土壓平衡盾構施工隧道注漿漿液配比研究與應用

黃 荊 溪

(華中師范大學第一附屬中學，湖北 武漢 430223)

0 引言

盾構法施工須考慮實際工程地質條件，才能保證隧道施工的質量和安全。針對實際工程中不同的地質條件如粘土、粉質粘土、含角礫粘性土、角礫等，需要采取相應的同步注漿漿液配合比。目前，通過對同步注漿漿液進行分析研究，發現其存在抗水分散性、填充性、流動性、穩定性較差；凝結時間無法進行控制，容易堵塞管道等問題。本文充分考慮某實際工程的地質條件，利用正交試驗方法，研究了漿液的各原材料對漿液的稠度、7 d抗壓強度、初凝時間的影響規律，對漿液的配合比進行不斷的優化，確定注漿效果和經濟效益最好的注漿配合比和注漿量，為隧道注漿施工提供了參考依據。

1 漿液性能要求

為了實現盾尾同步注漿滿足施工要求的目的，盾尾注漿漿液必須達到以下幾個條件[1-4]：

1)漿液凝結時間恰當，有較好的和易性；

2)可以充分地填充管片與地層間的空隙；

3)漿液不會腐蝕注漿設備和管道結構，并易清洗；

4)漿液無公害，材料來源豐富、價格低廉。

2 實驗材料及方法

2.1 漿液的技術指標

1)稠度：10 cm～12 cm；

2)7 d抗壓強度：28 d不小于2.5 MPa；

3)初凝時間：一般為9 h～11 h。

2.2 實驗項目及材料

實驗項目：稠度、7 d抗壓強度、初凝時間。

實驗材料：42.5普通硅酸鹽水泥、粉煤灰(Ⅱ級)、膨潤土、砂(細度模量1.6～2.2的細砂，粒徑為0 mm～4 mm)、水(生活用水)。

2.3 正交試驗方案設計

以施工中實際采用的同步注漿配比為基礎，全面研究了漿液

各原材料對漿液性能的影響規律。本文采用正交試驗設計方法進行研究，具體取值見表1。

表1 正交試驗方案 kg/m3

3 實驗結果及其分析

通過研究漿液各組成成分取不同摻入量時對漿液的稠度、7 d抗壓強度、初凝時間三個指標的影響規律，進而評估漿液工作性能，具體實驗結果見圖1～圖3。

3.1 各原材料的摻量對其稠度的影響

稠度是指漿體在自重力或外力作用下是否易于流動的性能，其大小用沉入量(mm)表示。稠度大則漿液稀、流動性好，注漿施工時漿液容易在施工區域內流動，但可能會產生嚴重的泌水現象，體積收縮比大，固化后的形態會受到影響。稠度小則漿液稠、流動性差，不利于漿液在注漿管道內的泵送[5]。

從圖1可見，水泥摻量對稠度的影響最大，其次是粉煤灰和膨潤土摻量對稠度的影響，這兩者的影響程度幾乎相同。砂的摻量對稠度的影響很小，在調節稠度的過程中，可以不予考慮。稠度隨著水摻量的增加呈直線上升趨勢。因此調整稠度的主要因素是水泥和水的摻量，其次是粉煤灰和膨潤土。如果想要適當提高稠度，可在保證泌水率、7 d強度、初凝時間的基礎上，可以適當減少水泥、粉煤灰、膨潤土的摻量或增加水的摻量。

3.2 各原材料的摻量對7 d抗壓強度的影響

漿體經過一定時間固化后，應具有一定的抗壓強度，可以在管片與土壤之間形成過渡區，減小管片的應力和變形，確保隧道結構穩定，并減少隧道滲水。

從圖2中可以看出，隨著水泥摻量的增加，7 d抗壓強度幾乎呈直線增長。水泥漿體中摻加粉煤灰，不利于水泥漿體早期強度的發展,隨著水泥水化齡期的延長，粉煤灰的火山灰效應逐漸顯現，后期強度優勢明顯。而膨潤土對強度影響不大。砂摻量增大，7 d抗壓強度先增大后減小，砂子作為漿液的骨料，砂粒之間的摩擦增大了漿液的剪切角，使得漿液抗壓強度增大，但隨著砂摻量的增大，砂粒沒有足夠的水泥漿包裹，使得漿體粘聚力降低，抗壓強度減小水泥摻量對7 d抗壓強度的影響較明顯，是調整強度的主要因素。

3.3 各原材料的摻量對漿液初凝時間的影響

同步注漿漿液需要具備合適的凝結時間，凝結時間過長可能導致在凝結過程中受土層的滲水會越來越多，影響強度收縮等指標[5]。

從圖3可以看出，隨著水泥摻量的增加，初凝時間明顯減小。如果增加粉煤灰的摻量，初凝時間將有所波動，但波動幅度不大。由于膨潤土具有粘結性和可塑性，這對漿體的固化是有利的，所以隨著膨潤土摻量的增加，初凝時間有所降低。隨著砂摻量的增加，初凝時間先減小后增大，但波動幅度也不是很大，處于一個穩定區間。水摻量增加時，凝結時間會明顯增加。所以，為了減少凝結時間，就需要適當增加水泥摻量或者減小水的摻量。

4 結語

通過對以上試驗結果的研究可得到注漿漿液合適的配合比應為:水泥175 kg/m3，粉煤灰400 kg/m3，膨潤土60 kg/m3，砂650 kg/m3，水330 kg/m3。制備的漿液的稠度為10 cm～12 cm,7 d抗壓強度不低于2.5 MPa,初凝時間9 h～11 h。