《盾構(gòu)法隧道同步注漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》T/CECS 563—2018標(biāo)準(zhǔn)解讀

韓 旭，龐奇林，朱先發(fā)，張 偉，宋普濤，王 晶

(1.南通城市軌道交通有限公司，南通 226000；2.中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司，西安 710024；3.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)盾構(gòu)隧道同步注漿材料種類繁多、材料的性能差異較大，不同注漿材料適用的水文地質(zhì)環(huán)境不同[1-10]。由于尚無(wú)成熟的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對(duì)盾構(gòu)法隧道用注漿材料的選擇、性能指標(biāo)及應(yīng)用等提出規(guī)定，設(shè)計(jì)文件中鮮有關(guān)于盾構(gòu)法隧道同步注漿材料選擇及關(guān)鍵性能控制指標(biāo)的相關(guān)要求，施工過(guò)程中注漿材料及原材料的選用、注漿配合比設(shè)計(jì)、注漿材料生產(chǎn)施工環(huán)節(jié)等均由施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員自行控制。由于人為認(rèn)知水平的差異，往往存在因注漿材料的選擇及應(yīng)用不當(dāng)導(dǎo)致注漿施工效果差、注漿后地表沉降嚴(yán)重、滲漏等各類問(wèn)題，嚴(yán)重影響了盾構(gòu)施工的質(zhì)量與工程的安全性。

由此可見(jiàn)，制定一本針對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道用水泥基注漿材料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是必須且必要的，這將有利于對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道用注漿原材料的質(zhì)量控制，規(guī)范水泥基注漿材料的生產(chǎn)和檢驗(yàn)，做到地鐵盾構(gòu)隧道用水泥基注漿材料安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)，實(shí)現(xiàn)地鐵盾構(gòu)隧道用水泥基注漿材料在地鐵盾構(gòu)隧道建設(shè)中得到科學(xué)、合理、有效地利用。

根據(jù)中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)《關(guān)于印發(fā)<2015年工程建設(shè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制訂、修訂計(jì)劃>的通知》(建標(biāo)協(xié)字[2015]099號(hào))的要求，批準(zhǔn)中國(guó)建筑科學(xué)研究院與南京易發(fā)新材料科技有限公司會(huì)同南通城市軌道交通有限公司等有關(guān)單位共同編制CECS標(biāo)準(zhǔn)《盾構(gòu)法隧道同步注漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)。規(guī)程于2018年12月18日公告發(fā)布，自2019年5月1日起實(shí)施。

1 主要內(nèi)容與技術(shù)要點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)共分7章和3個(gè)附錄，主要技術(shù)內(nèi)容包括：總則、術(shù)語(yǔ)和符號(hào)、基本規(guī)定、原材料、注漿材料配合比及性能、同步注漿施工、質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收。

1.1 盾構(gòu)工程同步注漿材料及其原材料性能要求的提出

通過(guò)國(guó)內(nèi)典型盾構(gòu)工程同步注漿用原材料調(diào)研、總結(jié)以及充分的試驗(yàn)驗(yàn)證，在廣泛征求意見(jiàn)的基礎(chǔ)上匯總、歸納、探討、分析、總結(jié)，對(duì)盾構(gòu)工程同步注漿材料及其原材料種類及性能作出要求。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)盾構(gòu)工程同步注漿材料用水泥以PO42.5等級(jí)水泥為主；砂以河砂為主，規(guī)格為中砂；摻合料以Ⅱ級(jí)粉煤灰為主，也有礦粉、石灰石粉等摻合料；消石灰多為鈣質(zhì)，且CaO+MgO含量大于85%；膨潤(rùn)土多為鈉基。

經(jīng)充分調(diào)研：目前盾構(gòu)工程施工注漿所用的同步注漿材料主要分為水泥基、消石灰基兩大類。

水泥基盾構(gòu)工程同步注漿材料主要測(cè)試漿液密度、泌水率、稠度及其經(jīng)時(shí)損失、流動(dòng)度及其經(jīng)時(shí)損失、凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、水陸強(qiáng)度比和結(jié)石率指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)會(huì)過(guò)程中編制組內(nèi)部一致討論通過(guò)，增加水泥基盾構(gòu)工程同步注漿材料的分層度指標(biāo)用于進(jìn)一步表征其勻質(zhì)性，增加水陸強(qiáng)度比指標(biāo)用以表征其抗水分散性能。按照目前常用水泥基同步注漿材料的配合比參數(shù)的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥基盾構(gòu)工程同步注漿材料漿液濕表觀密度均不小于1 800 kg/m3，泌水率均不大于5%，稠度為10～14 cm范圍內(nèi)，漿體的結(jié)石率不小于95%，1 d強(qiáng)度不小于0.2 MPa、7 d強(qiáng)度不小于1.5 MPa、28 d強(qiáng)度不小于2.5 MPa。

