新型同步注浆材料在盾构隧道中的应用

2018-09-20杨文杰

价值工程 2018年29期

杨文杰

摘要：同步注浆在盾构隧道中具有非常重要的作用。盾构隧道如果出现上浮则极易导致隧道的管片错台或破损渗漏等病害问题，整个建筑工程的承载量以及基本质量都会受到损害。因此重视同步注浆设备以及材料的更新，将盾构隧道建设中的管片以及开挖面之间存在的空隙进行合理的控制，进而保证隧道的上浮量降低，从而提升成型隧道的基本质量。

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.

關键词：新型同步注浆材料；盾构隧道；应用探究

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

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）29-0206-02

0 引言

盾构隧道施工阶段管片出现上浮已经成为业界重点关注的问题，我国不少学子以及专家都相应的展开了研究，比方说通过对管片施工的工期对管片上浮的影响进行实验分析得出，如果建筑材料中非胶凝材料的掺量不变，那么其他材料如石灰、水、颗粒物等之间比例变化，那么形成的浆液的强度也会随之变化。其中在非胶凝材料之外的其他材料比率降低的情况下，初凝的时间缩短这时候管片的上浮量就会减少。在这种实验条件基础上，能够将盾构隧道上浮的环境以及技术操作研究分析出来，另外部分研究者将上浮进行量化，同时构建相应的模型和处理方案，现阶段的新型同步注浆材料在盾构隧道中的应用还远远不够，因此在工程中的应用还不够。因此重视注浆操作整体的完善工作，将同步注入双浆液以及后期的双液浆形成的塑性体等进行分析，尽可能的降低隧道出现管片上浮的现象，促进我国的隧道建筑工程发展。

1 盾构隧道管片上浮的主要原因以及控制方法

1.1 盾构隧道管片上浮的主要原因隧道在同步注浆液中上浮的受力主要是来自于：管片自身的重力、管片内部的荷载量、浆液对隧道的浮力作用、侧向摩擦的阻力、对抗隧道上浮的粘结力等。盾构施工阶段同步浆液在隧道之外进行交合，搅拌结束之后将其放置到盾构结构工作的中转站中，之后就由运输车将浆液输送至盾构台车的同步浆箱中，再经过注浆泵泵送至管片壁后。在这个操作阶段中盾构的掘进，能够将浆液注入到管片与开挖面之间的空隙当中，总的时间在5个小时左右。其中为了避免同步浆液凝固导致管道堵塞，那么同步浆液的流塑性要求相对来讲比较高。注入管片背面的浆液在过程中会与地层中水融合进而稀释，这样也会对初凝的时间造成影响。因此在初凝阶段如果浮力经过累计之后其最大值要远远高于管片的约束力，管片就会出现错台、上浮等现象。所以盾构隧道管片上浮的主要原因是同步浆液的凝固时间太长。

1.2 现阶段管片上浮控制手段和问题所在可凝性同步浆液的主要构成就是水泥、粉煤灰、砂、水、膨润土等。在进行配置阶段考虑后期管片上浮的现象，常见的措施就是将水泥以及膨润土的用量增加，从而能够有效控制同步浆液凝结的时间，保证浆液的基本浓度，但是后期在实践阶段也很容易出现同步浆液凝结、注浆管道形成堵塞的现象，因此在进行配置的阶段，需要操作人员根据实际情况将水量增加，从而保证同步注浆液的基本流动性。其次就是盾尾后侧的拼装管片之处，管片吊装孔打开之后再用双液注浆注入水泥，能够达到对抗同步浆液的上浮力的效果。但是将同步注浆液中加入水泥以及人工的成本相对来讲是比较高的。因此即便部分施工建设单位已经开始采用，但其实际应用效果不佳。最后就是在盾构隧道施工进度方面，在脱出盾尾的管片壁后进行二次注浆以提高浆液的凝结时间，但将导致盾构施工的进度放缓。

2 盾尾注浆的作用以及浆液的分类

2.1 盾尾注浆的主要作用

①控制地层的变形。盾构机在施工操作过程中，如果开挖的直径是大于管片的外径的，那么管片拼接完成之后脱出盾尾，就会与土地形成一个呈环形的间隙，也就是盾尾建筑孔隙。这种现象产生如果不能及时进行填充，地层很容易因此变形，这样两个相邻的建筑出现沉降或盾构隧道形成偏移、盾尾注浆的根本目的就是将盾尾建造阶段的间隙进行填充，防止这种间隙将底层影响至产生变形。盾尾脱离管片的阶段，应该用浆液迅速的进行填充，尽可能的减少土层的移动。

②保证管片衬砌稳定性。在进行盾构隧道建设阶段，应该选用具备早期强度的浆液进行盾尾孔隙的填充，这样就能保证管片的衬砌的稳定性。由于盾构隧道本身就是一种由管片衬砌并与周围环境、底层等共同作用而形成的结构较为稳定的构筑物，那么对管片的背面进行密实的浆液注入与填充，是保证土层受压均匀的基本条件。

③增强隧道的抗渗性。注浆浆液在凝固之后，通常具有较高的抗渗性，这其实也就是盾构隧道的一条防水线，是提升整个建筑工程抗渗性的基本条件，进而保证后期盾构隧道的使用寿命以及质量。

2.2 注浆材料将盾尾注浆进行区分

①双液浆。双浆液就是由两种液体混合而形成的，其中一种的主要材料是水泥以及膨润土，另外一种就是水玻璃。双浆液在其早期阶段是具备较好的流动性的，因而能够将孔隙很好的进行填充，而且它能较早的形成强度，因此是较为理想的注浆材料，但是现阶段其工艺技术水平的要求相对来讲比较高，成本投入的力度也比较大，尽管在我国的应用还不为广泛，但在一些发达国家是比较常用的。

