CN101737064A - 盾构同步注浆浆液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盾构施工中的一种新型同步注浆浆液材料，具有良好的抗渗性和抗剪性。本发明根据大量试验和浆液在工程中的应用效果为依据，提出了在南水北调穿黄工程地质条件下同步注浆浆液的配比。该配比浆液在高标贯值、富水砂层中具有良好的抗渗和抗剪能力。该浆液的特点是经济，易于操作。

Description

盾构同步注浆浆液

技术领域

本发明专利涉及盾构施工中的一种新型同步注浆浆液材料，具有良好的抗渗性和抗剪性。

背景技术

目前，盾构施工中同步注浆浆液有单液浆和双液浆。不同浆液通过加入不同的材料和不同的配比进行调整，改善浆液强度、凝结时间、泌水率及和易性等性能。双液浆具有初凝时间短、早期强度高等优点，缺点是：

1、双液浆往往是在注入口附近的浆液趋于稠化，使后注入的浆液易被阻断(即堵管)或被地下水稀释，造成浆液结石体强度不均；

2、由于材料成分及物理性质的不同，双液浆较单液浆更容易窜入盾尾钢丝刷之间，而双液浆凝结后对钢丝刷形成固结导致钢丝刷失去弹性，盾构推进中就易造成钢丝刷的破坏；

3、由于盾构机刀盘与壳体之间存在3cm的空隙，采用止浆板隔离，该板易磨损，采用双液浆易存在的问题是刀盘前面的循环泥水会后窜到同步注入的浆液中，致使泥水与浆液混合造成浆液结实体强度迅速下降；因同步注浆压力大于开挖舱正面泥水压力，双液浆也可能窜到入开挖舱，在拼装管片期间或发生意外停机时因双液浆凝固造成刀盘被固结。

与双液浆相比，单液浆的初凝时间较长，在浆液初凝之前对于隧道的稳定和防水效果相对较弱，尤其是惰性浆液初凝时间达到45小时以上，且强度偏低，故惰性浆液无法满足施工要求。普通的单液浆稠度较小，塌落度较大，泌水率高，浆液易从工作面漏失，且施工管理难度大，对控制地表沉降和隧洞上浮存在缺陷。

南水北调穿黄工程盾构隧洞穿越地层复杂，尤其在高水压、自稳能力较差的砂层中，同步注浆浆液的性能要能较好地适应地层尤为重要。同时浆液材料选择及配比设计时充分考虑到不破坏盾尾密封钢丝刷的目的。

发明内容

为了克服以往单液浆施工管理难度大，控制地表沉降和隧洞上浮能力较差的不足，本发明专利提供一种新型同步注浆浆液，该新型浆液通过调整浆液配比，良好的改善了浆液的强度和抗剪能力，不仅对控制地表沉降和隧洞上浮起到明显的作用，而且减小了施工管理难度。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：新型单液浆液以水泥和粉煤灰为主材，通过添加砂、膨润土、外加剂和水来改善浆液的性能。通过增加水泥含量来提高浆液强度；粉煤灰和膨润土的加入有效地改善浆液的和易性，浆液的初凝时间通过外加剂的掺入量加以有效控制；砂骨料的加入，改善了浆液的填充性。

本发明专利研究的主要目的是把浆液用于盾构工程同步注浆施工中，尤其针对南水北调穿黄工程地质条件提出，故其浆液性能必须满足同步注浆浆液性能要求：

1、强度

浆液在后期必须有一定的强度，以保证在隧道衬砌周围形成永久性的固定保护层，防止衬砌的移动。我们初步设计浆液28天强度满足大于1MPa要求。

2、初凝时间

初凝是指浆液从搅拌开始直到开始失去流动性并具有初步强度。根据穿黄工程的特点，浆液的初凝时间应该满足以下几点要求：

(1)假设盾构机和同步注浆已经发生初凝的管片是有土体的支撑而相对稳定的。但由于建筑空隙的存在，同步注浆未发生初凝的管片可以认为是“悬浮的”，即土体支撑作用较弱，因此这部分隧道并不稳定，应尽量减少“悬臂”长度。根据施工经验，由于管片间存在纵向螺栓连接，“悬臂”为两到三环管片的长度，即盾构机与固定的管片之间长度为3～5m是能确保隧道稳定的，根据施工安排，每环施工时间为3小时左右，因此我们初步设计浆液的初凝时间为7～10小时。

