多功能增塑开放剂在地铁盾构同步注浆中的应用研究

杨显维，田 镇

（天津城建集团有限公司，天津 300373）

地铁隧道盾构法管片环外同步注浆材料，虽然也是一种水泥砂浆，但不同于一般建筑工程上所用的砌筑砂浆或抹面砂浆等预拌砂浆[1]，需要较高的稳定性和流动性，适宜的经时损失和凝结时间。王晓霞等[2]针对不同地层提供不同浆液配合比，进行同步注浆，在自稳能力较强且基本无涌水的地层，应选用凝胶时间较长浆液配合比，增加浆液的流动性，以利于获得均匀的充填效果；在自稳能力较差的地层中，应选用凝胶时间较短的浆液配合比，尽快获得注浆体的固结强度，防止盾尾孔隙内的岩壁塌陷造成地层损失，确保管片的早期稳定性；在地层有较大涌水的情况下，应选用保水性强、凝胶时间较短的浆液配合比。在盾构始发和到达地段，总体上要求缩短浆液凝胶时间，以便在填充地层的同时能尽早获得浆液固结强度，保证开挖面安全并防止从洞口处漏浆。肖立[3]的研究指出，增加膨润土的含量可以降低浆液的泌水率；降低粉煤灰的含量可以降低浆液的流动性；高效减水剂使砂浆流动性增大，特别是对加膨润土的砂浆来说更有意义，效果更明显。

本文根据盾构施工经验，应用增塑开放剂优化设计浆液配合比，利用试验室仪器设备，对同步注浆浆液的性能进行试验研究，分析增塑开放剂对同步注浆浆液性能的影响。

1 试验材料与方案

1.1 同步注浆

1.1.1 浆液材料

根据以往现场搅拌浆液的经验，结合商品混凝土（砂浆）搅拌站生产实际，确定了同步注浆浆液所用原材料并进行了试验室检测。

1）砂（S）。选用天选用天然细砂，产地河北遵化。见表1。

表1 细砂技术指标

2）粉煤灰（F）。选用天津军粮城电厂的F类Ⅱ级粉煤灰。见表2。

表2 煤灰技术指标 %

3）水泥（C）。选用普通硅酸盐42.5水泥，厂家为金隅集团，主要技术指标见表3。

表3 水泥技术指标

1.1.2 浆液指标

同步注浆浆液的性能指标一般会在设计图说明部分给出，结合以往工程实践和经验，主要性能应满足下列指标[4]：

1）浆液稠度一般为8～12 cm；

2）考虑搅拌站集中生产浆液，包括运输路途、现场等待等时间，开放时间确定为3～10 h；

3）抗压强度根据设计要求执行。

1.2 复合外加剂技术指标

外加剂为一种多功能盾构砂浆增塑剂（HX-Y）。见表4。

表4 多功能盾构浆液增塑剂技术指标

2 增塑开放剂对注浆浆液性能影响

以水泥、粉煤灰和膨润土的总量计算增塑开放剂在同步注浆浆液中的掺量，试验不同掺量下浆液的表现。浆液稠度与分层度值均随塑开放剂掺量的增大而改变，掺量越大分层度值越小。见表5。

表5 不同掺量下的浆液稠度和分层度

3 掺加增塑剂的同步注浆液性能研究

3.1 浆液配合比设计

利用正交设计，调整配合比中水泥、粉煤灰和膨润土的比例。见表6和表7。

表6 不同浆液配比稠度和分层度

表7 不同浆液配比抗压强度结果

配合比②各项性能指标良好，决定选择其作为后续系列试验的基准配合比。

3.2 不同用水量下的浆液性能

用水量不影响掺加增塑开放剂注浆浆液的抗压强度，但对出机稠度和分层度有影响。随着用水量的增加，浆液的稠度和分层度增大。见表8和表9。

表8 不同用水量浆液配比稠度和分层度

表9 不同用水量浆液配比抗压强度

3.3 不同厂家水泥、粉煤灰的浆液性能

分别选用⑦唐山冀东水泥、⑧北京金隅振兴水泥和⑨山水水泥、⑩大港电厂粉煤灰、⑪军粮城电厂粉煤灰、⑫北疆电厂粉煤灰，进行试验研究。见表10和表11。

表10 不同厂家水泥浆液配比稠度和分层度

表11 不同厂家粉煤灰浆液配比稠度和分层度

4 结论

1）多功能增塑开放剂在同步注浆浆液中作为分散剂、减水剂、缓凝剂，随着掺量增加，分层度值减小。

2）用水量变化不影响增塑开放剂注浆浆液的抗压强度，但对出机稠度和分层度有影响，随着用水量的增加，浆液的稠度和分层度也随之增大。

3）在掺加多功能增塑开放剂的注浆浆液体系中，不同厂家水泥和粉煤灰对多功能增塑开放剂注浆浆液性能影响不大。