成都地铁盾构同步注浆及其材料研究报告

1、成都地铁盾构同步注浆及其材料的研究【内容提要】成都地铁1号线一期工程盾构施工2标为成都地铁实验段，该工程采用加泥式土压平衡盾构机施工，成 都地区地层为砂卵石地层，粒经大、水位高，为了有效解决同步注浆的效果，我工程部和同济大学、西南交通大学进行 了相关的实验研究，拟采用惰性浆液V以黄泥粉、粉煤灰为主剂）为同步注浆材料，期望其达到不易被水稀释、较好的流动性、较好的早期强度和较低的成木。【关键词】高富水土压盾构同步注浆惰性浆液1.简况成都地铁1号线一期工程盾构施工2标人天盾构区间，主要穿越砂卵石地层，地层高富水，含水量大，地下水位 高。采用了加泥式土压平衡式盾构机进行施工。盾构机配备了盾尾同步注浆系

2、统，可在盾构掘进的同时进行背后注浆。 在盾构掘进施工中，当管片刚脱离盾尾时即可对管片外侧的空隙进行填充，从而起到控制地表沉降、提高隧道的抗渗能 力、预防盾尾水源流入密封土舱而造成的喷涌和稳定成型隧道的作用。2.盾构法施工背后注浆技术2. 1.同步注浆原理在盾构机推进过程中，保持一定压力V综合考虑注入量）不间断地从盾尾直接向背后注浆，当盾构机推进结束时，停止注浆。这种方法是在环形空隙形成的同时用浆液将其填充的注浆方式。如图2-1所示。图2/冋步注浆系统示意图2.2.注浆材料和配比的选择2. 2. 1.注浆材料应具备的基本性能根据成都地区的地质条件、工程特点以及现有盾构机的型式，浆液应具备以下性能

3、：1）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。2）具有良好的充填性能，不流窜到尾隙以处的其他地域。3）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。4）浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象。5）浆液固结后体积收缩小，泌水率小。6）原料来源丰富、经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技术要求。7）浆液无公害，价格便宜。222.注浆材料为了保证背后注浆的填充效果，施工中结合现场条件和盾构机自身注浆系统的配置，选取了两种液浆组成以便进行对比优选：1）以水泥、粉煤灰为主剂的常规单液浆A成分：水泥、粉煤灰、细砂、膨润土和水；2）以黄泥粉、粉煤

4、灰为主剂的惰性浆液B成分：黄泥粉、粉煤灰、细砂、膨润土和水。浆液组成A以水泥作为提供浆液固结强度和调节浆液凝结时间的材料，浆液组成B以粉煤灰作为提供浆液固结强度和调节浆液凝结时间的材料。其中浆液组成B中使用的粉煤灰可以改善浆液的和易性流动性），黄泥粉能增加浆液的粘度，并有一定的固结作用，膨润土用以减缓浆液的材料分离，降低泌水率， 还具有一定的防渗作用。砂在两种浆液中都作为填充料。2. 2. 3.浆液配比及性能测试在确定浆液配比时，先根据相关资料，确定了两种浆液的各种材料的基本用量，然后结合浆液站调试，每种配比生产一定方量，并对浆液性能进行相关的性能测试，从而对配比单进行筛选，保留能够生产出合格

5、浆 液的配比，以便今后用于施工。根据测试结果还可得知，与水泥浆液相比，以黄泥粉、粉煤灰为主剂的浆液的凝结时间较长，在1012小时左右。考虑到盾构掘进过程中一些不可避免的停机如管片拼装、连接电缆、风管安装、机器维护保养、盾构机临时停机、电路故障等），若浆液的初凝时间较短，则增加了停机期间发生堵管的可能性， 增加额外的清洗工作，并影响盾构的继续掘进。因此，浆液合理的初凝时间应与盾构掘进施工一个工班的时间接近，这 样可以在每班结束时再安排浆液输送管路的清理工作，既不影响盾构连续施工，又保证能及时清理管路，避免堵管现象 的发生，选用惰性浆液更为可靠。惰性浆液在主要成分加量不变的情况下，只需调节添加剂的

