干混砂浆在盾构同步注浆中的应用探讨???

李江龙

摘 要：普通同步注浆单液砂浆在高水压富含水环境下灌注较易出现灌注不密实、离析、浆液流失等问题，难以达到预定的施工效果;再加上当前城市发展对环境保护、噪音污染等要求逐渐提高，以及闹市中施工场地受限的原因，对于现场开放式拌合站建设的手续审批日益苛刻，干混砂浆的出现有效地解决了上述问题。本文首先闡述了干混砂浆的特点，其次，以武汉轨道交通8号线马房山～洪山区政府站区间工程为例来系统探讨了在盾构同步注浆中干混砂浆的应用效果。

关键词：干混砂浆;盾构;同步注浆

0引言

合理利用城市地下空间、大力提高城市交通能力目前已经成为了各大城市建设的主要方向，近年来城市轨道交通工程项目数量越来越多、建设规模的不断增大，对于施工工艺、施工材料等均提出了更高的要求。盾构法是当前城市地铁隧道与过江海隧道建设施工过程中所采用的一种先进施工方法，而盾构同步注浆是地下隧道盾构施工过程中的一种壁后注浆工法，它是以注浆泵的泵压作用为载体，在盾尾的管片环外间隙中灌入水泥砂浆，以此来达到降低地面沉降程度、管片环位置固结、管片环外空隙填充等功效，而盾构同步注浆能否得以顺利完成，其关键还是在于砂浆的性能，尤其是在高水压富含水地层条件下对砂浆的抗渗透性、抗水分散性、抗裂化性、耐水性等要求颇高，若砂浆选择不当，那么就会对地下隧道施工质量、注浆效果、注浆成本等造成较大的影响。普通同步注浆单液砂浆在高水压富含水环境下灌注较易出现灌注不密实、离析、浆液流失等问题，难以达到预定的施工效果;再加上当前城市发展对环境保护、噪音污染等要求逐渐提高，以及闹市中施工场地受限的原因，对于现场开放式拌合站建设的手续审批日益苛刻，干混砂浆的出现有效地解决了上述问题，本文以武汉轨道交通8号线马房山～洪山区政府站区间工程为例，就干混砂浆在盾构同步注浆中的应用进行探讨[1]。

1干混砂浆的特点

干混砂浆是由膨润土、细砂、粉煤灰、水泥等材料在干燥筛分处理之后，再进行计量与混合，使之成为粉状混合物或颗粒状混合物。干混砂浆或以散装形式，或以袋装形式运输到施工现场，在使用时只需采用专用设备加水拌和后即可直接使用。由于干混砂浆是由具备精确计量系统、成套生产设备、先进质量控制体系的专业厂家来进行生产，其生产全过程实现了“三化”（分别是集成化、一体化、自动化），级配率、含泥量、含水量等均得以控制，确保了原材料配合比的科学性与准确性;而强制机械拌合又可让各物料实现均匀混合，品质检验又可让产品品质实现均衡有效。干混砂浆具有较多优点，主要体现在：环保性好（基本不会出现扬尘）、质量佳（严格按照配合比加工好，施工误差好控制）、场地需求小（场地仅需要30平方米即可，原来设拌合站则至少需100平方米以上）、经济性强[2]。

2工程概况

马房山站～洪山区政府站区间始于珞狮南路与洪兴巷交叉口，沿珞狮南路向南延伸，止于珞狮南路与文秀街交叉口。线路沿武汉市二环线珞狮南路敷设，右线长度1429.7m，左线长度1438.5m（长链8.788m），采用盾构法施工，盾构从马房山站大里程端始发。线间距15.21～44.61m，线路平面最小曲线半径500m，竖曲线半径5000m，最大纵坡-15‰，隧道埋深约10.45～13.23m，设2座联络通道（兼泵房）[3]。

区间隧道主要穿越地层：（10-2）黏土（Q2-3al+pl）、（10-2a）黏土夹碎石（Q2-3al+pl）、（13-2）红黏土（Q2-3dl+el）、（13-3）残积黏性土（Q2-3dl+el）、（16a）溶蚀状石灰岩、（17b-1）强风化泥岩。