②单液惰性浆液。单液惰性浆液的主要材料就是细砂、煤灰粉、膨润土。由于掺加了膨润土因此这种惰性浆液的稠度以及填充性都比较好，并具备施工操作简单的特点。但是这种浆液中几乎没有掺入可硬性凝胶材料，主要成分中的煤灰粉以及膨润土是不能提供后期的结实体的强度的，因此该浆液的早期以及后期的强度都比较小，并且浆液很容易形成收缩的现象，进而造成周围地层变形，必要时需要进行第二次的补浆工作。

③可硬性浆液。这种浆液是由煤灰粉、砂、水泥、水、添加剂等进行拌和形成的。其中掺加了水泥相当于凝胶位置，浆液的早期流动性以及后期的强度都能够具備，因此在固定的时间之内，其泵送的性能比较好，凝固结束之后体积变化不大，不容易产生液化的现象。因此可硬性浆液在盾尾建造空隙内进行填充，能够保证基本的均匀密实以及防水的性能。这些优点都能够将惰性浆液的不足进行补充，进而能够在盾构隧道施工阶段的沉降以及后期的沉降工作中管控做好。但是可硬性浆液也存在着一定的不足，在同步注浆阶段，很容易因为构成物质以及配比的不匹配等造成注浆管道的堵塞，因此在施工建造阶段需要及时的进行管路的清洗工作，因此就不能保证整个施工操作都具备连贯性。另外可硬性的浆液的成本也是比较高的，比起惰性浆液的每立方的价格都要稍微高一些，而且盾构隧道中建筑空隙的注浆量也比较高，所以在利用阶段具备明显的优势作用。

3 新型同步注浆材料的组成与基本特性

3.1 新型同步注浆的材料构成

同步注浆材料的不足之处以及在盾构隧道施工阶段的重要作用已经得到论证。本人通过查阅文献及不断的实验，最终发现调整原可硬性浆液中材料配比及增加一种外加剂SK-6可以增加浆液的触变性。最终结果为浆液在拌浆及运输过程中，由于一直处于搅拌状态而具有较好的流动性；当浆液注入到管片壁后时，浆液流动减缓，注浆将形成一种假固性结构，从而更好的包裹、固定管片，防止管片的错台及上浮。在盾构隧道建设阶段如果含砂量比较高，那么它突出性作用也是极为重要的，砂的比重越大就标志着浆液的抗剪切屈服的值、抗压强度等性能指标更加符合标准规范。其次考虑粉煤灰在浆液中具备提升浆液的整体性以及异性的基本作用，其具备良好的胶凝性能，进而能够将掺和其中的原材料进行包裹或抗离析分散的作用，从而能够保证浆液的顺利泵送。另外就是粉煤灰其作为凝胶材料，能够为浆液后期的强度增长带来积极的作用，因此在进行原材料的掺和阶段应该将粉煤灰的含量适当增加。

3.2 新型同步注浆的基本性能

在前期的拌和工作按照要求进行之后，新型的同步注浆液的性能得以保证，那么在保证基本性能的前提之下，其中原材料的掺入量以及掺入方式也可以根据实际的需求进行相应的变化。新型同步注浆浆液的基本性能要求，主要是从渗透性、坍落度、坍落度经时、屈服强度、压力失水、泌水率、分层度、可使用的时间、抗压的强度等几个方面的性能要求考虑。

4 具体工程应用的情况分析

成都轨道交通9号线是位于成都市三环路与绕城高速之间的一条环形线路，属于城市快速轨道交通层次中的市域快线。9号线路全长69.5km，设车站36座，分两期建设。

9号线一期元华停车场出入场线为三线三洞隧道，分别为西出入场线、东1出入场线、东2出入场线，东1、东2出入场线盾构均由元华停车场出入场线始发，西出入场线盾构接收站为益新大道站，东1、东2出入场线盾构接收站为元华站。

东1、东2出入场线出元华停车场后下穿绕城高速向东北方向延伸，穿越西航港街道民房群、美洲体育中心后沿锦城大道南侧向东延伸，下穿成昆铁路及剑南大道下穿隧道后进入元华站。

东1出入场线盾构区间线路里程YK0+210.724～YK2+032.890，隧道长1822.166m。东2出入场线盾构区间线路里程ZK0+210.396～ZK2+015.191，隧道长1804.795m（长链0.003m）。区间隧道轨面最大埋深22m，最小埋深5.7m，最大曲线半径910m，最小曲线半径350m，最小坡度3.276‰，最大坡度37.5‰。

盾构隧道范围场区表层多为全新统人工填土（Q/4ml/）覆盖，其下为第四系全新统冲积层（Q/4al/）细砂、卵石土，其下为上更新统冰水沉积、冲积层（Q/3fgl+al/）粉质黏土、细砂、卵石土为主，下伏基岩为白垩系灌口组（K/2g）泥岩。

场区YCK38+836.600～YCK46+100.000段属川西平原岷江水系Ⅱ级阶地，YCK46+100.000～YKC46+434.400段属川西平原岷江水系Ⅰ级阶地。场地地形、地貌条件简单，地形平坦、开阔，地面高程约490.25～496.06m，地势总体呈北西高南东低，局部呈微波状起伏。

这个工程同步注浆液采用新型的浆液，通过控制建筑空隙尽可能的避免土体的变形，一般注浆量为该建筑的空隙的120%左右，也就是每推进一环同步注浆量就是在5m3左右。压浆量以及压浆点需要根据压浆阶段的压力值以及地层的检测数据进行调整。通过对现场施工的监测工作表明，盾构施工在分别下穿8号线上下行线之后，施工的沉降数据小于8mm，这个阶段的施工沉降控制较好，因此在阶段中选用新型浆液的相对来讲效果会更为好一些。