《盾構法隧道同步注漿材料應用技術規程》T/CECS 563—2018標準解讀

韓 旭，龐奇林，朱先發，張 偉，宋普濤，王 晶

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

當前國內盾構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環境不同[1-10]。由于尚無成熟的標準、規范對盾構法隧道用注漿材料的選擇、性能指標及應用等提出規定，設計文件中鮮有關于盾構法隧道同步注漿材料選擇及關鍵性能控制指標的相關要求，施工過程中注漿材料及原材料的選用、注漿配合比設計、注漿材料生產施工環節等均由施工現場技術人員自行控制。由于人為認知水平的差異，往往存在因注漿材料的選擇及應用不當導致注漿施工效果差、注漿后地表沉降嚴重、滲漏等各類問題，嚴重影響了盾構施工的質量與工程的安全性。

由此可見，制定一本針對地鐵盾構隧道用水泥基注漿材料的產品標準是必須且必要的，這將有利于對地鐵盾構隧道用注漿原材料的質量控制，規范水泥基注漿材料的生產和檢驗，做到地鐵盾構隧道用水泥基注漿材料安全適用、經濟合理、質量可靠、技術先進，實現地鐵盾構隧道用水泥基注漿材料在地鐵盾構隧道建設中得到科學、合理、有效地利用。

根據中國工程建設標準化協會《關于印發<2015年工程建設協會標準制訂、修訂計劃>的通知》(建標協字[2015]099號)的要求，批準中國建筑科學研究院與南京易發新材料科技有限公司會同南通城市軌道交通有限公司等有關單位共同編制CECS標準《盾構法隧道同步注漿材料應用技術規程》(以下簡稱《規程》)。規程于2018年12月18日公告發布，自2019年5月1日起實施。

1 主要內容與技術要點

標準共分7章和3個附錄，主要技術內容包括：總則、術語和符號、基本規定、原材料、注漿材料配合比及性能、同步注漿施工、質量檢驗與驗收。

1.1 盾構工程同步注漿材料及其原材料性能要求的提出

通過國內典型盾構工程同步注漿用原材料調研、總結以及充分的試驗驗證，在廣泛征求意見的基礎上匯總、歸納、探討、分析、總結，對盾構工程同步注漿材料及其原材料種類及性能作出要求。

調研發現，現場盾構工程同步注漿材料用水泥以PO42.5等級水泥為主；砂以河砂為主，規格為中砂；摻合料以Ⅱ級粉煤灰為主，也有礦粉、石灰石粉等摻合料；消石灰多為鈣質，且CaO+MgO含量大于85%；膨潤土多為鈉基。

經充分調研：目前盾構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。

水泥基盾構工程同步注漿材料主要測試漿液密度、泌水率、稠度及其經時損失、流動度及其經時損失、凝結時間、抗壓強度、水陸強度比和結石率指標。標準啟動會過程中編制組內部一致討論通過，增加水泥基盾構工程同步注漿材料的分層度指標用于進一步表征其勻質性，增加水陸強度比指標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的驗證試驗結果表明，水泥基盾構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，漿體的結石率不小于95%，1 d強度不小于0.2 MPa、7 d強度不小于1.5 MPa、28 d強度不小于2.5 MPa。

