新型同步注漿材料在盾構(gòu)隧道中的應(yīng)用

楊文杰

摘要：同步注漿在盾構(gòu)隧道中具有非常重要的作用。盾構(gòu)隧道如果出現(xiàn)上浮則極易導(dǎo)致隧道的管片錯(cuò)臺(tái)或破損滲漏等病害問(wèn)題，整個(gè)建筑工程的承載量以及基本質(zhì)量都會(huì)受到損害。因此重視同步注漿設(shè)備以及材料的更新，將盾構(gòu)隧道建設(shè)中的管片以及開(kāi)挖面之間存在的空隙進(jìn)行合理的控制，進(jìn)而保證隧道的上浮量降低，從而提升成型隧道的基本質(zhì)量。

Abstract： Synchronous grouting plays a very important role in shield tunnel. If the shield tunnel rises， it will easily lead to the problem of the faulty or damaged leakage of the tunnel， and the bearing capacity and basic quality of the entire construction project will be damaged. Therefore， the importance of synchronous grouting equipment and material renewal is emphasized， and the gap between the segment and the excavation face in the construction of the shield tunnel is reasonably controlled， thereby ensuring the reduction of the floating amount of the tunnel and improving the basic quality of the formed tunnel.

關(guān)鍵詞：新型同步注漿材料；盾構(gòu)隧道；應(yīng)用探究

Key words： new synchronous grouting material；shield tunnel；application and exploration

中圖分類號(hào)：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）29-0206-02

0 引言

盾構(gòu)隧道施工階段管片出現(xiàn)上浮已經(jīng)成為業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，我國(guó)不少學(xué)子以及專家都相應(yīng)的展開(kāi)了研究，比方說(shuō)通過(guò)對(duì)管片施工的工期對(duì)管片上浮的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析得出，如果建筑材料中非膠凝材料的摻量不變，那么其他材料如石灰、水、顆粒物等之間比例變化，那么形成的漿液的強(qiáng)度也會(huì)隨之變化。其中在非膠凝材料之外的其他材料比率降低的情況下，初凝的時(shí)間縮短這時(shí)候管片的上浮量就會(huì)減少。在這種實(shí)驗(yàn)條件基礎(chǔ)上，能夠?qū)⒍軜?gòu)隧道上浮的環(huán)境以及技術(shù)操作研究分析出來(lái)，另外部分研究者將上浮進(jìn)行量化，同時(shí)構(gòu)建相應(yīng)的模型和處理方案，現(xiàn)階段的新型同步注漿材料在盾構(gòu)隧道中的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此在工程中的應(yīng)用還不夠。因此重視注漿操作整體的完善工作，將同步注入雙漿液以及后期的雙液漿形成的塑性體等進(jìn)行分析，盡可能的降低隧道出現(xiàn)管片上浮的現(xiàn)象，促進(jìn)我國(guó)的隧道建筑工程發(fā)展。

1 盾構(gòu)隧道管片上浮的主要原因以及控制方法

1.1 盾構(gòu)隧道管片上浮的主要原因 隧道在同步注漿液中上浮的受力主要是來(lái)自于：管片自身的重力、管片內(nèi)部的荷載量、漿液對(duì)隧道的浮力作用、側(cè)向摩擦的阻力、對(duì)抗隧道上浮的粘結(jié)力等。盾構(gòu)施工階段同步漿液在隧道之外進(jìn)行交合，攪拌結(jié)束之后將其放置到盾構(gòu)結(jié)構(gòu)工作的中轉(zhuǎn)站中，之后就由運(yùn)輸車將漿液輸送至盾構(gòu)臺(tái)車的同步漿箱中，再經(jīng)過(guò)注漿泵泵送至管片壁后。在這個(gè)操作階段中盾構(gòu)的掘進(jìn)，能夠?qū){液注入到管片與開(kāi)挖面之間的空隙當(dāng)中，總的時(shí)間在5個(gè)小時(shí)左右。其中為了避免同步漿液凝固導(dǎo)致管道堵塞，那么同步漿液的流塑性要求相對(duì)來(lái)講比較高。注入管片背面的漿液在過(guò)程中會(huì)與地層中水融合進(jìn)而稀釋，這樣也會(huì)對(duì)初凝的時(shí)間造成影響。因此在初凝階段如果浮力經(jīng)過(guò)累計(jì)之后其最大值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于管片的約束力，管片就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)、上浮等現(xiàn)象。所以盾構(gòu)隧道管片上浮的主要原因是同步漿液的凝固時(shí)間太長(zhǎng)。

