富水地層盾構(gòu)施工同步注漿漿液抗水沖分散性分析

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王 靜

富水地層盾構(gòu)施工同步注漿漿液抗水沖分散性分析

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王 靜

同步注漿是在盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)，盾尾脫離管片后，管片背面出現(xiàn)超挖的空隙，為避免造成地層變形，對鄰近構(gòu)造物造成破壞性影響，而在盾尾脫離后，在管片背面填充固結(jié)性漿液的一種比較先進(jìn)的施工方法。這種施工方法要求注漿有較高的穩(wěn)定性和流動(dòng)性。對于滲透系數(shù)大的富水地層，同步注漿要求漿材具有能快速充填，保水性強(qiáng)，不離析，傾析率小，注入后不易被地下水稀釋掉等性能，而且須保證后期達(dá)到應(yīng)有的強(qiáng)度。因此在富水地層盾構(gòu)施工中，同步注漿材料須有適宜的凝結(jié)時(shí)間，較小的析水率，較強(qiáng)的抗水沖分散性等。本文，筆者通過試驗(yàn)分析同步注漿材料對同步注漿漿液抗水沖分散性的影響，為提高富水地層同步注漿質(zhì)量提供借鑒。

一、試驗(yàn)材料的選用

1. 材料性能要求。地鐵隧道盾構(gòu)法管片環(huán)外同步注漿材料（水泥砂漿），不同于一般工程上所用的砌筑砂漿或抹面砂漿。因此盾構(gòu)法要求注漿用水泥砂漿須具備良好的穩(wěn)定性和流動(dòng)性。富水地層同步注漿漿液的主要性能應(yīng)滿足下列指標(biāo)。

（1）膠凝時(shí)間一般為3～10h。

（2）固結(jié)體強(qiáng)度一天不小于0.15MPa，28天不小于1.5 MPa。

（3）漿液結(jié)石率＞95%，即固結(jié)收縮率＜5%。

（4）漿液稠度8～12cm。

（5）漿液穩(wěn)定性。傾析率（靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比）小于5%；達(dá)到拌和靜置72h后不發(fā)生分層、離析與板結(jié)現(xiàn)象。

2. 材料組成。參考我國富水或類似地層隧道同步注漿材料配比，選擇主要由水泥、粉煤灰、膨潤土（膠化黏土）及砂等組成的單液類活性水泥砂漿注漿材料。

（1）水泥。都江堰拉法基水泥 P.O 32.5R。細(xì)度2.29%；標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量24.60%，28天抗折8.6MPa；28天抗壓43.4MPa。

（2）砂。普通河砂，砂的含水率為4.42%，砂的模數(shù)為1.41，為特細(xì)砂；容重1 100～1 200kg/m3，含泥量為6%。

（3）粉煤灰。Ⅱ級粉煤灰，含水率為0.6%。

（4）膨潤土。200目鈣基土，含水率為4%。

（5）增效劑。試驗(yàn)中加入的一些外加劑，如微膨脹劑、促凝劑等；具有增加漿液的和易性、保水抗?jié)B性能、飽滿度等效果。

3. 材料計(jì)量。

（1）各種材料均按質(zhì)量計(jì)量，水和液體摻加劑也可按容積計(jì)量。

（2）稱量精度。水泥與水為±0.3%，骨料為±0.5%。

（3）已稱量的骨料在攪拌之前其含水量不得散失。

二、抗水沖分散試驗(yàn)方案

1. 實(shí)驗(yàn)條件控制。

（1）實(shí)驗(yàn)室的溫度應(yīng)保持在（20±3）℃，制備混凝土的各種材料的溫度應(yīng)與實(shí)驗(yàn)室的溫度相同。

（2）水泥應(yīng)密閉于防潮容器中，水泥如有結(jié)塊應(yīng)用0.9mm篩子進(jìn)行篩分，去掉篩余。

2. 儀器設(shè)備?；炷翑嚢铏C(jī)容量為50～100L，自落式攪拌。拌和鋼板平面尺寸不小于1 500mm×2 000mm，厚5mm左右。托盤天平稱量1kg，感量0.5g。

3. 具體步驟。砂漿抗水分散試驗(yàn)參照《水下不分散混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T5117-2000）進(jìn)行。將 300m l的新拌砂漿注入1000m l的純凈水中后，靜置5m in，采用精確pH試紙測量上層清水的pH值。將 70.7mm×70.7mm×70.7mm的砂漿試模放入水池中，使水面高出模具 20cm，然后用導(dǎo)管將砂漿注入模具中，砂漿從模具中溢出后，將模具取出水池進(jìn)行振動(dòng)成型，然后標(biāo)養(yǎng)至規(guī)定齡期進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，按這種方法測試的強(qiáng)度為砂漿的水中強(qiáng)度按JGJ70-90《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》中抗壓強(qiáng)度方法測試的強(qiáng)度為砂漿的陸地強(qiáng)度。水陸強(qiáng)度比則為同一配比砂漿在兩種不同條件下成型后同一齡期的強(qiáng)度比值，該比值可以定量判斷砂漿的抗水分散性能。一般認(rèn)為當(dāng)砂漿水陸強(qiáng)度比大于0.8時(shí)，則該砂漿具有優(yōu)良的抗水分散性能。初步采用水泥摻量40～260 kg，粉煤灰摻量200～500 kg；膨潤土摻量70～80 kg，砂摻量200～1 400 kg，水摻量200～500 kg的組配合比進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)檢測。

三、試驗(yàn)結(jié)果分析

圖1和圖2為不同水泥及膨潤土摻量下，砂漿的抗水沖分散關(guān)系。根據(jù)下圖的數(shù)據(jù)可以得出：在水泥摻量較少時(shí)隨著水泥量的增大，該砂漿的抗水沖分散性能呈略微提高趨勢，過大時(shí)此性能有可能略微降低；隨著膨潤土的摻量增大，該砂漿的抗水沖分散性能呈提高趨勢，但當(dāng)膨潤土摻量過大時(shí)該項(xiàng)性能有所降低，膨潤土摻量存在一個(gè)最佳值，約為2.9%（約50kg）左右。

四、試驗(yàn)結(jié)論

在水泥摻量較少時(shí)隨著水泥量的增大，砂漿的抗水沖分散性能呈略微提高趨勢；加入膨潤土摻量最佳值約為2.9%左右，砂漿的抗水沖分散性能得到穩(wěn)定提高，能顯著地改善砂漿抗水沖分散性能，但摻量過大會使同步注漿漿液的流動(dòng)性降低，對砂漿強(qiáng)度不利。