盾尾注浆材料配比试验研究

肖朝昀

（华侨大学土木工程学院，厦门361021）

张庆贺

（同济大学土木工程学院地下建筑与工程系，上海200092 岩土及地下工程教育部重点试验室（同济大学），上海200092）

采用盾构法施工的隧道，由于盾尾空隙的存在引起地层发生位移、地表沉降、隧道抗浮等成为隧道工作者共同关心的问题。盾尾注浆施工对控制地表沉降、隧道稳定起着关键作用。盾尾注浆浆液应满足具有一定强度、一定的流动性、体积收缩率小、受地下水稀释后或注入时间稍长时不产生材料分离。曾晓清等［1］对上海地铁一号线盾构施工中同步注浆的组成成分及性能进行较系统的研究，提出了单液惰性浆液的配比，并进行了固结试验、剪切试验、膨胀量试验和压缩试验等。夏诗梁［2］在上海延安东路越江隧道工程中，对日本提供的双液浆的浆液配比做了调整，调节了浆液的初凝时间，解决了浆液在泥水的侵蚀下不能正常发生化学反应的问题。邹翀［3］针对广州地铁二号线越秀公园－三元里区间盾构工程研制的盾尾单液注浆浆液具有3～12h以上的凝结时间，并根据不同的施工情况和地质条件可以进行调节。罗云峰［4］进行了减水剂的选择试验，改善了盾构法同步注浆浆液的施工性能，提高了浆液的稳定性，改善了浆液的可泵性，实现了较好的注浆效果。梁精华［5］对南水北调中线穿黄隧道中细砂土质，采用均匀设计的试验方法，进行了盾尾注浆材料的配合比优化试验研究，并探讨了单液活性注浆材料各组分对浆液性能的影响。笔者针对上海西藏南路越江隧道进行了盾尾注浆浆液的试验配比研究，通过对初选浆液各组分对浆液性能影响分析，得到优选浆液配比，分析添加泵送剂、增稠剂或氢氧化钠分析纯后对浆液性能的影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料与试验指标

1）材料 200目熟石灰、二级粉煤灰、膨胀倍数为18 ml／g膨润土、砂（过2.5 mm筛孔）、华联高效泵送剂、增稠剂（甲基纤维素醚）、氢氧化钠分析纯等。

2）试验指标 密度，稠度，泌水率，3、7、28d强度，pH值，凝结时间，抗剪强度，压缩系数，压缩模量等。

1.2 试验方法

①参考已有文献中浆液配比，提出1～3组初选浆液配方方案，对初选浆液配方进行密度、稠度、直剪、固结压缩、单轴抗压强度试验，比较组分变化对浆液指标的影响；②提出优选配方，添加外加剂进行各项指标测试的试验；③进行技术经济分析，确定现场采用的浆液配方。

2 试验与分析

2.1 初选浆液试验

在参考已有文献配比的基础上，进行一系列初选试验，确定3组浆液配比F5、F9、F10（见表1）。表1中的石灰膏的配比为：生石灰∶水＝1.06kg∶2000 ml。对表1中3组配方进行密度、稠度、坍落度、快剪、固结压缩、单轴抗压强度试验，试验结果如表2、图1和图2所示。表2中浆液抗剪强度及固结压缩指标分别与盾构穿的土层性能指标进行对比。由于试验条件限制，对于单轴抗压强度，没有测试配方F9的单轴抗压强度，仅测得配方F10的28d强度。

表1 初选浆液配比表

表2 初选浆液配方性能指标

图1 初选浆液配方抗剪强度

图2 初选浆液配方e－lg p压缩曲线

浆液稠度是表示浆液的稀稠程度，进而反映浆液的流动性，浆液稠度使用稠度测定仪测定。对比3组初选配方，增加黄砂降低粉煤灰的含量可以降低浆液的流动性，使浆液的稠度值降低。

通过剪切试验测得粘聚力和内摩擦角值。根据隧道埋设深度，计算出该深度下垂直压力，进而反算出土体的抗剪强度值为109.2～117.5k Pa。浆液配方F5、F9和F10在该深度下的抗剪强度在110～120k Pa之间，可见上述配方浆液的抗剪强度基本等于或略大于盾构穿越土层的抗剪强度。

