渣土改良后用于壁后同步注漿工藝探析

溫小東/WEN Xiaodong

（中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000）

目前，在國內(nèi)地鐵和各種隧道施工中，土壓平衡盾構(gòu)掘進技術(shù)應(yīng)用廣泛。該掘進方法具有土層適應(yīng)范圍廣、掘進速度快、成本低、施工安全等特點。據(jù)有關(guān)資料介紹，在一線、二線大城市，往往有上百臺土壓平衡盾構(gòu)在同時進行著各種隧道工程施工。渣土排放存在著巨大的運輸壓力、環(huán)保問題，如能對此渣土進行二次改良達到代替同步注漿液的效果，不僅解決了渣土運輸、排放的問題，而且能大大節(jié)約成本。據(jù)了解在國外一些發(fā)達國家已經(jīng)開始對盾構(gòu)渣土資源化利用。主要以美國、日本、歐洲為代表，渣土的資源化利用率已達到了較高水平，美國已達到建筑垃圾“零排放”的水平，歐洲、日本等部分發(fā)達地區(qū)建筑垃圾資源化水平也已達到90%，目前歐洲的法律法規(guī)和政策都支持垃圾資源化利用技術(shù)，資源化利用平均在80%以上。我國經(jīng)濟建設(shè)起步較晚，同樣盾構(gòu)渣土資源化水平較低。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，我國2021 年建筑垃圾超過20 億m3，建筑垃圾資源化水平只有40%左右。據(jù)不完全統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國盾構(gòu)保有量3 000 臺以上，約有800 臺盾構(gòu)在同時施工，每年按直徑6.4m 盾構(gòu)掘進3.0km，密度取2t／m3，每年盾構(gòu)渣土量在2.4 億噸以上，但渣土的資源化利用率不足1%，渣土處理仍為填埋和堆放為主，急需提高渣土資源化水平。

綜上所述，將盾構(gòu)掘出來的渣土進行改良處理，用于盾構(gòu)同步注漿，避免了后續(xù)可能產(chǎn)生的環(huán)保問題、安全問題，有一定的經(jīng)濟和生態(tài)效益。

1 工程概況

鄭州市商隱路站～廟王站區(qū)間主要穿越地層為⑦-1 粉質(zhì)黏土、⑧-1 粉質(zhì)黏土、⑧-3 粉質(zhì)黏土，試驗段盾構(gòu)主要穿越地層為⑧-3 粉質(zhì)黏土，地層較為穩(wěn)定。試驗段隧道范圍內(nèi)無地下水。

2 施工工藝

施工工藝流程如圖1 所示。相關(guān)設(shè)備主要有拌和、儲料設(shè)備和振動篩料設(shè)備。

圖1 工藝流程圖

施工步驟如下。

1）渣土準(zhǔn)備 盾構(gòu)掘進的渣土經(jīng)過改良、水平運輸、垂直運輸至盾構(gòu)渣土坑。

2）渣土運輸 通過挖掘機把渣土運送至現(xiàn)場的泥漿池，泥漿池長12.7m，寬9.4m，泥漿池方量為150m3，渣土放至泥漿池0.8m 處，水加0.4m，通過挖機攪拌均勻。

3）泥漿拌制 泥漿池內(nèi)泥漿通過挖機倒運至泥漿攪拌機（1.5m3）內(nèi)進行攪拌，攪拌時間不得小于5 分鐘，調(diào)制泥漿比重大于1.5。

4）濾網(wǎng)過濾 攪拌好的泥漿通過10×10mm濾網(wǎng)過濾進入泥漿罐攪拌。

5）水泥 根據(jù)泥漿攪拌罐用量進行配比水泥用量準(zhǔn)備（300kg／1.5m3)。

6）水泥、泥漿拌制 水泥和拌制好的泥漿在泥漿罐內(nèi)再次攪拌，攪拌時間不得小于10min，調(diào)制泥漿比重大于1.9（配合比1000：200：480）。

7）盾構(gòu)同步注漿 將配比拌制好的同步注漿漿液由罐車運輸輸送至中板儲漿罐內(nèi)攪拌，盾構(gòu)掘進前放入砂漿車內(nèi)，由砂漿車運輸至洞內(nèi)進行掘進同步注漿準(zhǔn)備。

