干混砂漿在盾構同步注漿中的應用探討

(武漢地鐵集團有限公司,湖北武漢 430030)

0 引言

合理利用城市地下空間、大力提高城市交通能力目前已經成為了各大城市建設的主要方向，近年來城市軌道交通工程項目數量越來越多、建設規模的不斷增大，對于施工工藝、施工材料等均提出了更高的要求。盾構法是當前城市地鐵隧道與過江海隧道建設施工過程中所采用的一種先進施工方法，而盾構同步注漿是地下隧道盾構施工過程中的一種壁后注漿工法，它是以注漿泵的泵壓作用為載體，在盾尾的管片環外間隙中灌入水泥砂漿，以此來達到降低地面沉降程度、管片環位置固結、管片環外空隙填充等功效，而盾構同步注漿能否得以順利完成，其關鍵還是在于砂漿的性能，尤其是在高水壓富含水地層條件下對砂漿的抗滲透性、抗水分散性、抗裂化性、耐水性等要求頗高，若砂漿選擇不當，那么就會對地下隧道施工質量、注漿效果、注漿成本等造成較大的影響。普通同步注漿單液砂漿在高水壓富含水環境下灌注較易出現灌注不密實、離析、漿液流失等問題，難以達到預定的施工效果；再加上當前城市發展對環境保護、噪音污染等要求逐漸提高，以及鬧市中施工場地受限的原因，對于現場開放式拌合站建設的手續審批日益苛刻，干混砂漿的出現有效地解決了上述問題，本文以武漢軌道交通8號線馬房山～洪山區政府站區間工程為例，就干混砂漿在盾構同步注漿中的應用進行探討[1]。

1 干混砂漿的特點

干混砂漿是由膨潤土、細砂、粉煤灰、水泥等材料在干燥篩分處理之后，再進行計量與混合，使之成為粉狀混合物或顆粒狀混合物。干混砂漿或以散裝形式，或以袋裝形式運輸到施工現場，在使用時只需采用專用設備加水拌和后即可直接使用。由于干混砂漿是由具備精確計量系統、成套生產設備、先進質量控制體系的專業廠家來進行生產，其生產全過程實現了“三化”（分別是集成化、一體化、自動化），級配率、含泥量、含水量等均得以控制，確保了原材料配合比的科學性與準確性；而強制機械拌合又可讓各物料實現均勻混合，品質檢驗又可讓產品品質實現均衡有效。干混砂漿具有較多優點，主要體現在：環保性好（基本不會出現揚塵）、質量佳（嚴格按照配合比加工好，施工誤差好控制）、場地需求小（場地僅需要30平方米即可，原來設拌合站則至少需100平方米以上）、經濟性強[2]。

2 工程概況

馬房山站～洪山區政府站區間始于珞獅南路與洪興巷交叉口，沿珞獅南路向南延伸，止于珞獅南路與文秀街交叉口。線路沿武漢市二環線珞獅南路敷設，右線長度1429.7m，左線長度1438.5m（長鏈8.788m），采用盾構法施工，盾構從馬房山站大里程端始發。線間距15.21～44.61m，線路平面最小曲線半徑500m，豎曲線半徑5000m，最大縱坡-15‰，隧道埋深約10.45～13.23m，設2座聯絡通道（兼泵房）[3]。

區間隧道主要穿越地層：（10-2）黏土（Q2-3al+pl）、（10-2a）黏土夾碎石（Q2-3al+pl）、（13-2）紅黏土（Q2-3dl+el）、（13-3）殘積黏性土（Q2-3dl+el）、（16a）溶蝕狀石灰巖、（17b-1）強風化泥巖。

3 施工工藝

3.1 干混砂漿配比

通過廠家按不同配合比進行試驗，滿足同步注漿料的性能指標的條件后，用于現場施工，再根據粘土地層現場實際使用過后反饋的信息，將干混砂漿的配合比最終調整為：（1）水泥：規格為P.O 42.5級水泥，配合比為250kg；（2）砂：規格為細度模數為2.2-1.6的細砂，配合比為600kg；（3）粉煤灰：規格為二級灰，配合比為450kg；（4）膨潤土：規格為納基，且粘度不小于25，配合比為120kg；（5）水的配合比為450kg。

3.2 測試方法與養護條件

試件規格為40mm×40mm×160mm，基于JGJ 70-90《建筑砂漿基本性能的試驗方法》來測定干混砂漿的密度、分層度、稠度等參數，基于GB 177-85《水泥膠砂強度檢測方法》來測定干混砂漿的抗折強度與抗壓強度，基于GB 8077-87《混凝土外加劑勻質性試驗方法》來測定干混砂漿的流動度；基于GB/T 3183-1997《砌筑水泥》來測定干混砂漿的泌水率；基于DIN 52617《建材吸水率測定方法》來測定干混砂漿的吸水率。養護條件選擇在濕度為60%、室溫為20℃的自然環境下即可[4]。

3.3 同步注漿流程

（1）干混砂漿運輸。干混砂漿廠，距8號線項目約17km，一般在夜間采用30噸粉料罐車運輸至現場，再泵送至干混攪拌站，運輸時間約1個小時，泵送時間約半小時，干混砂漿存儲量能滿足現場施工需求。

（2）地面攪拌站拌漿。為了保證同步砂漿供應的及時性，干混砂漿攪拌站包含4個80噸干混砂漿筒倉、2個攪拌機、1個水箱、1間中控室，整體占地大小為15×15m。干混砂漿4個筒倉滿足現場盾構掘進1～2天。