消石灰基盾構工程同步注漿材料主要測試漿液密度、泌水率、稠度、抗壓強度、結石率等性能指標。標準啟動會過程中編制組內部一致討論通過，增加消石灰基盾構工程同步注漿材料的分層度指標用于進一步表征其勻質性，嘗試增加pH指標用以表征其抗水分散性能。系統的調研結果表明，消石灰基盾構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%，結石率均不小于95%，稠度在8～14 cm范圍內，凝結時間范圍相對較大，且波動無明顯規律相對離散。由pH值試驗結果可知，利用pH值結果評價消石灰基盾構同步注漿材料的試驗方法仍不夠成熟。此次標準制定過程中，試驗方法和盾構同步注漿原材料及相應的配合比均參數的確定，主要參考的是目前實際盾構工程常用的原材料和配合比參數。為了避免試驗結果受試驗條件和人為主觀因素的影響，主編單位按照開題的任務分工，分別安排不同的編制組成員單位進行驗證試驗。但由于部分性能指標及試驗方法是新提出的，其科學性和可操作性仍需要驗證。相對成熟的性能指標及試驗方法，考慮水泥基同步注漿材料與石灰基同步注漿材料的強度較低，凝結時間可控，水陸強度比等部分性能試驗方法相對科學、可行。因此，標準規定的盾構注漿材料的性能指標主要應以實際驗證性試驗結果為依據。而對于評價水下不分散性能的pH值指標及試驗方法，以及消石灰基的注漿材料的凝結時間指標及試驗方法，考慮其試驗結果離散性大、試驗方法可操作性較差，潛在的人為試驗誤差相對較大，故標準暫未規定相應的性能指標參數要求及對應的試驗方法。

經充分驗證，并經廣泛征求意見以及審查會專家討論一致通過后形成的同步注漿材料性能指標如表1所示。水泥基單液同步注漿漿液硬化后的性能應符合表2的規定。

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，規定消石灰基單液同步注漿材料24 h抗剪屈服強度不應小于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滿足施工和設計要求，并應通過試驗確定。

1.2 盾構工程注漿材料推薦配合比關鍵參數與配合比設計方法的提出

在充分調研的基礎上匯總、歸納、分析、總結，提出了初步的盾構工程注漿材料推薦配合比關鍵參數與配合比設計方法。通過廣泛內部征求意見，反復討論研究，形成盾構工程注漿材料推薦配合比關鍵參數與配合比設計方法。在征求意見稿階段，根據試驗結果，確定較為典型的現場盾構注漿材料施工配合比參數如下：

水泥基盾構注漿材料現場施工配合比控制范圍為：水膠比0.45～0.79，膠砂比0.45～0.75，水泥占膠凝材料質量分數0.17～0.26，膨潤土占膠凝材料質量分數0.14～0.18，設計濕表觀密度1 817～1 908 kg/m3。

石灰基盾構注漿材料現場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量分數0.17～0.19，膨潤土占膠凝材料質量分數0.09～0.14，設計濕表觀密度1 830～1 910 kg/m3。

在全國范圍內征求意見過程中，相關專家提出：在采用一定增稠劑、絮凝劑等外加劑手段或其他膨潤土替代材料時，可降低膨潤土摻量。膨潤土摻量占膠凝材料用量低至5%時，同步注漿材料漿液施工性能依舊滿足要求，經核驗后，將注漿材料膨潤土摻量推薦控制值降低為5%。

征求意見過程中，參考相關專家提出的意見，水泥或消石灰用量宜只規定摻量下限，兩者摻量下限可達15%，且不宜規定上限。水泥或消石灰摻量超過征求意見稿中暫定推薦指標上限范圍時，盾構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。經核實后將注漿材料水泥及消石灰推薦摻量均調整為不小于15%。

標準審查過程中與會專家一致認為，消石灰基盾構注漿材料水膠比控制上限控制指標偏低，已有很多消石灰基盾構注漿材料水膠比達0.8的盾構施工案例，且盾構注漿效果良好，建議將消石灰基盾構注漿材料水膠比上限控制為0.8。同時部分專家提出，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1/1，且這兩種情況下注漿效果均達到了預期的要求。由于現在關于消石灰基盾構注漿材料的填充、固結機理的研究尚不明確，為避免標準對先進產品應用的限制，鼓勵先進，經審查會討論后一致同意，將膠砂比推薦參數調整為不小于0.3。

