肖朝昀

（華僑大學(xué)土木工程學(xué)院，廈門361021）

張慶賀

（同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院地下建筑與工程系，上海200092 巖土及地下工程教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室（同濟(jì)大學(xué)），上海200092）

采用盾構(gòu)法施工的隧道，由于盾尾空隙的存在引起地層發(fā)生位移、地表沉降、隧道抗浮等成為隧道工作者共同關(guān)心的問題。盾尾注漿施工對(duì)控制地表沉降、隧道穩(wěn)定起著關(guān)鍵作用。盾尾注漿漿液應(yīng)滿足具有一定強(qiáng)度、一定的流動(dòng)性、體積收縮率小、受地下水稀釋后或注入時(shí)間稍長(zhǎng)時(shí)不產(chǎn)生材料分離。曾曉清等［1］對(duì)上海地鐵一號(hào)線盾構(gòu)施工中同步注漿的組成成分及性能進(jìn)行較系統(tǒng)的研究，提出了單液惰性漿液的配比，并進(jìn)行了固結(jié)試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、膨脹量試驗(yàn)和壓縮試驗(yàn)等。夏詩(shī)梁［2］在上海延安東路越江隧道工程中，對(duì)日本提供的雙液漿的漿液配比做了調(diào)整，調(diào)節(jié)了漿液的初凝時(shí)間，解決了漿液在泥水的侵蝕下不能正常發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的問題。鄒翀［3］針對(duì)廣州地鐵二號(hào)線越秀公園－三元里區(qū)間盾構(gòu)工程研制的盾尾單液注漿漿液具有3～12h以上的凝結(jié)時(shí)間，并根據(jù)不同的施工情況和地質(zhì)條件可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。羅云峰［4］進(jìn)行了減水劑的選擇試驗(yàn)，改善了盾構(gòu)法同步注漿漿液的施工性能，提高了漿液的穩(wěn)定性，改善了漿液的可泵性，實(shí)現(xiàn)了較好的注漿效果。梁精華［5］對(duì)南水北調(diào)中線穿黃隧道中細(xì)砂土質(zhì)，采用均勻設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，進(jìn)行了盾尾注漿材料的配合比優(yōu)化試驗(yàn)研究，并探討了單液活性注漿材料各組分對(duì)漿液性能的影響。筆者針對(duì)上海西藏南路越江隧道進(jìn)行了盾尾注漿漿液的試驗(yàn)配比研究，通過(guò)對(duì)初選漿液各組分對(duì)漿液性能影響分析，得到優(yōu)選漿液配比，分析添加泵送劑、增稠劑或氫氧化鈉分析純后對(duì)漿液性能的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)指標(biāo)

1）材料 200目熟石灰、二級(jí)粉煤灰、膨脹倍數(shù)為18 ml／g膨潤(rùn)土、砂（過(guò)2.5 mm篩孔）、華聯(lián)高效泵送劑、增稠劑（甲基纖維素醚）、氫氧化鈉分析純等。

2）試驗(yàn)指標(biāo) 密度，稠度，泌水率，3、7、28d強(qiáng)度，pH值，凝結(jié)時(shí)間，抗剪強(qiáng)度，壓縮系數(shù)，壓縮模量等。

1.2 試驗(yàn)方法

①參考已有文獻(xiàn)中漿液配比，提出1～3組初選漿液配方方案，對(duì)初選漿液配方進(jìn)行密度、稠度、直剪、固結(jié)壓縮、單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，比較組分變化對(duì)漿液指標(biāo)的影響；②提出優(yōu)選配方，添加外加劑進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試的試驗(yàn)；③進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定現(xiàn)場(chǎng)采用的漿液配方。

2 試驗(yàn)與分析

2.1 初選漿液試驗(yàn)

在參考已有文獻(xiàn)配比的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一系列初選試驗(yàn)，確定3組漿液配比F5、F9、F10（見表1）。表1中的石灰膏的配比為：生石灰∶水＝1.06kg∶2000 ml。對(duì)表1中3組配方進(jìn)行密度、稠度、坍落度、快剪、固結(jié)壓縮、單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2、圖1和圖2所示。表2中漿液抗剪強(qiáng)度及固結(jié)壓縮指標(biāo)分別與盾構(gòu)穿的土層性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。由于試驗(yàn)條件限制，對(duì)于單軸抗壓強(qiáng)度，沒有測(cè)試配方F9的單軸抗壓強(qiáng)度，僅測(cè)得配方F10的28d強(qiáng)度。

表1 初選漿液配比表

表2 初選漿液配方性能指標(biāo)

圖1 初選漿液配方抗剪強(qiáng)度

圖2 初選漿液配方e－lg p壓縮曲線

漿液稠度是表示漿液的稀稠程度，進(jìn)而反映漿液的流動(dòng)性，漿液稠度使用稠度測(cè)定儀測(cè)定。對(duì)比3組初選配方，增加黃砂降低粉煤灰的含量可以降低漿液的流動(dòng)性，使?jié){液的稠度值降低。