3施工工艺

3.1 干混砂浆配比

通过厂家按不同配合比进行试验，满足同步注浆料的性能指标的条件后，用于现场施工，再根据粘土地层现场实际使用过后反馈的信息，将干混砂浆的配合比最终调整为：（1）水泥：规格为P.O 42.5级水泥，配合比为250kg;（2）砂：规格为细度模数为2.2-1.6的细砂，配合比为600kg;（3）粉煤灰：规格为二级灰，配合比为450kg;（4）膨润土：规格为纳基，且粘度不小于25，配合比为120kg;（5）水的配合比为450kg。

3.2 测试方法与养护条件

试件规格为40mm×40mm×160mm，基于JGJ 70-90《建筑砂浆基本性能的试验方法》来测定干混砂浆的密度、分层度、稠度等参数，基于GB 177-85《水泥胶砂强度检测方法》来测定干混砂浆的抗折强度与抗压强度，基于GB 8077-87《混凝土外加剂匀质性试验方法》来测定干混砂浆的流动度;基于GB/T 3183-1997《砌筑水泥》来测定干混砂浆的泌水率;基于DIN 52617《建材吸水率测定方法》来测定干混砂浆的吸水率。养护条件选择在湿度为60%、室温为20℃的自然环境下即可[4]。

3.3同步注浆流程

（1）干混砂浆运输。干混砂浆厂，距8号线项目约17km，一般在夜间采用30吨粉料罐车运输至现场，再泵送至干混搅拌站，运输时间约1个小时，泵送时间约半小时，干混砂浆存储量能满足现场施工需求。

（2）地面搅拌站拌浆。为了保证同步砂浆供应的及时性，干混砂浆搅拌站包含4个80吨干混砂浆筒仓、2个搅拌机、1个水箱、1间中控室，整体占地大小为15×15m。干混砂浆4个筒仓满足现场盾构掘进1～2天。

（3）浆液运输。由中板砂浆车来运输浆液，并推进同步注浆。根据以往地铁施工经验，二次注浆成本约占同步注浆成本的30%左右;项目使用干混砂浆后，二次注浆量减少，目前右线二次注浆仍在继续施工，右线二次注浆的成本约占同步注浆成本的15～20%。

3.4 施工控制措施

3.4.1做好施工材料管理工作

盾构同步注浆施工所使用的材料较为复杂，首先，要结合设计图纸和施工方案来进行施工材料采购，确保所采购到的施工材料能够符合现场施工的需要，当然，为了提高施工材料的质量，需要“货比三家”，选择性价比高、诚实守信的供货厂家;其次，在施工材料入场之前，务必要严格按照相关规定来对施工材料的性能、规格予以把关，防止不合格的施工材料进场[5]。

3.4.2做好机械设备和施工人员的管理

若要确保盾构同步注浆施工质量，还需切实做好机械设备和施工人员的管理。务必要结合工程项目的实际情况来建立健全相应的管理制度，既要加强机械设备管理，优化机械设备配置，降低操作风险，又要做好人员管理，尤其是要切实贯彻落实好施工质量检查与技术交底，力争让每位施工人员都能够掌握具体岗位的技术要点，进而提高盾构同步注浆施工质量。

3.4.3做好施工方案编制工作

施工方案是指编制出来的盾构同步注浆施工实施方案，主要内容包括工程项目施工安全方案、技术方案、施工组织结构、施工人员组成等。按照国家出台的相关规定，脚手架工程、降水护坡工程、模板工程等危险性较大的工程还需专门编制出专项施工方案，包括必要的文字说明与二维剖面图、立面图、平面图，且还需要结合实际的施工过程来动态调整，技术要求较高，且还要满足“可行”、“安全”、“全面”等要求，并且进行有效分析，防止在实际施工过程中出现工程变更。由此可见，做好施工方案编制工作是盾构同步注浆施工与质量管理的主要组成部分。

