富水地层盾构施工同步注浆浆液抗水冲分散性分析

2011-10-20陕西铁路工程职业技术学院

河南科技 2011年10期

陕西铁路工程职业技术学院王静

陕西铁路工程职业技术学院王静

同步注浆是在盾构掘进施工时，当盾构推进，盾尾脱离管片后，管片背面出现超挖的空隙，为避免造成地层变形，对邻近构造物造成破坏性影响，而在盾尾脱离后，在管片背面填充固结性浆液的一种比较先进的施工方法。这种施工方法要求注浆有较高的稳定性和流动性。对于渗透系数大的富水地层，同步注浆要求浆材具有能快速充填，保水性强，不离析，倾析率小，注入后不易被地下水稀释掉等性能，而且须保证后期达到应有的强度。因此在富水地层盾构施工中，同步注浆材料须有适宜的凝结时间，较小的析水率，较强的抗水冲分散性等。本文，笔者通过试验分析同步注浆材料对同步注浆浆液抗水冲分散性的影响，为提高富水地层同步注浆质量提供借鉴。

一、试验材料的选用

1. 材料性能要求。地铁隧道盾构法管片环外同步注浆材料（水泥砂浆），不同于一般工程上所用的砌筑砂浆或抹面砂浆。因此盾构法要求注浆用水泥砂浆须具备良好的稳定性和流动性。富水地层同步注浆浆液的主要性能应满足下列指标。

（1）胶凝时间一般为3～10h。

（2）固结体强度一天不小于0.15MPa，28天不小于1.5 MPa。

（3）浆液结石率＞95%，即固结收缩率＜5%。

（4）浆液稠度8～12cm。

（5）浆液稳定性。倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%；达到拌和静置72h后不发生分层、离析与板结现象。

2. 材料组成。参考我国富水或类似地层隧道同步注浆材料配比，选择主要由水泥、粉煤灰、膨润土（胶化黏土）及砂等组成的单液类活性水泥砂浆注浆材料。

（1）水泥。都江堰拉法基水泥 P.O 32.5R。细度2.29%；标准稠度用水量24.60%，28天抗折8.6MPa；28天抗压43.4MPa。

（2）砂。普通河砂，砂的含水率为4.42%，砂的模数为1.41，为特细砂；容重1 100～1 200kg/m3，含泥量为6%。

（3）粉煤灰。Ⅱ级粉煤灰，含水率为0.6%。

（4）膨润土。200目钙基土，含水率为4%。

（5）增效剂。试验中加入的一些外加剂，如微膨胀剂、促凝剂等；具有增加浆液的和易性、保水抗渗性能、饱满度等效果。

3. 材料计量。

（1）各种材料均按质量计量，水和液体掺加剂也可按容积计量。

（2）称量精度。水泥与水为±0.3%，骨料为±0.5%。

（3）已称量的骨料在搅拌之前其含水量不得散失。

二、抗水冲分散试验方案

1. 实验条件控制。

（1）实验室的温度应保持在（20±3）℃，制备混凝土的各种材料的温度应与实验室的温度相同。

（2）水泥应密闭于防潮容器中，水泥如有结块应用0.9mm筛子进行筛分，去掉筛余。

2. 仪器设备。混凝土搅拌机容量为50～100L，自落式搅拌。拌和钢板平面尺寸不小于1 500mm×2 000mm，厚5mm左右。托盘天平称量1kg，感量0.5g。

3. 具体步骤。砂浆抗水分散试验参照《水下不分散混凝土试验规程》（DL/T5117-2000）进行。将 300m l的新拌砂浆注入1000m l的纯净水中后，静置5m in，采用精确pH试纸测量上层清水的pH值。将 70.7mm×70.7mm×70.7mm的砂浆试模放入水池中，使水面高出模具 20cm，然后用导管将砂浆注入模具中，砂浆从模具中溢出后，将模具取出水池进行振动成型，然后标养至规定龄期进行抗压强度试验，按这种方法测试的强度为砂浆的水中强度按JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》中抗压强度方法测试的强度为砂浆的陆地强度。水陆强度比则为同一配比砂浆在两种不同条件下成型后同一龄期的强度比值，该比值可以定量判断砂浆的抗水分散性能。一般认为当砂浆水陆强度比大于0.8时，则该砂浆具有优良的抗水分散性能。初步采用水泥掺量40～260 kg，粉煤灰掺量200～500 kg；膨润土掺量70～80 kg，砂掺量200～1 400 kg，水掺量200～500 kg的组配合比进行系统试验检测。

三、试验结果分析

图1和图2为不同水泥及膨润土掺量下，砂浆的抗水冲分散关系。根据下图的数据可以得出：在水泥掺量较少时随着水泥量的增大，该砂浆的抗水冲分散性能呈略微提高趋势，过大时此性能有可能略微降低；随着膨润土的掺量增大，该砂浆的抗水冲分散性能呈提高趋势，但当膨润土掺量过大时该项性能有所降低，膨润土掺量存在一个最佳值，约为2.9%（约50kg）左右。