通过固结试验得到各配比方案的压缩模量为7～15 MPa，3种配方的压缩系数为0.108、0.207、0.229 MPa－1，为中压缩性，偏向低压缩性，压缩性较小，较为合理。盾构所穿越土层的压缩模量为7.8 MPa和10.9 MPa，部分配方的压缩模量大于所穿越土层的压缩模量。含砂率较高的配方F9的压缩模量较大，含砂率相等的配方F5和配方F10的压缩模量相差不大，同样含砂率的情况下粉煤灰含量高的配方F5的压缩模量要大于石灰膏含量多的配方F10。由此可以得出，在穿越土体的时候可以通过提高含砂率或是减少石灰膏的含量来达到浆液的压缩模量大于或等于所穿越土体的压缩模量。

各配方试样的3d单轴抗压强度最小值为167k Pa，大于盾构所穿越土层的地基承载力（不大于120k Pa），充分满足抗压强度的要求。增加石灰膏的含量同时减少粉煤灰的含量不但不能提高试样的抗压强度，反而使其强度降低。

用烘干法测得的各配比的含水量在17.2%～22.1%之间，与所穿越土层的含水率23.5%和27.5%相差不大。

2.2 优选浆液试验

通过对上述初选配方试验结果分析，调整各组分在浆液中的比例，得到优选配方（见表3）。对该优选配方进行添加泵送剂、增稠剂或氢氧化钠分析纯，进行密度、稠度、泌水率、单轴抗压强度（3、28d）、pH值性能试验，试验结果如表4所示。

表3 优选浆液配比

分析表4，在优选浆液配比中添加泵送剂使浆液流动性增大。浆液泌水率是一个重要参数，泌水率越少，浆液凝固而产生下沉量也越少，添加增稠剂或氢氧化钠分析纯后，浆液泌水率增加，分别为4.5%和3.0%。另外，添加增稠剂或氢氧化钠分析纯，浆液3d强度与盾构所穿越土层的地基承载力（不大于120k Pa）接近，均能满足抗压强度的要求。对浆液进行pH值测定，浆液的pH值（10～11）呈弱碱性，不会对管片结构产生腐蚀作用，但对于注浆设备的橡胶连接部分，应注意浆液的腐蚀破坏作用。另外试验还得出优选配方浆液的初凝结时间大于10h，浆液的收缩率在3%～4%之内，能满足工程需要。

表4 优选浆液性能指标

3 结 论

笔者针对上海西藏南路越江隧道进行了盾尾注浆浆液的试验配比研究，通过对初选浆液各组分对浆液性能影响分析，得到优选浆液配比，分析添加泵送剂、增稠剂或氢氧化钠分析纯后对浆液性能的影响。根据试验可得以下结论：

（1）增加黄砂降低粉煤灰的含量可以降低浆液的流动性，使浆液的稠度值降低。

（2）可以通过提高含砂率或是减少石灰膏的含量来达到浆液的压缩模量大于或等于所穿越土体的压缩模量。

（3）添加泵送剂使浆液流动性增大，添加增稠剂或氢氧化钠分析纯后，浆液泌水率增加。

（4）试验优选浆液配比为：熟石灰∶粉煤灰∶膨润土∶黄砂∶泵送剂∶水＝104∶390∶85∶1534∶3.9∶390，其稠度值为8～9c m，泌水率小于5%左右，3d强度值为0.11～0.15 MPa左右，各指标均能满足工程要求。

［1］曾晓清，张庆贺 .土压平衡盾构同步注浆浆液性能试验研究［J］.中国市政工程，1995（1）：46－50.

［2］夏诗梁 .双液注浆在大型泥水平衡盾构施工中的应用［J］.世界隧道，1998（3）：18－22.

［3］邹翀 .盾构隧道同步注浆技术［J］.岩土工程界，2002，5（9）：44－47.

［4］罗云峰，区希，张厚美 .地铁隧道盾构法同步注浆用水泥砂浆的试验研究［J］.混凝土，2004（8）：72－75.

［5］梁精华 .盾构隧道壁后注浆材料配比优化及浆体变形特性研究［D］.南京：河海大学，2006.