消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料主要測(cè)試漿液密度、泌水率、稠度、抗壓強(qiáng)度、結(jié)石率等性能指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)會(huì)過(guò)程中編制組內(nèi)部一致討論通過(guò)，增加消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料的分層度指標(biāo)用于進(jìn)一步表征其勻質(zhì)性，嘗試增加pH指標(biāo)用以表征其抗水分散性能。系統(tǒng)的調(diào)研結(jié)果表明，消石灰基盾構(gòu)同步注漿材料漿液濕表觀密度均不小于1 800 kg/m3，泌水率幾乎均不大于5%，結(jié)石率均不小于95%，稠度在8～14 cm范圍內(nèi)，凝結(jié)時(shí)間范圍相對(duì)較大，且波動(dòng)無(wú)明顯規(guī)律相對(duì)離散。由pH值試驗(yàn)結(jié)果可知，利用pH值結(jié)果評(píng)價(jià)消石灰基盾構(gòu)同步注漿材料的試驗(yàn)方法仍不夠成熟。此次標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中，試驗(yàn)方法和盾構(gòu)同步注漿原材料及相應(yīng)的配合比均參數(shù)的確定，主要參考的是目前實(shí)際盾構(gòu)工程常用的原材料和配合比參數(shù)。為了避免試驗(yàn)結(jié)果受試驗(yàn)條件和人為主觀因素的影響，主編單位按照開(kāi)題的任務(wù)分工，分別安排不同的編制組成員單位進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。但由于部分性能指標(biāo)及試驗(yàn)方法是新提出的，其科學(xué)性和可操作性仍需要驗(yàn)證。相對(duì)成熟的性能指標(biāo)及試驗(yàn)方法，考慮水泥基同步注漿材料與石灰基同步注漿材料的強(qiáng)度較低，凝結(jié)時(shí)間可控，水陸強(qiáng)度比等部分性能試驗(yàn)方法相對(duì)科學(xué)、可行。因此，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的盾構(gòu)注漿材料的性能指標(biāo)主要應(yīng)以實(shí)際驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)。而對(duì)于評(píng)價(jià)水下不分散性能的pH值指標(biāo)及試驗(yàn)方法，以及消石灰基的注漿材料的凝結(jié)時(shí)間指標(biāo)及試驗(yàn)方法，考慮其試驗(yàn)結(jié)果離散性大、試驗(yàn)方法可操作性較差，潛在的人為試驗(yàn)誤差相對(duì)較大，故標(biāo)準(zhǔn)暫未規(guī)定相應(yīng)的性能指標(biāo)參數(shù)要求及對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法。

經(jīng)充分驗(yàn)證，并經(jīng)廣泛征求意見(jiàn)以及審查會(huì)專家討論一致通過(guò)后形成的同步注漿材料性能指標(biāo)如表1所示。水泥基單液同步注漿漿液硬化后的性能應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表1 同步注漿漿液的性能要求

表2 水泥基單液同步注漿漿液硬化后的性能要求

同時(shí)，規(guī)定消石灰基單液同步注漿材料24 h抗剪屈服強(qiáng)度不應(yīng)小于1 200 Pa。水泥-水玻璃雙液同步注漿材料的漿液配合比和漿液性能應(yīng)滿足施工和設(shè)計(jì)要求，并應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。

1.2 盾構(gòu)工程注漿材料推薦配合比關(guān)鍵參數(shù)與配合比設(shè)計(jì)方法的提出

在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上匯總、歸納、分析、總結(jié)，提出了初步的盾構(gòu)工程注漿材料推薦配合比關(guān)鍵參數(shù)與配合比設(shè)計(jì)方法。通過(guò)廣泛內(nèi)部征求意見(jiàn)，反復(fù)討論研究，形成盾構(gòu)工程注漿材料推薦配合比關(guān)鍵參數(shù)與配合比設(shè)計(jì)方法。在征求意見(jiàn)稿階段，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定較為典型的現(xiàn)場(chǎng)盾構(gòu)注漿材料施工配合比參數(shù)如下：

水泥基盾構(gòu)注漿材料現(xiàn)場(chǎng)施工配合比控制范圍為：水膠比0.45～0.79，膠砂比0.45～0.75，水泥占膠凝材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.17～0.26，膨潤(rùn)土占膠凝材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.14～0.18，設(shè)計(jì)濕表觀密度1 817～1 908 kg/m3。