1.2 現(xiàn)階段管片上浮控制手段和問(wèn)題所在 可凝性同步漿液的主要構(gòu)成就是水泥、粉煤灰、砂、水、膨潤(rùn)土等。在進(jìn)行配置階段考慮后期管片上浮的現(xiàn)象，常見(jiàn)的措施就是將水泥以及膨潤(rùn)土的用量增加，從而能夠有效控制同步漿液凝結(jié)的時(shí)間，保證漿液的基本濃度，但是后期在實(shí)踐階段也很容易出現(xiàn)同步漿液凝結(jié)、注漿管道形成堵塞的現(xiàn)象，因此在進(jìn)行配置的階段，需要操作人員根據(jù)實(shí)際情況將水量增加，從而保證同步注漿液的基本流動(dòng)性。其次就是盾尾后側(cè)的拼裝管片之處，管片吊裝孔打開(kāi)之后再用雙液注漿注入水泥，能夠達(dá)到對(duì)抗同步漿液的上浮力的效果。但是將同步注漿液中加入水泥以及人工的成本相對(duì)來(lái)講是比較高的。因此即便部分施工建設(shè)單位已經(jīng)開(kāi)始采用，但其實(shí)際應(yīng)用效果不佳。最后就是在盾構(gòu)隧道施工進(jìn)度方面，在脫出盾尾的管片壁后進(jìn)行二次注漿以提高漿液的凝結(jié)時(shí)間，但將導(dǎo)致盾構(gòu)施工的進(jìn)度放緩。

2 盾尾注漿的作用以及漿液的分類

2.1 盾尾注漿的主要作用

①控制地層的變形。盾構(gòu)機(jī)在施工操作過(guò)程中，如果開(kāi)挖的直徑是大于管片的外徑的，那么管片拼接完成之后脫出盾尾，就會(huì)與土地形成一個(gè)呈環(huán)形的間隙，也就是盾尾建筑孔隙。這種現(xiàn)象產(chǎn)生如果不能及時(shí)進(jìn)行填充，地層很容易因此變形，這樣兩個(gè)相鄰的建筑出現(xiàn)沉降或盾構(gòu)隧道形成偏移、盾尾注漿的根本目的就是將盾尾建造階段的間隙進(jìn)行填充，防止這種間隙將底層影響至產(chǎn)生變形。盾尾脫離管片的階段，應(yīng)該用漿液迅速的進(jìn)行填充，盡可能的減少土層的移動(dòng)。

②保證管片襯砌穩(wěn)定性。在進(jìn)行盾構(gòu)隧道建設(shè)階段，應(yīng)該選用具備早期強(qiáng)度的漿液進(jìn)行盾尾孔隙的填充，這樣就能保證管片的襯砌的穩(wěn)定性。由于盾構(gòu)隧道本身就是一種由管片襯砌并與周圍環(huán)境、底層等共同作用而形成的結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的構(gòu)筑物，那么對(duì)管片的背面進(jìn)行密實(shí)的漿液注入與填充，是保證土層受壓均勻的基本條件。

③增強(qiáng)隧道的抗?jié)B性。注漿漿液在凝固之后，通常具有較高的抗?jié)B性，這其實(shí)也就是盾構(gòu)隧道的一條防水線，是提升整個(gè)建筑工程抗?jié)B性的基本條件，進(jìn)而保證后期盾構(gòu)隧道的使用壽命以及質(zhì)量。

2.2 注漿材料將盾尾注漿進(jìn)行區(qū)分

①雙液漿。雙漿液就是由兩種液體混合而形成的，其中一種的主要材料是水泥以及膨潤(rùn)土，另外一種就是水玻璃。雙漿液在其早期階段是具備較好的流動(dòng)性的，因而能夠?qū)⒖紫逗芎玫倪M(jìn)行填充，而且它能較早的形成強(qiáng)度，因此是較為理想的注漿材料，但是現(xiàn)階段其工藝技術(shù)水平的要求相對(duì)來(lái)講比較高，成本投入的力度也比較大，盡管在我國(guó)的應(yīng)用還不為廣泛，但在一些發(fā)達(dá)國(guó)家是比較常用的。