（3）漿液運輸。由中板砂漿車來運輸漿液，并推進同步注漿。根據以往地鐵施工經驗，二次注漿成本約占同步注漿成本的30%左右；項目使用干混砂漿后，二次注漿量減少，目前右線二次注漿仍在繼續施工，右線二次注漿的成本約占同步注漿成本的15～20%。

3.4 施工控制措施

3.4.1 做好施工材料管理工作

盾構同步注漿施工所使用的材料較為復雜，首先，要結合設計圖紙和施工方案來進行施工材料采購，確保所采購到的施工材料能夠符合現場施工的需要，當然，為了提高施工材料的質量，需要“貨比三家”，選擇性價比高、誠實守信的供貨廠家；其次，在施工材料入場之前，務必要嚴格按照相關規定來對施工材料的性能、規格予以把關，防止不合格的施工材料進場[5]。

3.4.2 做好機械設備和施工人員的管理

若要確保盾構同步注漿施工質量，還需切實做好機械設備和施工人員的管理。務必要結合工程項目的實際情況來建立健全相應的管理制度，既要加強機械設備管理，優化機械設備配置，降低操作風險，又要做好人員管理，尤其是要切實貫徹落實好施工質量檢查與技術交底，力爭讓每位施工人員都能夠掌握具體崗位的技術要點，進而提高盾構同步注漿施工質量。

3.4.3 做好施工方案編制工作

施工方案是指編制出來的盾構同步注漿施工實施方案，主要內容包括工程項目施工安全方案、技術方案、施工組織結構、施工人員組成等。按照國家出臺的相關規定，腳手架工程、降水護坡工程、模板工程等危險性較大的工程還需專門編制出專項施工方案，包括必要的文字說明與二維剖面圖、立面圖、平面圖，且還需要結合實際的施工過程來動態調整，技術要求較高，且還要滿足“可行”、“安全”、“全面”等要求，并且進行有效分析，防止在實際施工過程中出現工程變更。由此可見，做好施工方案編制工作是盾構同步注漿施工與質量管理的主要組成部分。

4 結果與討論

4.1 干混砂漿使用分析

馬洪區間管片同步注漿理論方量為4.03m3，注漿率為1.5～2.0，粘土地層中注漿量即為6.04～8.06m3，目前8號線馬洪區間右線已洞通，環數為953環，注漿量基本在6方以上，注漿率為1.5左右，滿足設計要求[6]。

4.2 地表沉降分析

目前右線隧道已貫通，現對使用干混砂漿作為同步注漿材料的盾構施工引起的地表沉降進行分析，現取右線始發段、正常掘進段、到達段的典型監測點進行分析，其中始發段最大沉降點為第6環處監測點，沉降量最大為-6.7mm，當同步注漿后24h后，地表沉降值未繼續增大，后期地表沉降趨于穩定。正常掘進段最大沉降點為第226環處監測點，沉降量最大為-9.3mm，當同步注漿后24h后，地表沉降值也未繼續增大，后期地表沉降趨于穩定。到達段典型沉降點為第920環處監測點，沉降量最大為-17.6mm，當同步注漿后24h后，地表沉降值也未繼續增大，后期地表沉降趨于穩定。地表沉降控制值為±30mm。

4.3 隧道成型質量分析

右線管線在使用干混砂漿同步注漿后，管片錯臺量控制較好，管片上浮量較小。管片縱縫錯臺量在0～4mm之間，管片環縫錯臺量85%在0～8mm的范圍內。

5 討論

通過本項目部的實際使用和相關數據分析，干混砂漿與普通現場拌制砂漿相比，具有以下優點，值得在后續施工中推廣應用：

（1）質量：原料質量均勻穩定，配合比可控，在存儲和輸送過程中具有良好的持久工作性，施工性能更佳；初凝時間短，現場試驗一般為60min～120min，有利于粘土地層管片上浮的控制及管片穩定性，管片錯臺量小，地表沉降量可控，并且二次注漿用量減少約50%；

（2）場地：干混攪拌站場地占用小，與現場拌漿占用場地相對節省了水泥存儲場、膨潤土存儲場地，節省占地面積50%；

（3）人工：現場拌漿人工一般為裝載車司機、水泥、膨潤土攪拌人員等3人，干混砂漿攪拌站1人即可完成單個攪拌站的操作；

（4）環保：干混砂漿生產、運輸、攪拌、輸送一體化的施工工藝，全過程封閉管理，大大減少現場拌制造成的環境污染；

（5）經濟：隧道二次注漿量減少，二次注漿成本降低；從廠家直接發出，材料損耗率低，節約成本；但干混砂漿運輸距離較遠，運輸成本較高。

當然，本項目在使用干混砂漿過程中也遇到了一些問題，并提出如下建議：

（1）攪拌機軸承損壞，攪拌機拌漿的下料管發生堵管現象，影響現場施工進度，建議對攪拌設備進行常規保養，并應對攪拌機的下漿管進行改造，減少堵管現象的發生；

（2）目前干混砂漿在成都、上海地鐵進行了成功應用，但僅上海地區出具了同步注漿用的干混砂漿地方規范，干混砂漿可參考的技術規范較少，若能在武漢地鐵推廣，建議編制相關技術標準，指導干混砂漿應用施工。