6、加量就能有效地控制、调节浆液的性能。在施工过程中，可以比较方便地对浆液的性能进行调整，以适应不同地层、不同掘进进度对浆液性能的要求，通过分析与实验对比，共进行了8组实验。实验材料配比分别如下：表2-1 实验的材料配比重量比）水水泥粉煤灰细砂膨润土黄泥粉外加剂A31%8%10%31%5%15%0. 015%B37%10%10%28%1%12%0. 029%C28%10%12%35%1%10%0. 031%D28%6%22%10%厲0、0. 018%E21%7%25%43%1%05：0. 021%F26%7%0%42%厲21%0. 021%G27%8%16%32%3. 5%13%0. 015%H2

7、4%8%16%32%16U0. 015%223. 1流动度/塌落度的实验通过实验得到，流动性较好的是B、D、E组材料。B组含水量在所有实验组中最大37%, D、E两组未添加黄泥粉。E、F两组浆液为两组对黄泥粉和粉煤灰的实验对比。E组中未添加黄泥粉，F组中未添加粉煤灰。实验结果表明，不添加粘土的浆液具有较好的流动性。添加了黄泥粉的浆液流动性大大降低。 2232稠度对各组的实验表明，即使个别浆液试件流动度不佳，但其稠度仍可达到理想状态9-13cm之间。2. 2. 3. 3析水性从实验可以看出，除了 A、F及H组，析水之外每种浆液在静置之后都出现了严重的析水现象。而凝结时间实验大部分是在试件表面有水

8、的情况下进行的。说明浆液都有析水性，析水率大概在1%6%体积比）之间。2234抗水性根据实验结果，抗水性较好的为F组，H组实验。当浆液的流动性减小、整体性强时，其抗水性呈增大趋势，但减少用水量，减少其流动性时，又对浆液的可泵型造成影响。因此，通过调节浆 液中的膨润土和黄泥 粉用量可改善整体性，同时又可增大稠度。2. 2. 3. 5凝结时间表2-2 各时间凝结时间比较凝结时间测定达到03MPa所需的时间（h 凝结时间测定达到0. 5MPa所需的时间（h凝结时间测定达到0. 7MPa所需的时间（hA152444B306268C142434D246996E112434F101928G226269H7

9、2129D、E两组的对比可以看出，两组实验除了含水量有5%左右的差别外，其他比例都相当，但通过凝结时间的测定，可以看出，两组有较大的差距。G、H两组的对比可以看出，H组中水含量3个百分点。黄泥含量比减少了3个百分点。其他成分的含量都未改变。凝结时间测定的实验表明：H组浆液材料的凝结时间较G组大大缩短。因此，通过实验可以得出，对于该种可塑浆液的凝结时间，起决定作用的是含水量和浆液中粘土的含量。含水量 增大，则凝结时间增大，黄泥粉的含量增大，则凝结时间缩短。而且对该两种的含量特别敏感，水的含量敏感区大概 为：209广30 ;黄泥粉的含量敏感区大概为：15%、25%。223. 6实验结论.通过实验研

10、究、对比分析，主要得出如下结论。1）膨润土的加入使注浆浆液的稳定性得到提高，可泵性增大，根据木次实验结果及其他工程应用膨润土的经 验，确定在该地层情况下的同步注浆的膨润土添加量。2）黄泥粉的加入，使注浆浆液的粘聚能力增大，大大的提高了浆液整体性和抗水性，特别水冲情况下的抗分散 能力。并使浆液的强度上的比较快。但是，添加了黄泥粉的浆液，其流动性明显降低。3）浆液的含水量和粘土含量是决定浆液凝结时间和流动性的主要因素。4 ）浆液的含水量和粘土含量是决定浆液流动性的主要因素。5）富水砂卵石地层的可采用材料配比1）配比一密度为1. 73ton/m3,具体配比如表2-3所示。表2-3配比一每立方浆液含量

