控制管片上浮的同步注浆浆液配合比优化

2014-01-31张细宝杨新安

建筑机械化 2014年5期

关键词：外加剂管片狮子

张细宝，杨新安，郭乐

(1.中铁五局（集团）有限公司电务城通工程公司，湖南长沙 410205；2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804)

管片上浮是盾构施工中普遍存在的问题。当管片脱离盾尾后，需及时进行同步注浆来填充盾尾间隙并使之尽快具有一定强度来防止管片上浮。

广深港客运专线狮子洋隧道通过的地层地质条件变化非常复杂，沉降不均，埋深大，水压大（0.65MPa），受地层暗流的冲刷侵蚀作用，同步注浆浆液易被水稀释，造成注浆材料结构破坏，严重时导致管片上浮，针对这种现象急需配制出性能更好的浆液用于施工。

1 浆液配合比优化

1.1 浆液优化配合比

采用室内试验方法对是否加减水剂以及减水剂类型、膨润土及其掺量、水胶比、胶砂比等多种组合进行了系统试验，根据试验结果可配制优化配合比后的浆液，其配合比为：水泥∶粉煤灰∶膨润土∶砂∶水∶WLH－031＝1∶3.12∶0.225∶8.14∶2.88∶0.017，配制高性能浆液以此配合比为基础制备基准浆液。

1.2 复合外加剂对浆液性能影响

试验采用WHT-1、膨润土、FDN-9000减水剂、葡萄糖酸钠、氨基磺酸盐等有机-无机组分复合技术设计了HPB系列高抗水分散、高效减水保塑复合外加剂，按不同配比制备5组不同复合外加剂（表1），再将其掺入已制备好的基准浆液进行浆液性能实验，实验内容及结果见表2。

表1 复合外加剂组成及掺量

从实验结果可知，HBP复合外加剂能延长凝胶时间，流动度较大，其中HBP-2、HBP-4、HBP-5的流动经时损失小，保塑性较好。从浆液的坍落度和稠度可以看出，掺入HBP-4和HBP-5的浆液稠度在9～10.5cm之间，坍落度在3～4cm之间，满足控制管片上浮的要求；从减水率和泌水率可看出HBP复合外加剂对水泥有很好的相容性；pH值、水陆强度比数据表明采用有机-无机技术研制的复合外加剂可以发挥其絮凝、聚合、减水、保塑等功能，增强浆液的抗水分散性能；强度数据也表明复合外加剂对浆液强度没有负效应。因此HBP复合外加剂具有高抗水分散、高效减水、保塑多重功效，能满足高水压饱水背衬注浆材料的性能要求。综上分析认为HBP-5复合外加剂的抗水分散性能和减水保塑性能最好，用其配制的浆液呈现“膏”状，能有效控制管片上浮。HBP-5掺量对浆液性能影响实验结果如表3所示。浆液流动度随HBP-5掺量的增加而增大，当掺量达到一定程度时，其抗水分散能力提高幅度将不明显，因此HBP-5复合外加剂的掺量在1.0%为宜。

1.3 高性能浆液配合比

高性能浆液配合比见表4。稠度、坍落度能较好地反映浆液的粘稠度指标，如浆液达到“膏”状特性，则浆液的压注性和防止管片上浮能力较好，从表5的实验结果可知，PU2、PU3、PU4、PU5具有这样的特性。

1.4 现场实验浆液配合比

由于盾构隧道同步注浆材料的性能受围岩条件、盾构施工形式、施工条件、价格等多种因素的影响，所以在施工前针对狮子洋隧道地层地段进行分析，通过大量室内与现场试验对比，选择2组适合狮子洋隧道现场施工条件的同步注浆浆液配合比进行比选，见表6、表7。

配合比1可用于软基地层和自稳性较差的岩层，尤其适用于狮子洋隧道大部分地层，配合比2为针对狮子洋隧道埋深大，水压大的特点而专门研制的高性能水下不分散背衬注浆材料，防止管片上浮能力好，最终选择配合比2用于狮子洋隧道施工。

表2 复合外加剂对浆液性能影响实验结果

表3 HBP-5掺量实验结果

表4 高性能浆液配合比

表5 高性能浆液坍落度和稠度实验结果

表6 现场实验浆液配合比

表7 现场实验浆液配合比性能

2 配合比优化后的浆液对管片上浮的影响

同步注浆浆液优化之前，狮子洋隧道DIK34+660～DIK34+860区间隧道管片发生了上浮，从图1可知右线511～547环管片累计上浮量大，最大上浮量接近90mm，平均上浮量在70mm左右，盾构掘进与最终成形隧道不在一条曲线上。550～598环采用配合比2所配制浆液施工后管片累计上浮量明显减小，最大上浮量为20mm，平均上浮量在17mm左右。

由图2、图3可见，500～550环管片注浆量在15～18m3，注浆率在114%～136%；550～598环采用配合比2所配制浆液进行同步注浆施工后注浆量在14～16m3，注浆率在106%～121%。500～550环管片注浆量较550～598环管片多，并且在管片脱出盾尾后上浮量明显减小。这是因为500～550环管片区域单位涌水量相对偏大，透水性强，浆液被稀释或被冲刷，使得衬砌背后环形空间的浆液量小于理论浆液量，充填量不足。配合比优化后的浆液抗水分散性、保塑性好，能够及时填充盾尾间隙而不易被水稀释冲刷，有效控制了管片上浮。