石灰基盾構(gòu)注漿材料現(xiàn)場(chǎng)施工配合比控制范圍為：水膠比0.58～0.7，膠砂比0.36～0.69，消石灰占膠凝材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.17～0.19，膨潤(rùn)土占膠凝材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.09～0.14，設(shè)計(jì)濕表觀密度1 830～1 910 kg/m3。

在全國(guó)范圍內(nèi)征求意見(jiàn)過(guò)程中，相關(guān)專家提出：在采用一定增稠劑、絮凝劑等外加劑手段或其他膨潤(rùn)土替代材料時(shí)，可降低膨潤(rùn)土摻量。膨潤(rùn)土摻量占膠凝材料用量低至5%時(shí)，同步注漿材料漿液施工性能依舊滿足要求，經(jīng)核驗(yàn)后，將注漿材料膨潤(rùn)土摻量推薦控制值降低為5%。

征求意見(jiàn)過(guò)程中，參考相關(guān)專家提出的意見(jiàn)，水泥或消石灰用量宜只規(guī)定摻量下限，兩者摻量下限可達(dá)15%，且不宜規(guī)定上限。水泥或消石灰摻量超過(guò)征求意見(jiàn)稿中暫定推薦指標(biāo)上限范圍時(shí)，盾構(gòu)注漿材料漿液施工性能依舊滿足要求，且施工后注漿效果良好。經(jīng)核實(shí)后將注漿材料水泥及消石灰推薦摻量均調(diào)整為不小于15%。

標(biāo)準(zhǔn)審查過(guò)程中與會(huì)專家一致認(rèn)為，消石灰基盾構(gòu)注漿材料水膠比控制上限控制指標(biāo)偏低，已有很多消石灰基盾構(gòu)注漿材料水膠比達(dá)0.8的盾構(gòu)施工案例，且盾構(gòu)注漿效果良好，建議將消石灰基盾構(gòu)注漿材料水膠比上限控制為0.8。同時(shí)部分專家提出，部分消石灰基注漿材料中膠砂比可低至0.3，也有部分消石灰基注漿材料未采用砂，其膠砂比可達(dá)1/1，且這兩種情況下注漿效果均達(dá)到了預(yù)期的要求。由于現(xiàn)在關(guān)于消石灰基盾構(gòu)注漿材料的填充、固結(jié)機(jī)理的研究尚不明確，為避免標(biāo)準(zhǔn)對(duì)先進(jìn)產(chǎn)品應(yīng)用的限制，鼓勵(lì)先進(jìn)，經(jīng)審查會(huì)討論后一致同意，將膠砂比推薦參數(shù)調(diào)整為不小于0.3。

綜上，盾構(gòu)注漿材料配合比推薦參數(shù)如表3及表4所示。

表3 水泥基同步注漿材料配合比推薦參數(shù)

表4 消石灰基同步注漿材料配合比推薦參數(shù)

1.3 盾構(gòu)工程同步注漿材料及其原材料性能試驗(yàn)方法的提出

盾構(gòu)工程同步注漿材料用原材料均有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，故同步注漿材料用原材料試驗(yàn)方法均參照相關(guān)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

盾構(gòu)工程同步注漿材料的性能試驗(yàn)主要參照國(guó)內(nèi)現(xiàn)行混凝土、砂漿、灌漿料、水泥土等試驗(yàn)方法進(jìn)行，并通過(guò)驗(yàn)證性試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)方法的可行性及推薦性能指標(biāo)的合理性進(jìn)行分析。對(duì)有爭(zhēng)議的試驗(yàn)方法，通過(guò)廣泛的征求意見(jiàn)、集思廣益并結(jié)合驗(yàn)證試驗(yàn)，分析提出合理試驗(yàn)方法。對(duì)于可行性差的用于標(biāo)準(zhǔn)盾構(gòu)工程同步注漿材料抗水分散性能的pH試驗(yàn)方法以及用于測(cè)試消石灰基同步注漿材料的凝結(jié)時(shí)間的試驗(yàn)方法。由于暫無(wú)更合理的試驗(yàn)手段，此次標(biāo)準(zhǔn)編制中暫沒(méi)有納入。標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)期間，各與會(huì)專家對(duì)盾構(gòu)工程同步注漿材料及其原材料性能試驗(yàn)規(guī)定的試驗(yàn)方法表示肯定，并指出會(huì)后需仔細(xì)核對(duì)試驗(yàn)方法中出現(xiàn)的公式的單位和量綱，以確保單位使用的合理、準(zhǔn)確、統(tǒng)一性。