綜上，盾構注漿材料配合比推薦參數如表3及表4所示。

表3 水泥基同步注漿材料配合比推薦參數

表4 消石灰基同步注漿材料配合比推薦參數

1.3 盾構工程同步注漿材料及其原材料性能試驗方法的提出

盾構工程同步注漿材料用原材料均有相應的國家標準或行業標準，故同步注漿材料用原材料試驗方法均參照相關國家或行業標準進行。

盾構工程同步注漿材料的性能試驗主要參照國內現行混凝土、砂漿、灌漿料、水泥土等試驗方法進行，并通過驗證性試驗對試驗方法的可行性及推薦性能指標的合理性進行分析。對有爭議的試驗方法，通過廣泛的征求意見、集思廣益并結合驗證試驗，分析提出合理試驗方法。對于可行性差的用于標準盾構工程同步注漿材料抗水分散性能的pH試驗方法以及用于測試消石灰基同步注漿材料的凝結時間的試驗方法。由于暫無更合理的試驗手段，此次標準編制中暫沒有納入。標準審查會期間，各與會專家對盾構工程同步注漿材料及其原材料性能試驗規定的試驗方法表示肯定，并指出會后需仔細核對試驗方法中出現的公式的單位和量綱，以確保單位使用的合理、準確、統一性。

1.4 盾構工程同步注漿材料生產、施工及驗收

在廣泛調研的基礎上，參照國家標準《盾構法隧道施工與驗收規范》GB 50446[11]等國內相關標準，并結合盾構工程同步注漿材料的性能特點及不同施工環境特點，以保證盾構工程同步注漿質量為目的，對盾構工程同步注漿材料生產、施工及驗收提出要求，并在廣泛征求意見的基礎上，歸納、總結、分析，對盾構工程同步注漿材料生產、施工及驗收作出合理的規定。審查會期間，部分專家對注漿施工一般規定、同步注漿材料檢驗批次、注漿施工注意事項及驗收中個別條文提出意見，并為標準進一步修改完善提供建議。

2 標準實施后的經濟效益和社會效益

《規程》是我國盾構工程同步注漿材料方面的第一本重要的技術性標準，適用于我國盾構工程同步注漿材料的制備、生產、施工、設計與質量控制。

《規程》發布實施后，仍將為我國的地鐵隧道等盾構工程注漿材料及其施工后質量的控制與提升提供技術支撐，避免盾構工程同步注漿材料參差不齊、盾構工程同步注漿施工質量無章可依的局面，進一步提升盾構工程質量，減少因盾構同步注漿材料及應用不合理產生的實際注漿量高、注漿施工難度大、注漿施工進度慢等直接及間接經濟損失，具有良好的經濟效益。

《規程》發布實施后，可規范、提升盾構注漿工程質量，避免因注漿材料使用不當導致的注漿填充密實性差、注漿效果差等問題，避免由此引發的滲漏、沉降等工程質量問題以及可能引起的安全事故等社會問題，其社會效益顯著。

3 尚存在主要問題與后續工作

1)消石灰基盾構工程同步注漿材料的抗水分散性能、凝結時間性能暫無科學、可操作性的試驗方法，在標準發布實施后，需進一步深入研究，盡快確定性能指標要求及對應的試驗方法。

2)由于現階段存在研究成果相對較少、注漿材料成本較高、工程現場實際使用較少等情況，該標準中未包含針對濱海環境、鹽漬土等具有侵蝕性介質環境的，具有抗腐蝕性能要求的同步注漿材料的有關性能要求和規定。但隨著我國各地地鐵工程的加速推進，盾構注漿材料的防腐蝕指標也是不得不考慮的指標，而且隨著注漿材料及施工技術的進步、新材料與新工藝的發展，在后續的標準修訂中，會結合工程實際情況納入經濟性良好、施工性能良好的耐腐蝕型盾構工程同步注漿材料產品。

3)繼續開展消石灰基盾構工程同步注漿材料注漿效果的調研工作。消石灰基盾構工程同步注漿材料具有強度低、強度增長緩慢的特點，在江浙等地區應用廣泛。調研發現當前該種漿料盾構注漿施工效果較好，但部分學者對該種漿料的填充、支撐機理仍有一定的質疑。前期調研過程中有關專家指出，該種漿料早期對盾構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完成，對于相應的試驗方法能否科學反映這種嵌鎖作用，仍存疑問。因此，關于消石灰基盾構工程同步注漿材料早期對盾構空隙的填充與支撐機理，后續的研究工作仍有待加強。