(2)考虑到盾构掘进过程中一些不可避免的停机(如管片拼装、连接电缆、管线安装、盾构机临时停机、电路故障等)，若浆液的初凝时间较短，则增加了停机期间发生堵管的可能性，增加额外的清洗工作，并影响盾构的继续掘进。因此，浆液合理的初凝时间应与盾构掘进施工一个工班的时间接近，这样可以在每班结束时再安排浆液输送管路的清理工作，既不影响盾构连续施工，又保证能及时清理管路，避免堵管现象的发生，初凝时间足够长，以应对施工中断等各种非正常情况因此，也可初步设计浆液的初凝时间为9小时左右。

(3)稠度较大的浆液对建筑空隙的填充效果较好，同时由于稠度大，固体收缩率小，隧道的沉降也相应较少从而能较好的保持隧道的稳定。但稠度越大，对于输送泵的要求就高。参考各地的施工经验，我们初步设计稠度指标为8～10cm。

(4)浆液在水中和泥水中必须有一定的耐冲蚀性，以保证在隧道衬砌周围形成稳定而连续的保护层。

(5)浆液应该有好的级配，以提供有效的内部机械咬合力。这样可以形成有效的内部摩擦力，该摩擦力与浆液的流变性一起作用，阻止隧道的上浮。

(6)泌水是指水分从浆液中流出，导致浆液含水量减小，降低了浆液的流动性和泵送性。为了防止浆液在泵送过程中堵塞泵送系统，应该尽量控制浆液在存储和输送过程中发生泌水，泌水率控制在1.5％以内。

(7)浆液必须具有凝胶性质的流变性，使得浆液在流动状态下具有良好的可泵性，而在静止状态下具有保持其形状的性能。这使浆液具有内部抗剪力，与内部摩擦力一起作用，阻止隧道上浮。

(8)浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象，保证注入浆液的工作效能。

(9)同步注浆浆液采用的原料应该来源丰富、经济，且无公害，浆液性能应满足施工管理方便的要求。

具体实施方式

根据同步注浆浆液性能要求，本发明专利采用以水泥、粉煤灰为主添加砂、膨润土及外加剂为辅的活性浆液作为南水北调穿黄工程盾构施工同步注浆浆液。为了满足穿黄工程复杂地质条件下同步注浆浆液性能的良好发挥，在施工前通过大量试验验证，确定同步注浆浆液的配比，施工过程中不断根据浆液应用效果，在大量试验的辅助下调整配合比。该浆液运用于施工中，达到的使用效果有：

1、从施工完成段看，由于单液浆的注入，施工完成后的成型隧道没有上浮或变形现象，同时对管片变形也起到了很好的限制作用。确保了隧洞管片衬砌与周围砂土介质共同作用，减少了地面沉降和隧洞不均匀变形。

2、施工完成的848环管片，基本无渗水现象，在进行39环的推进过程中，37环脱出盾尾，由于管片外弧面的碎裂，37环两片管片之间纵缝处发生漏水现象，当发生这一情况后，注浆手立即加快注浆速度、增加注浆量，漏水现象很快得到了控制，几小时后漏水现象消失；另外，在管片二次注浆过程中，当打通施工完成的管片的注浆孔后，注浆孔大部分无漏水现象，只有2个孔有水流出，而且没有压力，呈线流状。从这两个例子可以看出，单液浆具有很好的防渗效果。另一方面，目前每环的推进过程中，同步注浆量基本都达到8m³左右，大于理论注浆量7.3m³，可以看出单液浆具有很好的填充效果。

3、从施工情况可以看出，浆液具有易搅拌、易操作、使用方便、节省时间等优点。因为单液浆只采用单液注浆系统，其流速、注入压力、注入量都可以得到很好的控制，操作过程简单、容易掌握；单液浆避免了双液浆配比难控制的麻烦，注入方便；单液浆避免了双液浆频繁堵管的弊端，即使偶尔堵管也可以方便、快速的解决，因此在一定程度上节省了时间；单液浆系统的清洗与维护要比双液浆系统方便、简单的多。另外，双液浆随着温度的变化，同种配比的浆液起化学胶凝化时间不尽相同，所以，为了控制化学胶凝化时间，需不停调节浆液配比，给施工造成较大的困难，而单液浆受温度的影响就小的多。

4、南水北调穿黄工程若采用双液浆浆液造价为400元/m³，采用新型单液浆浆液造价仅为200元/m³。

表1同步注浆配合比单位：kg

序号	水泥(PO32.5)	粉煤灰(II级)	膨润土	中砂	水	外加剂(Fss-8A)	备注
								1	130	300	40	1340	290	3.2	采用机制砂
2	150	280	40	1340	320	4.5	采用隧洞内细砂

Claims (1)

1.本发明专利涉及盾构施工中的一种新型同步注浆浆液材料，该配比浆液在高标贯值、富水砂层中具有良好的抗渗性和抗剪性。