高妮　何文敏　郭博

摘要：文章以綜述的形式闡述了高鐵隧道二次襯砌用注漿劑的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，首先對(duì)襯砌用注漿料的發(fā)展進(jìn)行了闡述，分析了目前國內(nèi)注漿料存在的主要問題，總結(jié)了后期發(fā)展的趨勢，為今后注漿料等相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考依據(jù)。

Abstract： In this paper， the development status and trend of grouting agent for secondary lining of high-speed railway tunnel at home and abroad are summarized. Firstly， the development of grouting material for lining is described， the main problems of grouting material in China at present are analyzed， and the development trend in later period is summarized， which provides reference for the research of grouting material and other related fields in the future.

關(guān)鍵詞：高鐵隧道;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

Key words： high speed railway tunnel;development status;development trend

中圖分類號(hào)：U455.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）05-0167-02

0? 引言

我國高鐵里程位居世界第一，占世界高鐵總里程的60%以上，未來我國的高鐵項(xiàng)目仍在不斷加快建設(shè)之中。然而，由于種種原因，運(yùn)營鐵路隧道時(shí)有開裂、掉塊、滲漏水等病害發(fā)生，成為鐵路安全運(yùn)營的最大威脅。在隧道襯砌混凝土灌注過程中，由于施工工藝差，噴射混凝土層平整度不夠等原因，造成防水板鋪設(shè)凸凹不平，防水板的脫落、混凝土振搗不密實(shí)、管理不到位以及人為判釋錯(cuò)誤等原因，常會(huì)出現(xiàn)拱頂襯砌局部厚度不足現(xiàn)象，從而引發(fā)拱頂襯砌脫空、空洞、開裂等質(zhì)量缺陷。由于這種空隙缺陷的存在，會(huì)導(dǎo)致圍巖松弛、襯砌荷載增大、地表下沉增加等問題，在列車運(yùn)行的“活塞效應(yīng)”下，襯砌混凝土就可能出現(xiàn)從開裂發(fā)展到掉塊的危險(xiǎn)，從而危及列車的行車安全。為提高鐵路隧道襯砌質(zhì)量，避免隧道拱頂出現(xiàn)空洞，當(dāng)前我國的做法是：拱頂混凝土澆筑完成后，在隧道襯砌與防水板間的脫空區(qū)，借助高壓注漿泵注入水泥凈漿。雖然水泥凈漿流動(dòng)性好，但易分層離析，硬化后收縮大，強(qiáng)度不均勻，填筑后襯砌仍然存在很大的質(zhì)量問題。因而，如何使注漿材料在保證流動(dòng)性和泵送性的同時(shí)，又具有一定的微膨脹性、較高的早期強(qiáng)度和28d強(qiáng)度、較好的抗?jié)B性以及與襯砌混凝土之間具有良好的結(jié)合性能，是當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問題。

1? 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外學(xué)者對(duì)注漿材料的研究較早，1802年法國人開辟了注漿施工的先河[1]，到20世紀(jì)40年代各種注漿材料相繼問世，注漿材料的研究應(yīng)用及發(fā)展達(dá)到鼎盛時(shí)期[2]。由于水泥基注漿材料強(qiáng)度比較高、耐久性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)而逐漸得到青睞。國外學(xué)者對(duì)水泥基注漿材料的制備、性能研究、機(jī)理分析等方面做的工作相對(duì)較多，Kamal H.Khayat[3]通過試驗(yàn)得出結(jié)論：在水泥基注漿材料中加入水溶性聚合物增稠材料可以改善其和易性，從而改善耐久性和力學(xué)性能;M.Sahmaran和N.Zkan[4]等人通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在水泥基注漿材料中加入天然的浮石粉能改善其流變性能;M.Jamal Shannag[5]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在水泥基注漿材料中摻加礦物摻合料和超塑化劑可以提高其工作性、耐久性、體積穩(wěn)定性和強(qiáng)度;Lee Jaehyun[6]等通過在實(shí)際施工現(xiàn)場進(jìn)行的人工水玻璃（LW）灌漿，研究了高CaO粉煤灰和硫酸鹽激發(fā)劑對(duì)無膠結(jié)灌漿材料的影響。

我國對(duì)注漿材料和注漿技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展速度迅猛，某些方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平[7]。特別是有機(jī)外加劑的廣泛應(yīng)用，對(duì)水泥基注漿材料向高性能發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。

