盾构法单液同步注浆浆液的对比分析.doc

盾构法单液同步注浆浆液的对比分析 任飞RENFei；焦倓然JIAOTan-ran；曾红ZENGHong；邓胜DENGSheng （中铁五局（集团）有限公司电务城通分公司，长沙450000） 摘要：本文简要介绍了盾构同步注浆的主要种类，并对两种单液浆的工程性能、经济效益、隐性成本等进行了对比。分析了水泥单液砂浆逐渐被冷落的原因及惰性浆液的多样性和几个主要的发展方向。 关键词：盾构同步注浆；单液浆；浆液强度；浆液抗渗 ：U455.43：A：1006-4311（xx）24-0107-03 作者简介：任飞（1983-），男，山东威海人，项目总工程师，工程师，研究方向为地铁盾构施工；焦倓然（1986-），男，湖南浏阳人，副总工程师，工程师，研究方向为岩土与城市地下工程；曾红（1967-），男，湖南长沙人，项目经理，工程师，研究方向为地铁盾构施工；邓胜（1987-），男，湖南益阳人，工程部长，助理工程师，研究方向为城市轨道交通工程。 0引言 随着我国城市轨道交通建设的快速发展，盾构施工在城市轨道交通建设已经逐步成为安全、快速的手段。随着对城市建设的安全性、环境友好程度越来越重视，对盾构施工的地表沉降要求及下穿各种建（构）筑物的安全提出了更高的要求。 xx年末，全国共22个城市开通城市轨道交通运营里程长度3173公里。其中地铁2365公里，占75%。目前，国内盾构壁后注浆主要采用同步注浆，由于要通过盾构支承环和盾尾内管道系统注入地层内，要求同步注浆浆液具有良好的工作性、稳定性和固结性。因而，对同步注浆材料体配合比的科学设计和有效调控，可以为盾构施工带来巨大的经济、社会效益。 1国内目前同步注浆的现状 由于盾构刀盘及壳体大于管片外径，当盾尾脱离管片后，管片与土体之间形成一定的环形建筑空间，如不能及时有效填充，将导致：管片渗漏；管片出现错台；土体变形引起地表沉降。 因此，壁后注浆是保证地表沉降、管片错台以及隧道防水的重要措施。 国内对多种类型的浆液均有使用，但单液浆由于注入设备简单、施工操作简单、设备维护简单及施工管理容错率高，在现在的盾构施工中占主导地位。 2不同的同步注浆液浆对比 2.1单液浆与双液浆的对比 目前盾构施工用同步注浆浆液主要分两种：单液浆与双液浆。以日本为代表的泥水平衡盾构的同步注浆主要采用双液浆液，其主要材料为水泥、膨润土、水、水玻璃等，以德国为代表的土压平衡盾构主要采用可硬性浆液为主的单液浆。 双液注浆系统由两套相对独立的浆液储存设备和泵送设备组成，浆液在盾壳外相遇并发生凝结，凝结时间较短，利于尽早发挥注浆的强度功效。单液注浆系统相对简单，但对浆液的性能要求较高，浆液凝结过快容易堵塞注浆系统且充填效果不理想，凝结过慢容易导致隧道轴线变形和额外地表沉降。 2.2可硬性单液浆与惰性浆液的对比 可硬性浆液主要是以水泥为胶凝材料的同步注浆材料，辅以细砂、粉煤灰等添加材料作为充填。主要优势在于原材料应用广泛，易取得、浆液初凝时间较短、浆液终凝强度高；缺点在于施工过程控制要求较高、浆液成本较高、浆液在富水高压情况下易离析、离散，无法形成较密实板体。 基于可硬性单液浆基础上发展出来了惰性浆液单液浆，惰性浆液同时克服了普通可硬性浆液凝结时间短、易堵管、抗水分散性较差等缺点，实现了充填性、流动性、固结强度三者之间的良好匹配，能够达到较好的地层充填效果。同时有于惰性浆液没有使用水泥，有利于节约工程成本。 3新型惰性浆液性能指标目标 根据笔者所在公司长期从事盾构施工经验以及在数个不同地层使用惰性浆液的施工数据分析，拟试验确定出一种应用于高水压富水粉细砂地层使用的惰性浆液。要求该浆液具有良好的可泵送性、抗离析、抗水分散以及较高的抗压性能、较小的收缩率、较好的抗渗性能，并以抗压性能、抗渗性能、收缩率、离析率作为主要的目标性能。 3.1新型惰性浆液原材料要求 新型浆液拟采用消石灰、粉煤灰、中细砂、膨润土、水、添加剂等搅拌而成。初定浆液组成原材料的性能要求见表1。 3.2新型惰性浆液基本性能要求 新型惰性同步注浆浆液应具备以下性能： 具有良好的长期稳定性及流动性，并能保证适当的初凝时间，以适应盾构施工以及远距离输送的要求具有良好的可泵送性； 能满足相应的抗压要求，具有良好的充填性能； 在满足注浆施工的前提下，尽可能早地获得高于地层的早期强度； 浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象； 浆液固结后体积收缩小，泌水率小； 具有一定的抗渗能力； 原料丰富、经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技术要求； 浆液无公害，价格便宜。 3.3新型惰性浆液性能指标控制要求 新型浆液以稠度为主要管理指标，同时也兼顾凝结时间和浆液试块抗压强度等，综合以上试验数据和分析，新型浆液基本性能控制指标初定为表2所示。 