xiàn)建筑間隙。為了填充這些間隙，就要在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的同時(shí)向管片背后及時(shí)注入漿液。同步注漿可以及時(shí)填充盾尾建筑空隙，支撐管片周?chē)鷰r體，能有效地控制地表沉降，還可增強(qiáng)隧道的防水能力。

成都地鐵5 號(hào)線(xiàn)土建13 標(biāo)南湖立交站—高峰站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間由并行的上行線(xiàn)、下行線(xiàn)2 條隧道組成。區(qū)間右線(xiàn)全長(zhǎng)1768.138m，左線(xiàn)全長(zhǎng)1771.163m。盾構(gòu)穿越地層基本為泥巖地層，始發(fā)接收端頭部分地段為卵石土地層。正線(xiàn)先后下穿、側(cè)穿兩條高壓燃?xì)夤?、大湖堰橋臺(tái)及大湖堰、人行天橋、電力隧道、牧華路節(jié)點(diǎn)立交等危險(xiǎn)源。為了得到可以滿(mǎn)足各種施工條件下的漿液配比，文章分析了各種原材料對(duì)漿液性能的影響。

1 注漿液性能指標(biāo)

為了保證盾構(gòu)掘進(jìn)順利進(jìn)行，注漿液技術(shù)性能要滿(mǎn)足以下要求：凝結(jié)時(shí)間滿(mǎn)足施工需求；強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；流動(dòng)性好；空隙填充效果好；傾析率低；無(wú)腐蝕性、環(huán)保。

2 正交試驗(yàn)方案

2.1 原材料

（1）水泥：P.O42.5R，四川星船城水泥股份有限公司。

（2）粉煤灰：Ⅱ級(jí)，眉山華慶建材科技有限公司。

（3）膨潤(rùn)土：鈣基，200 目，三臺(tái)縣大予膨潤(rùn)土礦業(yè)有限公司。

（4）河砂：細(xì)度模數(shù)1.9，雙流。

（5）水：生活用水。

2.2 同步注漿漿液技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)地質(zhì)情況及以往施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)漿液性能制定以下指標(biāo)。

（1）稠度：10 ～14cm。

（2）初凝時(shí)間：4 ～10h，特殊情況可做適當(dāng)調(diào)整。

（3）漿液穩(wěn)定性：靜置一定時(shí)間后不離析、不沉淀；傾析率小于5%。

（4）固結(jié)體強(qiáng)度：28d 不小于2.5Mpa。

2.3 試驗(yàn)過(guò)程

（1）試驗(yàn)方法。漿液稠度、凝結(jié)時(shí)間、固結(jié)體28d強(qiáng)度按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 70-2009）進(jìn)行測(cè)定。漿液傾析率，使用量筒量出定量漿液，靜置若干時(shí)間等傾析出的水量保持穩(wěn)定后，計(jì)算上層水的體積與漿液總體積之比。

（2）試驗(yàn)方法。

為了系統(tǒng)、準(zhǔn)確地研究各材料用量對(duì)漿液性能的影響，在試驗(yàn)過(guò)程中只改變一種材料摻量，保持其他四種材料用量不變，采用正交試驗(yàn)方法進(jìn)行16 組試驗(yàn)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素對(duì)應(yīng)水平如表1 所示。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平 單位：kg/m3

2.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）原材料用量對(duì)漿液稠度的影響。漿液稠度是漿液和易性最直觀(guān)的一個(gè)體現(xiàn)，稠度合適才能保證注漿過(guò)程的順利進(jìn)行。原材料用量對(duì)漿液稠度的影響如圖1所示。由圖1 可以看出，隨著水泥、粉煤灰、膨潤(rùn)土、砂用量的增加，漿液稠度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，其中砂的影響尤為顯著；隨著用水量的增加，漿液稠度呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，且影響顯著。

圖1 原材料用量對(duì)漿液稠度的影響

（2）原材料用量對(duì)漿液初凝時(shí)間的影響。漿初凝結(jié)時(shí)間是衡量漿液質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，初凝時(shí)間過(guò)短會(huì)造成填充效果不理想，而已容易造成堵管，初凝時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致漿液不能及時(shí)的形成一定的早期強(qiáng)度，而且向周?chē)馏w滲透量大造成不必要的浪費(fèi)。原材料用量對(duì)漿液初凝時(shí)間的影響如圖2 所示。由圖2 可以看出，隨著水泥用量的增加，初凝時(shí)間顯著降低；隨著粉煤灰、膨潤(rùn)土用量的增加，初凝時(shí)間呈現(xiàn)不規(guī)則的趨勢(shì)，且變化不明顯；隨著砂子用量的增加，初凝時(shí)間呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，變化較為明顯；隨著用水量的增加，初凝時(shí)間顯著增長(zhǎng)。

圖2 原材料用量對(duì)漿液初凝時(shí)間的影響

（3）原材料用量對(duì)漿液傾析率的影響。漿液傾析率過(guò)大，會(huì)造成漿液離析、分層，在施工中容易造成堵管現(xiàn)象，漿液傾析率越小越好，因此如何降低漿液的傾析率成為盾構(gòu)施工面臨的一個(gè)普遍問(wèn)題。原材料用量對(duì)漿液傾析率的影響如圖3 所示。由圖3 可以看出，增加水泥、粉煤灰、膨潤(rùn)土的用量，漿液的傾析率逐漸降低；而增加砂子、水的用量，漿液的傾析率呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。水泥可以增加漿液的凝聚力，將水鎖定在漿液的內(nèi)部，降低其傾析率。粉煤灰顆粒的反應(yīng)活性低于水泥，在改善漿液泌水方面不及水泥，但是粉煤灰能改善漿液拌合效果，在一定程度上起到減水效果。

圖3 原材料用量對(duì)漿液傾析率的影響

（4）原材料用量對(duì)漿液28d 抗壓強(qiáng)度的影響。同步注漿漿液需要具有一定的強(qiáng)度，這樣在填充到管片與圍巖之間的空隙后，可以更好地使其成為一個(gè)整體，均勻受到外界壓力，從而保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。原材料用量對(duì)漿液28d 抗壓強(qiáng)度的影響如圖4 所示。由圖4 可以看出，漿液28d 抗壓強(qiáng)度隨著水泥用量的增加，顯著提高；隨著粉煤灰、砂子用量的增加，呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)；隨著膨潤(rùn)土、拌合水用量的增加，呈遞減趨勢(shì)，其中拌合水對(duì)強(qiáng)度降低的影響更為突出。

圖4 原材料用量對(duì)漿液28d 抗壓強(qiáng)度的影響

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上試驗(yàn)可以看出，水泥在改變漿液的初凝時(shí)間、28d 抗壓強(qiáng)度方面起著關(guān)鍵作用；粉煤灰、膨潤(rùn)土主要作用在于防止?jié){液離析、分層，在調(diào)節(jié)漿液的和易性，保證漿液的穩(wěn)定性方面起著重要作用；砂子在漿液中構(gòu)成骨架，對(duì)強(qiáng)度起到一定的作用，對(duì)稠度影響顯著，砂用量越大稠度越?。凰挠昧繎?yīng)控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，用量過(guò)大會(huì)造成漿液的強(qiáng)度降低、漿液流竄、泌水嚴(yán)重、收縮率變大等。