富水地層盾構施工同步注漿漿液抗水沖分散性分析

陜西鐵路工程職業技術學院 王 靜

富水地層盾構施工同步注漿漿液抗水沖分散性分析

陜西鐵路工程職業技術學院 王 靜

同步注漿是在盾構掘進施工時，當盾構推進，盾尾脫離管片后，管片背面出現超挖的空隙，為避免造成地層變形，對鄰近構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性漿液的一種比較先進的施工方法。這種施工方法要求注漿有較高的穩定性和流動性。對于滲透系數大的富水地層，同步注漿要求漿材具有能快速充填，保水性強，不離析，傾析率小，注入后不易被地下水稀釋掉等性能，而且須保證后期達到應有的強度。因此在富水地層盾構施工中，同步注漿材料須有適宜的凝結時間，較小的析水率，較強的抗水沖分散性等。本文，筆者通過試驗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量提供借鑒。

一、試驗材料的選用

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

（1）膠凝時間一般為3～10h。

（2）固結體強度一天不小于0.15MPa，28天不小于1.5 MPa。

（3）漿液結石率＞95%，即固結收縮率＜5%。

（4）漿液稠度8～12cm。

（5）漿液穩定性。傾析率（靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比）小于5%；達到拌和靜置72h后不發生分層、離析與板結現象。

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。細度2.29%；標準稠度用水量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%，砂的模數為1.41，為特細砂；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、保水抗滲性能、飽滿度等效果。

3. 材料計量。

（1）各種材料均按質量計量，水和液體摻加劑也可按容積計量。

（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、抗水沖分散試驗方案

1. 實驗條件控制。

（1）實驗室的溫度應保持在（20±3）℃，制備混凝土的各種材料的溫度應與實驗室的溫度相同。

（2）水泥應密閉于防潮容器中，水泥如有結塊應用0.9mm篩子進行篩分，去掉篩余。

2. 儀器設備。混凝土攪拌機容量為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。砂漿抗水分散試驗參照《水下不分散混凝土試驗規程》（DL/T5117-2000）進行。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，將模具取出水池進行振動成型，然后標養至規定齡期進行抗壓強度試驗，按這種方法測試的強度為砂漿的水中強度按JGJ70-90《建筑砂漿基本性能試驗方法》中抗壓強度方法測試的強度為砂漿的陸地強度。水陸強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度比值，該比值可以定量判斷砂漿的抗水分散性能。一般認為當砂漿水陸強度比大于0.8時，則該砂漿具有優良的抗水分散性能。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的組配合比進行系統試驗檢測。

三、試驗結果分析

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系。根據下圖的數據可以得出：在水泥摻量較少時隨著水泥量的增大，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，但當膨潤土摻量過大時該項性能有所降低，膨潤土摻量存在一個最佳值，約為2.9%（約50kg）左右。

四、試驗結論

在水泥摻量較少時隨著水泥量的增大，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性降低，對砂漿強度不利。