土压平衡盾构施工隧道注浆浆液配比研究与应用

2018-12-06黄荆溪

山西建筑 2018年31期

黄荆溪

(华中师范大学第一附属中学，湖北武汉 430223)

0 引言

盾构法施工须考虑实际工程地质条件，才能保证隧道施工的质量和安全。针对实际工程中不同的地质条件如粘土、粉质粘土、含角砾粘性土、角砾等，需要采取相应的同步注浆浆液配合比。目前，通过对同步注浆浆液进行分析研究，发现其存在抗水分散性、填充性、流动性、稳定性较差；凝结时间无法进行控制，容易堵塞管道等问题。本文充分考虑某实际工程的地质条件，利用正交试验方法，研究了浆液的各原材料对浆液的稠度、7 d抗压强度、初凝时间的影响规律，对浆液的配合比进行不断的优化，确定注浆效果和经济效益最好的注浆配合比和注浆量，为隧道注浆施工提供了参考依据。

1 浆液性能要求

为了实现盾尾同步注浆满足施工要求的目的，盾尾注浆浆液必须达到以下几个条件[1-4]：

1)浆液凝结时间恰当，有较好的和易性；

2)可以充分地填充管片与地层间的空隙；

3)浆液不会腐蚀注浆设备和管道结构，并易清洗；

4)浆液无公害，材料来源丰富、价格低廉。

2 实验材料及方法

2.1 浆液的技术指标

1)稠度：10 cm～12 cm；

2)7 d抗压强度：28 d不小于2.5 MPa；

3)初凝时间：一般为9 h～11 h。

2.2 实验项目及材料

实验项目：稠度、7 d抗压强度、初凝时间。

实验材料：42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰(Ⅱ级)、膨润土、砂(细度模量1.6～2.2的细砂，粒径为0 mm～4 mm)、水(生活用水)。

2.3 正交试验方案设计

以施工中实际采用的同步注浆配比为基础，全面研究了浆液

各原材料对浆液性能的影响规律。本文采用正交试验设计方法进行研究，具体取值见表1。

表1 正交试验方案 kg/m3

3 实验结果及其分析

通过研究浆液各组成成分取不同掺入量时对浆液的稠度、7 d抗压强度、初凝时间三个指标的影响规律，进而评估浆液工作性能，具体实验结果见图1～图3。

3.1 各原材料的掺量对其稠度的影响

稠度是指浆体在自重力或外力作用下是否易于流动的性能，其大小用沉入量(mm)表示。稠度大则浆液稀、流动性好，注浆施工时浆液容易在施工区域内流动，但可能会产生严重的泌水现象，体积收缩比大，固化后的形态会受到影响。稠度小则浆液稠、流动性差，不利于浆液在注浆管道内的泵送[5]。

从图1可见，水泥掺量对稠度的影响最大，其次是粉煤灰和膨润土掺量对稠度的影响，这两者的影响程度几乎相同。砂的掺量对稠度的影响很小，在调节稠度的过程中，可以不予考虑。稠度随着水掺量的增加呈直线上升趋势。因此调整稠度的主要因素是水泥和水的掺量，其次是粉煤灰和膨润土。如果想要适当提高稠度，可在保证泌水率、7 d强度、初凝时间的基础上，可以适当减少水泥、粉煤灰、膨润土的掺量或增加水的掺量。

3.2 各原材料的掺量对7 d抗压强度的影响

浆体经过一定时间固化后，应具有一定的抗压强度，可以在管片与土壤之间形成过渡区，减小管片的应力和变形，确保隧道结构稳定，并减少隧道渗水。

从图2中可以看出，随着水泥掺量的增加，7 d抗压强度几乎呈直线增长。水泥浆体中掺加粉煤灰，不利于水泥浆体早期强度的发展,随着水泥水化龄期的延长，粉煤灰的火山灰效应逐渐显现，后期强度优势明显。而膨润土对强度影响不大。砂掺量增大，7 d抗压强度先增大后减小，砂子作为浆液的骨料，砂粒之间的摩擦增大了浆液的剪切角，使得浆液抗压强度增大，但随着砂掺量的增大，砂粒没有足够的水泥浆包裹，使得浆体粘聚力降低，抗压强度减小水泥掺量对7 d抗压强度的影响较明显，是调整强度的主要因素。

3.3 各原材料的掺量对浆液初凝时间的影响

同步注浆浆液需要具备合适的凝结时间，凝结时间过长可能导致在凝结过程中受土层的渗水会越来越多，影响强度收缩等指标[5]。

从图3可以看出，随着水泥掺量的增加，初凝时间明显减小。如果增加粉煤灰的掺量，初凝时间将有所波动，但波动幅度不大。由于膨润土具有粘结性和可塑性，这对浆体的固化是有利的，所以随着膨润土掺量的增加，初凝时间有所降低。随着砂掺量的增加，初凝时间先减小后增大，但波动幅度也不是很大，处于一个稳定区间。水掺量增加时，凝结时间会明显增加。所以，为了减少凝结时间，就需要适当增加水泥掺量或者减小水的掺量。