3.4惰性浆液的现场管理控制 所有进场原材料均满足浆液材料性能检测要求。 浆液的搅拌必须按试验室下达的配合比进行拌制，当砂子含水量较低大时，要勤测含水率，调整配合比。 注浆过程的卡控：工程技术人员根据其他参数变化随时调整注浆量、注浆压力及注浆速度。 设备维护：定期清理注浆管路，特别是需停一段时间后才掘进。注意保护压力传感器和线路。 注浆完成：注浆量达到设计注浆达到设计注浆量的80%以上，对注浆效果不好的地方采用二次注浆机用水泥单液浆进行补强浆，以增加密实性，减小地表沉降。由于惰性浆液凝结时间较长，对特殊地段以及进出洞时，在尾盾离开管片2环3环时，从吊装孔注入水泥浆液，以加快凝固速度和浆液强度。 4新型浆液的实验 4.1惰性浆液的实验配合比 施工中选用第一组配方，为了满足长距离运输及泵送的需求，对配方做了适当的调整。其配合比为每1立方米石灰80kg、粉煤灰300kg、砂子1000kg、膨润土60kg、水350kg、减水剂3kg。 在本标段盾构同步注浆施工中，严格按照施工配合比适配，每环在搅拌完成后在储浆箱中取出一定量的浆液进行主要性能的检测。 新型单液浆实测比重为1.831.90g/cm3，实测稠度1013cm，稠度经时变化均小于2cm。 4.2新型单液浆的终凝时间及相关试验 在本标段盾构法同步注浆施工中，严格按照施工配合比适配，浆液搅拌完成后在储浆箱中取出一定量的浆液制作7.07cm*7.07cm*7.07cm试块，进行标准养护分别进行7天和28天无侧限抗压强度试验，根据大量的试验结果分析，7天的无侧限抗压强度平均值达到0.17MPa，28天无侧限抗压强度为0.8MPa。 通过对搅拌好的浆液进行终凝时间试验得出浆液搅拌好后初凝时间基本控制在24小时，与一般可硬性浆液的初凝时间23小时相比，缓凝效果较为明显。 对浆液试块的抗渗性能同时进行了试验，浆液试块的抗渗平均为0.85*10-8cm/s。 4.3水量对浆液性能指标的影响 固体物料和减水剂加量不变时，只改变水量，配比如表4所示。 通过试验证明：水量增大后，浆液的稠度值和流动度值也随着增大，并导致浆液离析现象加重，浆液抗渗性能受到直接影响；水量减少，浆液的稠度值和流动度值也随着减少，浆液的凝结时间也缩短。 4.4粉煤灰和膨润土用量对浆液性能指标的影响 为测试粉煤灰和膨润土对浆液性能指标的影响规律，以表3中的推荐配比为基准，调整配比。 4.4.1粉煤灰量增加70kg/m3，膨润土量增加30kg/m3，砂用量减少100kg/m3； 4.4.2膨润土量增加60kg/m3，砂用量减少60kg/m3。 调整水量使浆液初试稠度基本相同，测试浆液性能指标与表3推荐配比进行比较，配合比如表5所示。 相同水量时，粉煤灰和膨润土加量对浆液性能指标的影响，配比如表6所示。 粉煤灰和膨润土量增加后，浆液的流动度能长时间内维持在较高值，利于泵送。 5新型浆液与水泥砂浆的现场施工比对结论 通过两种浆液的同条件施工情况对比（施工标段为：郑州市地铁2号线01标广新国盾构隧道区间），我们发现新型浆液相对于可硬性浆液的主要优势体现在四个方面： 隧道防水保证； 施工成本节约； 地层沉降控制； 施工管理亲和。 下面分别从这四个方面对新型浆液与可硬性浆液进行对比。 5.1新型浆液与水泥砂浆基于隧道防水的对比 郑州市轨道交通2号线1标的单线隧道共计约为1300环，采用新型惰性浆液的隧道漏水点位有2%3%环左右，采用可硬性浆液的隧道漏水点位有5%8%左右。可以清晰明显地看到采用新型惰性浆液的盾构隧道漏水情况好于采用可硬性浆液。对于隧道渗漏水治理的后期隐形成本的节约也相当有效。 5.2新型浆液与水泥砂浆的经济性对比 分别采用新型惰性浆液与可硬性浆液时，每方新型惰性浆液在相同社会环境下相较可硬性浆液便宜3050元，按平均一环68方的同步注浆量的方量计算，则一环便可节约180400元，具有相当可观的经济效益。虽然采用新型惰性浆液需要增加一台注浆设备（1万元左右），但是总体费用方面要比可硬性浆液减少。 5.3新型浆液与水泥砂浆的施工管理亲和性对比 采用新型惰性浆液的左线隧道共计因同步注浆系统问题停机4次，而采用可硬性浆液的右线隧道共因同步注浆系统问题停机18次。 可硬性浆液的同步注浆系统主要问题为：管路清理，11次；注浆泵损坏、更换配件3次；注浆罐清理2次；浆液质量问题，2次。由此可见采用新型浆液的施工管理容错率要明显高于采用可硬性浆液的施工管理容错率。 5.4新型浆液与水泥砂浆的地层沉降控制对比 采用新型惰性浆液的左线隧道地表沉降峰值为 -13mm，沉降稳定时间为1214小时左右；采用可硬性浆液的右线隧道地表沉降峰值为-28mm，沉降稳定时间为2448小时。 沉降峰值减小一半左右，沉降发展时间缩短一半左右，可见采用新型惰性浆液的地层变形控制要优于采用可硬性浆液。 参考文献： 1赵书银盾构隧道隋性浆液同步注浆技术应用J铁道标准