3 泥漿穩(wěn)定地層配合比設(shè)計

3.1 原材料性能檢驗

根據(jù)設(shè)計文件與相關(guān)規(guī)范要求，應(yīng)選用初凝時間大于3h，終凝時間大于6h 且小于10h 的水泥。本工程目前選用P·O42.5 水泥。水泥質(zhì)量檢測結(jié)果見表1，均滿足規(guī)范要求。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果

3.2 配合比確定

采用自拌型式，先對配合比進行簡單試配。找出比較符合現(xiàn)場施工的大致配合比進行優(yōu)化。

試配1：土1000g、水400g、水泥100g

試配2：土1000g、水360g、水泥80g

試配3：土1000g、水320g、水泥80g

試配4：土1000g、水320g、水泥100g

發(fā)現(xiàn)試配1 流動性良好，凝結(jié)時間較長（＞8h）；試配2 流動性一般，凝結(jié)時間一般（6～7h）；試配3 流動性良好，凝結(jié)時間合適（5～6h）；試配4 流動性不好，凝結(jié)時間過快（＜4h）。后又考慮到項目成本問題全部舍棄。

轉(zhuǎn)換思路為保證凝結(jié)時間和泥漿的流動性，增加水泥用量。現(xiàn)試配如下。

試配5：土：1000g、水泥150g、水360g

試配6：土：1000g、水泥150g、水400g

試配7：土：1000g、水泥200g、水440g

試配8：土：1000g、水泥200g、水480g

發(fā)現(xiàn)試配5 無流動性，凝結(jié)時間快（＜4h）；試配6 流動性一般，凝結(jié)時間一般（6～7h）；試配7 流動性良好，凝結(jié)時間稍長（＞8h）；試配8 流動性良好，凝結(jié)時間合適（5～6h）。

3.3 試驗論證報告

商廟區(qū)間風(fēng)井回填采用該配比泥漿，截至目前，商廟區(qū)間左、右線均已順利穿越風(fēng)井。根據(jù)試驗報告，泥漿7 天強度大于1.0MPa，現(xiàn)場檢測稠度120～140mm，滿足施工需求。

設(shè)計結(jié)果如下：土：水泥：水=1：0.2：0.48，凝結(jié)時間：4.5h 左右。

4 施工試驗段

選取商廟區(qū)間右線815 環(huán)、824 環(huán)、834 環(huán)處為試驗段，815 環(huán)、824 環(huán)、834 環(huán)上方均為監(jiān)測點，目前商廟區(qū)間右線管片成型姿態(tài)良好，地表監(jiān)測數(shù)據(jù)正常；現(xiàn)場對管片頂部壁后注漿情況進行了檢查，管片壁后漿液充盈，滿足現(xiàn)場施工需求。

商廟區(qū)間右線1 132 環(huán)、1 141 環(huán)、1 151 環(huán)處為本次試驗段，1 132 環(huán)、1 141 環(huán)、1 151 環(huán)上方均為監(jiān)測點。

在盾尾后10 環(huán)范圍內(nèi)進行開孔驗證同步注漿情況，如不滿足進行二次注漿填充地層空隙，注漿材料采用雙液漿。注漿漿液采用雙液漿，根據(jù)雙液漿配比試驗，漿液凝固時間為1～2min，雙液漿的初步配比見表2。

表2 雙液漿漿液初步配比表

如圖2 所示，注漿自下而上進行，停止注漿判定標(biāo)準(zhǔn)如下：①若平均每孔注漿量大于0.5m3時，可停止注漿；②注漿壓力達到1MPa 時，可停止注漿；③若注漿過程中發(fā)現(xiàn)土倉壓力一直持續(xù)上升，則可能漿液通過盾殼串通至刀盤土倉內(nèi)，立即停止注漿并進行全面檢查。注漿完成后，打開上一環(huán)注漿孔進行注漿效果檢查，打開上部注漿孔，若注漿孔無流水及流砂現(xiàn)象，說明注漿已達到效果。若發(fā)現(xiàn)漏水漏沙現(xiàn)象，則從前兩環(huán)對應(yīng)位置再次進行補充注漿封堵，確保達到填充效果。

圖2 注漿孔位圖

5 結(jié)語

通過試驗，地表沉降、成型管片姿態(tài)數(shù)據(jù)均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，現(xiàn)場施工掘進參數(shù)正常，施工質(zhì)量可控。