②單液惰性漿液。單液惰性漿液的主要材料就是細(xì)砂、煤灰粉、膨潤(rùn)土。由于摻加了膨潤(rùn)土因此這種惰性漿液的稠度以及填充性都比較好，并具備施工操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但是這種漿液中幾乎沒(méi)有摻入可硬性凝膠材料，主要成分中的煤灰粉以及膨潤(rùn)土是不能提供后期的結(jié)實(shí)體的強(qiáng)度的，因此該漿液的早期以及后期的強(qiáng)度都比較小，并且漿液很容易形成收縮的現(xiàn)象，進(jìn)而造成周圍地層變形，必要時(shí)需要進(jìn)行第二次的補(bǔ)漿工作。

③可硬性漿液。這種漿液是由煤灰粉、砂、水泥、水、添加劑等進(jìn)行拌和形成的。其中摻加了水泥相當(dāng)于凝膠位置，漿液的早期流動(dòng)性以及后期的強(qiáng)度都能夠具備，因此在固定的時(shí)間之內(nèi)，其泵送的性能比較好，凝固結(jié)束之后體積變化不大，不容易產(chǎn)生液化的現(xiàn)象。因此可硬性漿液在盾尾建造空隙內(nèi)進(jìn)行填充，能夠保證基本的均勻密實(shí)以及防水的性能。這些優(yōu)點(diǎn)都能夠?qū)⒍栊詽{液的不足進(jìn)行補(bǔ)充，進(jìn)而能夠在盾構(gòu)隧道施工階段的沉降以及后期的沉降工作中管控做好。但是可硬性漿液也存在著一定的不足，在同步注漿階段，很容易因?yàn)闃?gòu)成物質(zhì)以及配比的不匹配等造成注漿管道的堵塞，因此在施工建造階段需要及時(shí)的進(jìn)行管路的清洗工作，因此就不能保證整個(gè)施工操作都具備連貫性。另外可硬性的漿液的成本也是比較高的，比起惰性漿液的每立方的價(jià)格都要稍微高一些，而且盾構(gòu)隧道中建筑空隙的注漿量也比較高，所以在利用階段具備明顯的優(yōu)勢(shì)作用。

3 新型同步注漿材料的組成與基本特性

3.1 新型同步注漿的材料構(gòu)成

同步注漿材料的不足之處以及在盾構(gòu)隧道施工階段的重要作用已經(jīng)得到論證。本人通過(guò)查閱文獻(xiàn)及不斷的實(shí)驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)調(diào)整原可硬性漿液中材料配比及增加一種外加劑SK-6可以增加漿液的觸變性。最終結(jié)果為漿液在拌漿及運(yùn)輸過(guò)程中，由于一直處于攪拌狀態(tài)而具有較好的流動(dòng)性；當(dāng)漿液注入到管片壁后時(shí)，漿液流動(dòng)減緩，注漿將形成一種假固性結(jié)構(gòu)，從而更好的包裹、固定管片，防止管片的錯(cuò)臺(tái)及上浮。在盾構(gòu)隧道建設(shè)階段如果含砂量比較高，那么它突出性作用也是極為重要的，砂的比重越大就標(biāo)志著漿液的抗剪切屈服的值、抗壓強(qiáng)度等性能指標(biāo)更加符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。其次考慮粉煤灰在漿液中具備提升漿液的整體性以及異性的基本作用，其具備良好的膠凝性能，進(jìn)而能夠?qū)胶推渲械脑牧线M(jìn)行包裹或抗離析分散的作用，從而能夠保證漿液的順利泵送。另外就是粉煤灰其作為凝膠材料，能夠?yàn)闈{液后期的強(qiáng)度增長(zhǎng)帶來(lái)積極的作用，因此在進(jìn)行原材料的摻和階段應(yīng)該將粉煤灰的含量適當(dāng)增加。