11、kg）水水泥粉煤灰细砂膨润土黄泥粉外加剂415.2138. 4276. 8553.669.2276.80.2595该配比材料的特点：具有较好的抗水性； 具有较好的流动性； 在水中浇注可防止被水稀释;2）配比二 密度：1. 65ton/m3配比二的具体配比如表2-4所示。表2-4配比二每立方中，含kg ）:水泥细砂膨润土黄粘土外加剂462115.562799346. 50.35该浆液有如下特点：相对于建议材料一来说，少了一种材料。这样可以减少工程复杂性，节省场地、施工方便，并且，黄泥粉罐和膨润 土罐还可以在渣土改良时同时利用，这样的话一套设备就可以双重利用。可以大大减少工程成木。抗水性能好：能在

12、水中浇注不被水稀释，而且不容易被水冲散；在有水的条件下，强度上仍可以较快，在有水的条件下，初凝时间可以控制在10-20小时之间；稠度可控制在10-12cm之间，该浆液可具有较好的稠度和可泵型。2. 3.注浆工艺参数的确定2. 3. 1.注浆量的计算背后注浆量Q,通常可按下式估算：Q二a式中，V 理论空隙量，a -注入率。人天区间采用的加泥式土压平衡盾构机刀盘直径6. 28m,而预制钢筋混凝土管片外径为6. 0m,则理论上每掘进一环，盾构掘削土体形成的空间与管片外壁之间的空隙的理论体积为：V=nX 682-62） XI. 5/4=4. 051m。注入率曲勺主要影响因素包扌舌注入压力决定的压密系数

13、土质系数82施工损耗系数a3和超挖系数a4贝 Va=al+a2+a 3+al4每环实际注浆量可根据地层和施工损耗等情况选取相应的注入率。2. 3. 2.注浆压力的确定注浆压力是指注入孔附近的压力，而不是泵的喷射压力。注浆压力应综合覆盖土的厚度、地下水的压力及管片的强度进行设定。但应注意以下问题：1 ）不大于盾尾密封压力的警戒值2 ）不大于管片能承受的最大压力3 ）根据管片脱出盾尾后位移情况进行及时调整,带有自搅拌功能和砂浆输送泵，随编组列车一起运输。同步注浆系统：配备SWINGKSP12液压注浆泵2台（盾构机上己配置 ,注浆能力2 X12m3/h , 4个盾尾注入管口及其配套管路。3.2 同步

14、注浆工艺流程图见图3-13. 3.注浆质量控制3. 3. 1.浆液搅拌制浆时的注意事项：1）对于制浆材料要把好质量关，选用供货质量稳定的供货商。拌制浆液时，不能使用固结成块的黄泥粉和膨润土，砂料应是粒径24mm的细砂，含泥量不能超过标准，不得混有朵物和大粒径石子；2）浆液搅拌要充分，拌和要连续，不能间断；3）定期检查计量系统，保证按配比生产浆液;图3-1同步注浆工艺流程图4）根据拌制的第一罐浆液的性能指标，合理调整各骨料和水的加量，保证浆液的性能最终满足要求；5）按规定对设备进行日常维护保养，使设备经常处于良好的工作状态。冬季施工，要对浆液搅拌站的关键部位做 好保温工作。6）缩短供货周期，尽量

15、缩短原料在施工现场的存放时间，减少材料的板结现象。如用含水量较大的细砂，应相应 地调节水的加量。3. 3. 2.浆液运输及注入浆液运输及注入过程中的注意事项1）若浆液运输距离较长，直接泵送至盾构机浆液罐内容易发生堵管现象，应采用浆液罐车运输，缩短泵送距离，减少堵管现象的发生；2 ）在浆液站向罐车内泵送浆液的过程中，应保证罐车在连续搅拌，防止浆液离析；浆液运送到后配台车后，应及 时泵入到储浆罐中，由储浆罐继续进行搅拌；3.3）罐车泵送完浆液后，及时进行清洗；4）检查从注入孔到泵的输浆管接头的好坏；5）注意观察注入压力、注入量;6）定期清理注浆管及注浆孔。4.注浆效果的检测注浆效果检查主要采用分析法，即根据P-Q-t曲线，结合掘进速度及衬砌、地表与周围建筑物变形量测结果进行综合分析判断，必要时采用无损探测法进行效果检 查，当注浆效果不