1987年，中國建材研究院[8]在研究膨脹劑的基礎(chǔ)上研制成功無收縮超早強(qiáng)二次注漿系列產(chǎn)品，主要由高強(qiáng)膠結(jié)材料、膨脹劑、流化劑、調(diào)凝劑和石英砂復(fù)配而成。1990年，為完成冶金部、建設(shè)部下達(dá)的“設(shè)備注漿料系列產(chǎn)品研究”任務(wù)，冶金建筑研究總院研制成功CGM注漿材料。2016年，中鐵十一局[9]研制出一種新的拱頂帶模注漿充填材料，主要由P·O42.5普通硅酸鹽水泥、石英砂、摻和料、聚羧酸減水劑以及輔助材料等組成。豆瑩瑩[10]等采用正交試驗(yàn)方法，以工作性、力學(xué)性能和體積穩(wěn)定性等作為評(píng)價(jià)因素，設(shè)計(jì)了一種高性能聚合物水泥基灌漿材料，并研究了各原材料對(duì)灌漿材料性能的影響?？芗蚜羀11]等選用32.5R復(fù)合硅酸鹽水泥作為主要膠凝材料，通過正交試驗(yàn)，研究了水膠比、膠砂比、粉煤灰、硅灰、膨脹劑和減水劑對(duì)水泥基灌漿料基本力學(xué)性能的影響，得到的一種新型注漿料的材料。

2? 目前存在的主要問題

2.1 國內(nèi)單方面降低原材料成本，導(dǎo)致注漿料質(zhì)量降低

我國從上世紀(jì)九十年代初開始引進(jìn)國外注漿料，但因注漿料的價(jià)格較國內(nèi)高，導(dǎo)致成本增加，因此，國產(chǎn)注漿料慢慢取代了國外注漿料。雖然國產(chǎn)的注漿料較國外的注漿料成本低，價(jià)格是國外注漿料的三分之一，具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢，但是在注漿料的質(zhì)量方面要次于國外。主要表現(xiàn)在拌和的注漿料流體效應(yīng)較差，攪拌過程中有小氣泡產(chǎn)生，從而對(duì)注漿料的強(qiáng)度造成一定的影響，國內(nèi)注漿料的早期強(qiáng)度僅是國外注漿料早期強(qiáng)度的一半。這對(duì)于工程施工、進(jìn)度以及質(zhì)量帶來一定的負(fù)面影響。

影響注漿料質(zhì)量的主要因素還是注漿料配制的原材料，國外注漿料中的水泥基本都采用52.5硅酸鹽水泥，而國內(nèi)注漿料中的水泥基本采用42.5硅酸鹽水泥，水泥品質(zhì)的差異是造成國內(nèi)注漿料與國外注漿料在強(qiáng)度方面差異較大的主要原因之一。國內(nèi)和國外注漿料中所用的減水劑在減水效果上也有較大的差異，國外注漿料中所用減水劑的減水率比國內(nèi)的減水率要高，這對(duì)于注漿料的強(qiáng)度也有一定的影響。另外，注漿料中所使用的保塑成分也有一定的因素，國外注漿料中的保塑成分一般是采用高分子有機(jī)物，而國內(nèi)注漿料中的保塑成分一般是木鈣、糖鈣類。所以國內(nèi)注漿料的保塑成分加入量要控制好，加入過多會(huì)使注漿料的凝結(jié)時(shí)間較長，拌合后會(huì)產(chǎn)生較多的氣泡，早期強(qiáng)度也不足;加入過少則會(huì)導(dǎo)致注漿料的保塑時(shí)間較短，達(dá)不到施工工藝要求。

2.2 注漿料生產(chǎn)工藝復(fù)雜、性能差

目前市面上的大部分產(chǎn)品由普通硅酸鹽水泥、超細(xì)摻和料、聚羧酸減水劑、微膨脹劑、硅砂等組成，經(jīng)均勻復(fù)合以后將混料裝入塑封袋內(nèi)，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行澆筑。由于生產(chǎn)工藝、材料性能等各方面原因，使得普通水泥基注漿材料性能較差。

