盾构同步注浆配合比研究

张 琪

（中铁二十局集团第三工程有限公司,重庆 400065）

随着盾构法施工在中国地铁建设中的应用，同步注浆浆液由于其在防止地表变形、减少隧道沉降量、增加衬砌接缝的防水功能、改善衬砌受力状况、盾构纠偏等方面的作用，得到越来越多的重视，如何改善浆液性能，使之满足盾构施工的要求显得尤为重要。下面，就同步注浆各材料在浆液中所起到的作用进行论述。

在盾构施工过程中，随着盾构的推进，在管片和土体之间会出现建筑间隙。为了填充这些间隙，就要在盾构机推进的同时向管片背后及时注入浆液。同步注浆可以及时填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩体，能有效地控制地表沉降，还可增强隧道的防水能力。

成都地铁5 号线土建13 标南湖立交站—高峰站区间采用盾构法施工，区间由并行的上行线、下行线2 条隧道组成。区间右线全长1768.138m，左线全长1771.163m。盾构穿越地层基本为泥岩地层，始发接收端头部分地段为卵石土地层。正线先后下穿、侧穿两条高压燃气管、大湖堰桥台及大湖堰、人行天桥、电力隧道、牧华路节点立交等危险源。为了得到可以满足各种施工条件下的浆液配比，文章分析了各种原材料对浆液性能的影响。

1 注浆液性能指标

为了保证盾构掘进顺利进行，注浆液技术性能要满足以下要求：凝结时间满足施工需求；强度满足设计要求；流动性好；空隙填充效果好；倾析率低；无腐蚀性、环保。

2 正交试验方案

2.1 原材料

（1）水泥：P.O42.5R，四川星船城水泥股份有限公司。

（2）粉煤灰：Ⅱ级，眉山华庆建材科技有限公司。

（3）膨润土：钙基，200 目，三台县大予膨润土矿业有限公司。

（4）河砂：细度模数1.9，双流。

（5）水：生活用水。

2.2 同步注浆浆液技术指标

根据地质情况及以往施工经验总结，对浆液性能制定以下指标。

（1）稠度：10 ～14cm。

（2）初凝时间：4 ～10h，特殊情况可做适当调整。

（3）浆液稳定性：静置一定时间后不离析、不沉淀；倾析率小于5%。

（4）固结体强度：28d 不小于2.5Mpa。

2.3 试验过程

（1）试验方法。浆液稠度、凝结时间、固结体28d强度按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ/T 70-2009）进行测定。浆液倾析率，使用量筒量出定量浆液，静置若干时间等倾析出的水量保持稳定后，计算上层水的体积与浆液总体积之比。

（2）试验方法。

为了系统、准确地研究各材料用量对浆液性能的影响，在试验过程中只改变一种材料掺量，保持其他四种材料用量不变，采用正交试验方法进行16 组试验。正交试验设计因素对应水平如表1 所示。

表1 正交试验设计因素与水平 单位：kg/m3

2.4 试验结果与分析

（1）原材料用量对浆液稠度的影响。浆液稠度是浆液和易性最直观的一个体现，稠度合适才能保证注浆过程的顺利进行。原材料用量对浆液稠度的影响如图1所示。由图1 可以看出，随着水泥、粉煤灰、膨润土、砂用量的增加，浆液稠度呈现降低趋势，其中砂的影响尤为显著；随着用水量的增加，浆液稠度呈现增长趋势，且影响显著。

图1 原材料用量对浆液稠度的影响

（2）原材料用量对浆液初凝时间的影响。浆初凝结时间是衡量浆液质量的一个重要指标，初凝时间过短会造成填充效果不理想，而已容易造成堵管，初凝时间过长则会导致浆液不能及时的形成一定的早期强度，而且向周围土体渗透量大造成不必要的浪费。原材料用量对浆液初凝时间的影响如图2 所示。由图2 可以看出，随着水泥用量的增加，初凝时间显著降低；随着粉煤灰、膨润土用量的增加，初凝时间呈现不规则的趋势，且变化不明显；随着砂子用量的增加，初凝时间呈现递减趋势，变化较为明显；随着用水量的增加，初凝时间显著增长。

图2 原材料用量对浆液初凝时间的影响

（3）原材料用量对浆液倾析率的影响。浆液倾析率过大，会造成浆液离析、分层，在施工中容易造成堵管现象，浆液倾析率越小越好，因此如何降低浆液的倾析率成为盾构施工面临的一个普遍问题。原材料用量对浆液倾析率的影响如图3 所示。由图3 可以看出，增加水泥、粉煤灰、膨润土的用量，浆液的倾析率逐渐降低；而增加砂子、水的用量，浆液的倾析率呈现递增趋势。水泥可以增加浆液的凝聚力，将水锁定在浆液的内部，降低其倾析率。粉煤灰颗粒的反应活性低于水泥，在改善浆液泌水方面不及水泥，但是粉煤灰能改善浆液拌合效果，在一定程度上起到减水效果。

图3 原材料用量对浆液倾析率的影响

（4）原材料用量对浆液28d 抗压强度的影响。同步注浆浆液需要具有一定的强度，这样在填充到管片与围岩之间的空隙后，可以更好地使其成为一个整体，均匀受到外界压力，从而保证结构的稳定性。原材料用量对浆液28d 抗压强度的影响如图4 所示。由图4 可以看出，浆液28d 抗压强度随着水泥用量的增加，显著提高；随着粉煤灰、砂子用量的增加，呈现递增趋势；随着膨润土、拌合水用量的增加，呈递减趋势，其中拌合水对强度降低的影响更为突出。

图4 原材料用量对浆液28d 抗压强度的影响

3 结束语

通过以上试验可以看出，水泥在改变浆液的初凝时间、28d 抗压强度方面起着关键作用；粉煤灰、膨润土主要作用在于防止浆液离析、分层，在调节浆液的和易性，保证浆液的稳定性方面起着重要作用；砂子在浆液中构成骨架，对强度起到一定的作用，对稠度影响显著，砂用量越大稠度越小；水的用量应控制在一个合适的范围内，用量过大会造成浆液的强度降低、浆液流窜、泌水严重、收缩率变大等。