4结果与讨论

4.1 干混砂浆使用分析

马洪区间管片同步注浆理论方量为4.03m3，注浆率为1.5～2.0，粘土地层中注浆量即为6.04～8.06m3，目前8号线马洪区间右线已洞通，环数为953环，注浆量基本在6方以上，注浆率为1.5左右，满足设计要求[6]。

4.2 地表沉降分析

目前右线隧道已贯通，现对使用干混砂浆作为同步注浆材料的盾构施工引起的地表沉降进行分析，现取右线始发段、正常掘进段、到达段的典型监测点进行分析，其中始发段最大沉降点为第6环处监测点，沉降量最大为-6.7mm，当同步注浆后24h后，地表沉降值未继续增大，后期地表沉降趋于稳定。正常掘进段最大沉降点为第226环处监测点，沉降量最大为-9.3mm，当同步注浆后24h后，地表沉降值也未继续增大，后期地表沉降趋于稳定。到达段典型沉降点为第920环处监测点，沉降量最大为-17.6mm，当同步注浆后24h后，地表沉降值也未繼续增大，后期地表沉降趋于稳定。地表沉降控制值为±30mm。

4.3 隧道成型质量分析

右线管线在使用干混砂浆同步注浆后，管片错台量控制较好，管片上浮量较小。管片纵缝错台量在0～4mm之间，管片环缝错台量85%在0～8mm的范围内。

5讨论

通过本项目部的实际使用和相关数据分析，干混砂浆与普通现场拌制砂浆相比，具有以下优点，值得在后续施工中推广应用：

（1）质量：原料质量均匀稳定，配合比可控，在存储和输送过程中具有良好的持久工作性，施工性能更佳;初凝时间短，现场试验一般为60min～120min，有利于粘土地层管片上浮的控制及管片稳定性，管片错台量小，地表沉降量可控，并且二次注浆用量减少约50%;

（2）场地：干混搅拌站场地占用小，与现场拌浆占用场地相对节省了水泥存储场、膨润土存储场地，节省占地面积50%;

（3）人工：现场拌浆人工一般为装载车司机、水泥、膨润土搅拌人员等3人，干混砂浆搅拌站1人即可完成单个搅拌站的操作;

（4）环保：干混砂浆生产、运输、搅拌、输送一体化的施工工艺，全过程封闭管理，大大减少现场拌制造成的环境污染;

（5）经济：隧道二次注浆量减少，二次注浆成本降低;从厂家直接发出，材料损耗率低，节约成本;但干混砂浆运输距离较远，运输成本较高。

当然，本项目在使用干混砂浆过程中也遇到了一些问题，并提出如下建议：

（1）搅拌机轴承损坏，搅拌机拌浆的下料管发生堵管现象，影响现场施工进度，建议对搅拌设备进行常规保养，并应对搅拌机的下浆管进行改造，减少堵管现象的发生;

（2）目前干混砂浆在成都、上海地铁进行了成功应用，但仅上海地区出具了同步注浆用的干混砂浆地方规范，干混砂浆可参考的技术规范较少，若能在武汉地铁推广，建议编制相关技术标准，指导干混砂浆应用施工。

参考文献

[1] 张凤祥.土建注浆施工与效果检测[M].上海：同济大学出版社，1998.

[2] 冯爱丽，覃维祖，王宗玉.絮凝剂品种对水下不分散混凝土性能影响的比较[J].石油工程建设，2012，22（4）：6-10.

[3] 冯德飞，卢文良，张树国.东海大桥70m箱梁预应力施工技术[J].铁道建筑技术，2016，18（2）：109-114.

[4] 王涛，许仲，木辛.聚合物改性水泥砂浆性能的影响因素[J].混凝土与水泥制品，2016，22（5）：109-115.

[5] 宋俊美，谈慕华，吴科如.聚合物裹砂改性水泥砂浆的性能研究[J].建筑材料学，2019，32（4）：19-24.

[6] 王培铭，许绮，李纹纹.羟乙基甲基纤维素对水泥砂浆性能的影响[J].建筑材料学报，2018，22（4）：305-309.