2.2.1 體積收縮較大? 注漿砂漿的體積收縮會(huì)引起一定的微裂紋，導(dǎo)致粘結(jié)層與注漿材料之間粘結(jié)程度不夠，造成耐久性降低，抗化學(xué)和物理侵蝕的能力降低。此外，大部分注漿劑由普通水泥制成，當(dāng)水灰比過大時(shí)，造成強(qiáng)度低、泌水嚴(yán)重等現(xiàn)象，灌后出現(xiàn)殘留裂縫，后期可能引起滲漏通道。

2.2.2 產(chǎn)品穩(wěn)定性差、保質(zhì)期短? 由于目前所使用的注漿料，大部分是由膠凝材料、超細(xì)摻和料、減水劑、微膨脹劑、硅砂等組成的混合料包，這些料包運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后加水拌和，制備成注漿砂漿，然而料包中的普通硅酸鹽水泥的保質(zhì)期只有3個(gè)月，3個(gè)月后要取樣重新試驗(yàn)，凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等性能變差，不能正常使用，只能降級(jí)使用，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。更有采用早強(qiáng)水泥的案例，而早強(qiáng)水泥的保質(zhì)期只有45d，故產(chǎn)品的保質(zhì)期只有45d。隧道拱頂施工對(duì)注漿料需求量不像混凝土一樣巨大，考慮生產(chǎn)成本、工期等因素，多數(shù)施工單位一次采購注漿材料量大，長期存放，超過保質(zhì)期，拱頂注漿材料的性能不穩(wěn)定，導(dǎo)致施工效果較差。

2.2.3 產(chǎn)品生產(chǎn)廠房占地面積大、生產(chǎn)設(shè)備昂貴? 根據(jù)調(diào)研，以某型干混砂漿自動(dòng)生產(chǎn)線及配套運(yùn)輸設(shè)備為例，年產(chǎn)30萬噸，注漿材料生產(chǎn)線項(xiàng)目投資見表1，設(shè)備總投資額為1500萬。除此之外，還需生產(chǎn)人員30-60人。因此，產(chǎn)品生產(chǎn)廠房占地面積大、生產(chǎn)設(shè)備昂貴，導(dǎo)致成本增加。

3? 今后發(fā)展趨勢

前面的研究都給施工帶來了很大的方便，提高了施工質(zhì)量，但由于一步注漿工藝，運(yùn)輸成本高，材料儲(chǔ)存時(shí)間短等特點(diǎn)，極大地提高了工程造價(jià)。因此，如何在降低成本的基礎(chǔ)上，選擇合適的原材料和設(shè)備，設(shè)計(jì)合理的施工工藝以保證注漿質(zhì)量，是目前亟待解決的關(guān)鍵問題。

3.1 繼續(xù)探索新的注漿料產(chǎn)品

目前關(guān)于注漿料的研究相對(duì)已經(jīng)成熟，國內(nèi)的幾個(gè)品牌的產(chǎn)品已經(jīng)能夠滿足施工要求，并能保證應(yīng)用性能，但是如何在降低成本的前提下，研發(fā)性能優(yōu)異的注漿料將是后期工作的重點(diǎn)。

3.2 改善注漿劑生產(chǎn)工藝

目前水泥基注漿料性能的影響因素多，涉及到的原材料品種多，配方復(fù)雜，注漿料必須先將砂烘干，然后與除水外的所有其它材料混合均勻，分包后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，與水混合均勻后泵送使用?；旌狭线\(yùn)輸量大，而且注漿料包的保質(zhì)期有限，后期研究中可根據(jù)各摻和料特點(diǎn)，復(fù)配出一種外加劑料包，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后，根據(jù)現(xiàn)場砂石材料特點(diǎn)，再摻加適當(dāng)?shù)哪z凝材料，配制出帶模注漿砂漿，通過簡單調(diào)試后就能滿足現(xiàn)場施工需求。外加劑料包獨(dú)立包裝，降低了現(xiàn)場調(diào)試難度，隨用隨拌注漿料，不僅可以減少浪費(fèi)，延長了材料使用壽命。同時(shí)由于水泥、砂子采用現(xiàn)場材料，將大大延長外加劑料包的存放周期，降低因材料過期而造成的產(chǎn)品質(zhì)量問題。

3.3 改善注漿劑生產(chǎn)設(shè)備

可借鑒混凝土生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)自動(dòng)化粉體混合一體機(jī)，確定了注漿劑配比后，引用粉體混合自動(dòng)化生產(chǎn)線，自動(dòng)計(jì)量配料、混合、包裝，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)注漿劑料包生產(chǎn)。

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