盾尾注漿材料配比試驗研究

2013-12-01 05:06:48肖朝昀

長江大學學報(自科版) 2013年13期

肖朝昀

（華僑大學土木工程學院，廈門361021）

張慶賀

（同濟大學土木工程學院地下建筑與工程系，上海200092 巖土及地下工程教育部重點試驗室（同濟大學），上海200092）

采用盾構法施工的隧道，由于盾尾空隙的存在引起地層發生位移、地表沉降、隧道抗浮等成為隧道工作者共同關心的問題。盾尾注漿施工對控制地表沉降、隧道穩定起著關鍵作用。盾尾注漿漿液應滿足具有一定強度、一定的流動性、體積收縮率小、受地下水稀釋后或注入時間稍長時不產生材料分離。曾曉清等［1］對上海地鐵一號線盾構施工中同步注漿的組成成分及性能進行較系統的研究，提出了單液惰性漿液的配比，并進行了固結試驗、剪切試驗、膨脹量試驗和壓縮試驗等。夏詩梁［2］在上海延安東路越江隧道工程中，對日本提供的雙液漿的漿液配比做了調整，調節了漿液的初凝時間，解決了漿液在泥水的侵蝕下不能正常發生化學反應的問題。鄒翀［3］針對廣州地鐵二號線越秀公園－三元里區間盾構工程研制的盾尾單液注漿漿液具有3～12h以上的凝結時間，并根據不同的施工情況和地質條件可以進行調節。羅云峰［4］進行了減水劑的選擇試驗，改善了盾構法同步注漿漿液的施工性能，提高了漿液的穩定性，改善了漿液的可泵性，實現了較好的注漿效果。梁精華［5］對南水北調中線穿黃隧道中細砂土質，采用均勻設計的試驗方法，進行了盾尾注漿材料的配合比優化試驗研究，并探討了單液活性注漿材料各組分對漿液性能的影響。筆者針對上海西藏南路越江隧道進行了盾尾注漿漿液的試驗配比研究，通過對初選漿液各組分對漿液性能影響分析，得到優選漿液配比，分析添加泵送劑、增稠劑或氫氧化鈉分析純后對漿液性能的影響。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料與試驗指標

1）材料 200目熟石灰、二級粉煤灰、膨脹倍數為18 ml／g膨潤土、砂（過2.5 mm篩孔）、華聯高效泵送劑、增稠劑（甲基纖維素醚）、氫氧化鈉分析純等。

2）試驗指標密度，稠度，泌水率，3、7、28d強度，pH值，凝結時間，抗剪強度，壓縮系數，壓縮模量等。

1.2 試驗方法

①參考已有文獻中漿液配比，提出1～3組初選漿液配方方案，對初選漿液配方進行密度、稠度、直剪、固結壓縮、單軸抗壓強度試驗，比較組分變化對漿液指標的影響；②提出優選配方，添加外加劑進行各項指標測試的試驗；③進行技術經濟分析，確定現場采用的漿液配方。

2 試驗與分析

2.1 初選漿液試驗

在參考已有文獻配比的基礎上，進行一系列初選試驗，確定3組漿液配比F5、F9、F10（見表1）。表1中的石灰膏的配比為：生石灰∶水＝1.06kg∶2000 ml。對表1中3組配方進行密度、稠度、坍落度、快剪、固結壓縮、單軸抗壓強度試驗，試驗結果如表2、圖1和圖2所示。表2中漿液抗剪強度及固結壓縮指標分別與盾構穿的土層性能指標進行對比。由于試驗條件限制，對于單軸抗壓強度，沒有測試配方F9的單軸抗壓強度，僅測得配方F10的28d強度。

表1 初選漿液配比表

表2 初選漿液配方性能指標

圖1 初選漿液配方抗剪強度

圖2 初選漿液配方e－lg p壓縮曲線

漿液稠度是表示漿液的稀稠程度，進而反映漿液的流動性，漿液稠度使用稠度測定儀測定。對比3組初選配方，增加黃砂降低粉煤灰的含量可以降低漿液的流動性，使漿液的稠度值降低。

通過剪切試驗測得粘聚力和內摩擦角值。根據隧道埋設深度，計算出該深度下垂直壓力，進而反算出土體的抗剪強度值為109.2～117.5k Pa。漿液配方F5、F9和F10在該深度下的抗剪強度在110～120k Pa之間，可見上述配方漿液的抗剪強度基本等于或略大于盾構穿越土層的抗剪強度。

通過固結試驗得到各配比方案的壓縮模量為7～15 MPa，3種配方的壓縮系數為0.108、0.207、0.229 MPa－1，為中壓縮性，偏向低壓縮性，壓縮性較小，較為合理。盾構所穿越土層的壓縮模量為7.8 MPa和10.9 MPa，部分配方的壓縮模量大于所穿越土層的壓縮模量。含砂率較高的配方F9的壓縮模量較大，含砂率相等的配方F5和配方F10的壓縮模量相差不大，同樣含砂率的情況下粉煤灰含量高的配方F5的壓縮模量要大于石灰膏含量多的配方F10。由此可以得出，在穿越土體的時候可以通過提高含砂率或是減少石灰膏的含量來達到漿液的壓縮模量大于或等于所穿越土體的壓縮模量。

各配方試樣的3d單軸抗壓強度最小值為167k Pa，大于盾構所穿越土層的地基承載力（不大于120k Pa），充分滿足抗壓強度的要求。增加石灰膏的含量同時減少粉煤灰的含量不但不能提高試樣的抗壓強度，反而使其強度降低。

用烘干法測得的各配比的含水量在17.2%～22.1%之間，與所穿越土層的含水率23.5%和27.5%相差不大。

2.2 優選漿液試驗

通過對上述初選配方試驗結果分析，調整各組分在漿液中的比例，得到優選配方（見表3）。對該優選配方進行添加泵送劑、增稠劑或氫氧化鈉分析純，進行密度、稠度、泌水率、單軸抗壓強度（3、28d）、pH值性能試驗，試驗結果如表4所示。

表3 優選漿液配比

分析表4，在優選漿液配比中添加泵送劑使漿液流動性增大。漿液泌水率是一個重要參數，泌水率越少，漿液凝固而產生下沉量也越少，添加增稠劑或氫氧化鈉分析純后，漿液泌水率增加，分別為4.5%和3.0%。另外，添加增稠劑或氫氧化鈉分析純，漿液3d強度與盾構所穿越土層的地基承載力（不大于120k Pa）接近，均能滿足抗壓強度的要求。對漿液進行pH值測定，漿液的pH值（10～11）呈弱堿性，不會對管片結構產生腐蝕作用，但對于注漿設備的橡膠連接部分，應注意漿液的腐蝕破壞作用。另外試驗還得出優選配方漿液的初凝結時間大于10h，漿液的收縮率在3%～4%之內，能滿足工程需要。