3.2 新型同步注漿的基本性能

在前期的拌和工作按照要求進(jìn)行之后，新型的同步注漿液的性能得以保證，那么在保證基本性能的前提之下，其中原材料的摻入量以及摻入方式也可以根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行相應(yīng)的變化。新型同步注漿漿液的基本性能要求，主要是從滲透性、坍落度、坍落度經(jīng)時(shí)、屈服強(qiáng)度、壓力失水、泌水率、分層度、可使用的時(shí)間、抗壓的強(qiáng)度等幾個(gè)方面的性能要求考慮。

4 具體工程應(yīng)用的情況分析

成都軌道交通9號(hào)線是位于成都市三環(huán)路與繞城高速之間的一條環(huán)形線路，屬于城市快速軌道交通層次中的市域快線。9號(hào)線路全長(zhǎng)69.5km，設(shè)車站36座，分兩期建設(shè)。

9號(hào)線一期元華停車場(chǎng)出入場(chǎng)線為三線三洞隧道，分別為西出入場(chǎng)線、東1出入場(chǎng)線、東2出入場(chǎng)線，東1、東2出入場(chǎng)線盾構(gòu)均由元華停車場(chǎng)出入場(chǎng)線始發(fā)，西出入場(chǎng)線盾構(gòu)接收站為益新大道站，東1、東2出入場(chǎng)線盾構(gòu)接收站為元華站。

東1、東2出入場(chǎng)線出元華停車場(chǎng)后下穿繞城高速向東北方向延伸，穿越西航港街道民房群、美洲體育中心后沿錦城大道南側(cè)向東延伸，下穿成昆鐵路及劍南大道下穿隧道后進(jìn)入元華站。

東1出入場(chǎng)線盾構(gòu)區(qū)間線路里程YK0+210.724～YK2+032.890，隧道長(zhǎng)1822.166m。東2出入場(chǎng)線盾構(gòu)區(qū)間線路里程ZK0+210.396～ZK2+015.191，隧道長(zhǎng)1804.795m（長(zhǎng)鏈0.003m）。區(qū)間隧道軌面最大埋深22m，最小埋深5.7m，最大曲線半徑910m，最小曲線半徑350m，最小坡度3.276‰，最大坡度37.5‰。

盾構(gòu)隧道范圍場(chǎng)區(qū)表層多為全新統(tǒng)人工填土（Q/4ml/）覆蓋，其下為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q/4al/）細(xì)砂、卵石土，其下為上更新統(tǒng)冰水沉積、沖積層（Q/3fgl+al/）粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、卵石土為主，下伏基巖為白堊系灌口組（K/2g）泥巖。

場(chǎng)區(qū)YCK38+836.600～YCK46+100.000段屬川西平原岷江水系Ⅱ級(jí)階地，YCK46+100.000～YKC46+434.400段屬川西平原岷江水系Ⅰ級(jí)階地。場(chǎng)地地形、地貌條件簡(jiǎn)單，地形平坦、開(kāi)闊，地面高程約490.25～496.06m，地勢(shì)總體呈北西高南東低，局部呈微波狀起伏。

這個(gè)工程同步注漿液采用新型的漿液，通過(guò)控制建筑空隙盡可能的避免土體的變形，一般注漿量為該建筑的空隙的120%左右，也就是每推進(jìn)一環(huán)同步注漿量就是在5m3左右。壓漿量以及壓漿點(diǎn)需要根據(jù)壓漿階段的壓力值以及地層的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的監(jiān)測(cè)工作表明，盾構(gòu)施工在分別下穿8號(hào)線上下行線之后，施工的沉降數(shù)據(jù)小于8mm，這個(gè)階段的施工沉降控制較好，因此在階段中選用新型漿液的相對(duì)來(lái)講效果會(huì)更為好一些。

5 結(jié)語(yǔ)

同步注漿材料種類中，部分漿液性能與效果還存在著一些不足，因此注入過(guò)程中的方式方法控制的還不夠好，造成施工過(guò)程偶爾的堵管或注入量不足。因此重視對(duì)新型同步注漿材料的應(yīng)用和注入工藝的進(jìn)一步研究，能夠?qū)Χ軜?gòu)隧道的質(zhì)量以及壽命帶來(lái)積極意義。

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