1.4 盾構(gòu)工程同步注漿材料生產(chǎn)、施工及驗(yàn)收

在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》GB 50446[11]等國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合盾構(gòu)工程同步注漿材料的性能特點(diǎn)及不同施工環(huán)境特點(diǎn)，以保證盾構(gòu)工程同步注漿質(zhì)量為目的，對(duì)盾構(gòu)工程同步注漿材料生產(chǎn)、施工及驗(yàn)收提出要求，并在廣泛征求意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，歸納、總結(jié)、分析，對(duì)盾構(gòu)工程同步注漿材料生產(chǎn)、施工及驗(yàn)收作出合理的規(guī)定。審查會(huì)期間，部分專家對(duì)注漿施工一般規(guī)定、同步注漿材料檢驗(yàn)批次、注漿施工注意事項(xiàng)及驗(yàn)收中個(gè)別條文提出意見(jiàn)，并為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步修改完善提供建議。

2 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

《規(guī)程》是我國(guó)盾構(gòu)工程同步注漿材料方面的第一本重要的技術(shù)性標(biāo)準(zhǔn)，適用于我國(guó)盾構(gòu)工程同步注漿材料的制備、生產(chǎn)、施工、設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制。

《規(guī)程》發(fā)布實(shí)施后，仍將為我國(guó)的地鐵隧道等盾構(gòu)工程注漿材料及其施工后質(zhì)量的控制與提升提供技術(shù)支撐，避免盾構(gòu)工程同步注漿材料參差不齊、盾構(gòu)工程同步注漿施工質(zhì)量無(wú)章可依的局面，進(jìn)一步提升盾構(gòu)工程質(zhì)量，減少因盾構(gòu)同步注漿材料及應(yīng)用不合理產(chǎn)生的實(shí)際注漿量高、注漿施工難度大、注漿施工進(jìn)度慢等直接及間接經(jīng)濟(jì)損失，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

《規(guī)程》發(fā)布實(shí)施后，可規(guī)范、提升盾構(gòu)注漿工程質(zhì)量，避免因注漿材料使用不當(dāng)導(dǎo)致的注漿填充密實(shí)性差、注漿效果差等問(wèn)題，避免由此引發(fā)的滲漏、沉降等工程質(zhì)量問(wèn)題以及可能引起的安全事故等社會(huì)問(wèn)題，其社會(huì)效益顯著。

3 尚存在主要問(wèn)題與后續(xù)工作

1)消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料的抗水分散性能、凝結(jié)時(shí)間性能暫無(wú)科學(xué)、可操作性的試驗(yàn)方法，在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施后，需進(jìn)一步深入研究，盡快確定性能指標(biāo)要求及對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法。

2)由于現(xiàn)階段存在研究成果相對(duì)較少、注漿材料成本較高、工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用較少等情況，該標(biāo)準(zhǔn)中未包含針對(duì)濱海環(huán)境、鹽漬土等具有侵蝕性介質(zhì)環(huán)境的，具有抗腐蝕性能要求的同步注漿材料的有關(guān)性能要求和規(guī)定。但隨著我國(guó)各地地鐵工程的加速推進(jìn)，盾構(gòu)注漿材料的防腐蝕指標(biāo)也是不得不考慮的指標(biāo)，而且隨著注漿材料及施工技術(shù)的進(jìn)步、新材料與新工藝的發(fā)展，在后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)修訂中，會(huì)結(jié)合工程實(shí)際情況納入經(jīng)濟(jì)性良好、施工性能良好的耐腐蝕型盾構(gòu)工程同步注漿材料產(chǎn)品。

3)繼續(xù)開(kāi)展消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料注漿效果的調(diào)研工作。消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料具有強(qiáng)度低、強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢的特點(diǎn)，在江浙等地區(qū)應(yīng)用廣泛。調(diào)研發(fā)現(xiàn)當(dāng)前該種漿料盾構(gòu)注漿施工效果較好，但部分學(xué)者對(duì)該種漿料的填充、支撐機(jī)理仍有一定的質(zhì)疑。前期調(diào)研過(guò)程中有關(guān)專家指出，該種漿料早期對(duì)盾構(gòu)空隙的填充與支撐作用主要由漿料中的砂粒之間的嵌鎖作用來(lái)完成，對(duì)于相應(yīng)的試驗(yàn)方法能否科學(xué)反映這種嵌鎖作用，仍存疑問(wèn)。因此，關(guān)于消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料早期對(duì)盾構(gòu)空隙的填充與支撐機(jī)理，后續(xù)的研究工作仍有待加強(qiáng)。