通過(guò)剪切試驗(yàn)測(cè)得粘聚力和內(nèi)摩擦角值。根據(jù)隧道埋設(shè)深度，計(jì)算出該深度下垂直壓力，進(jìn)而反算出土體的抗剪強(qiáng)度值為109.2～117.5k Pa。漿液配方F5、F9和F10在該深度下的抗剪強(qiáng)度在110～120k Pa之間，可見上述配方漿液的抗剪強(qiáng)度基本等于或略大于盾構(gòu)穿越土層的抗剪強(qiáng)度。

通過(guò)固結(jié)試驗(yàn)得到各配比方案的壓縮模量為7～15 MPa，3種配方的壓縮系數(shù)為0.108、0.207、0.229 MPa－1，為中壓縮性，偏向低壓縮性，壓縮性較小，較為合理。盾構(gòu)所穿越土層的壓縮模量為7.8 MPa和10.9 MPa，部分配方的壓縮模量大于所穿越土層的壓縮模量。含砂率較高的配方F9的壓縮模量較大，含砂率相等的配方F5和配方F10的壓縮模量相差不大，同樣含砂率的情況下粉煤灰含量高的配方F5的壓縮模量要大于石灰膏含量多的配方F10。由此可以得出，在穿越土體的時(shí)候可以通過(guò)提高含砂率或是減少石灰膏的含量來(lái)達(dá)到漿液的壓縮模量大于或等于所穿越土體的壓縮模量。

各配方試樣的3d單軸抗壓強(qiáng)度最小值為167k Pa，大于盾構(gòu)所穿越土層的地基承載力（不大于120k Pa），充分滿足抗壓強(qiáng)度的要求。增加石灰膏的含量同時(shí)減少粉煤灰的含量不但不能提高試樣的抗壓強(qiáng)度，反而使其強(qiáng)度降低。

用烘干法測(cè)得的各配比的含水量在17.2%～22.1%之間，與所穿越土層的含水率23.5%和27.5%相差不大。

2.2 優(yōu)選漿液試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)上述初選配方試驗(yàn)結(jié)果分析，調(diào)整各組分在漿液中的比例，得到優(yōu)選配方（見表3）。對(duì)該優(yōu)選配方進(jìn)行添加泵送劑、增稠劑或氫氧化鈉分析純，進(jìn)行密度、稠度、泌水率、單軸抗壓強(qiáng)度（3、28d）、pH值性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表3 優(yōu)選漿液配比

分析表4，在優(yōu)選漿液配比中添加泵送劑使?jié){液流動(dòng)性增大。漿液泌水率是一個(gè)重要參數(shù)，泌水率越少，漿液凝固而產(chǎn)生下沉量也越少，添加增稠劑或氫氧化鈉分析純后，漿液泌水率增加，分別為4.5%和3.0%。另外，添加增稠劑或氫氧化鈉分析純，漿液3d強(qiáng)度與盾構(gòu)所穿越土層的地基承載力（不大于120k Pa）接近，均能滿足抗壓強(qiáng)度的要求。對(duì)漿液進(jìn)行pH值測(cè)定，漿液的pH值（10～11）呈弱堿性，不會(huì)對(duì)管片結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕作用，但對(duì)于注漿設(shè)備的橡膠連接部分，應(yīng)注意漿液的腐蝕破壞作用。另外試驗(yàn)還得出優(yōu)選配方漿液的初凝結(jié)時(shí)間大于10h，漿液的收縮率在3%～4%之內(nèi)，能滿足工程需要。

表4 優(yōu)選漿液性能指標(biāo)

3 結(jié) 論

筆者針對(duì)上海西藏南路越江隧道進(jìn)行了盾尾注漿漿液的試驗(yàn)配比研究，通過(guò)對(duì)初選漿液各組分對(duì)漿液性能影響分析，得到優(yōu)選漿液配比，分析添加泵送劑、增稠劑或氫氧化鈉分析純后對(duì)漿液性能的影響。根據(jù)試驗(yàn)可得以下結(jié)論：

（1）增加黃砂降低粉煤灰的含量可以降低漿液的流動(dòng)性，使?jié){液的稠度值降低。

（2）可以通過(guò)提高含砂率或是減少石灰膏的含量來(lái)達(dá)到漿液的壓縮模量大于或等于所穿越土體的壓縮模量。

（3）添加泵送劑使?jié){液流動(dòng)性增大，添加增稠劑或氫氧化鈉分析純后，漿液泌水率增加。

（4）試驗(yàn)優(yōu)選漿液配比為：熟石灰∶粉煤灰∶膨潤(rùn)土∶黃砂∶泵送劑∶水＝104∶390∶85∶1534∶3.9∶390，其稠度值為8～9c m，泌水率小于5%左右，3d強(qiáng)度值為0.11～0.15 MPa左右，各指標(biāo)均能滿足工程要求。

［1］曾曉清，張慶賀 .土壓平衡盾構(gòu)同步注漿漿液性能試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)市政工程，1995（1）：46－50.

［2］夏詩(shī)梁 .雙液注漿在大型泥水平衡盾構(gòu)施工中的應(yīng)用［J］.世界隧道，1998（3）：18－22.

［3］鄒翀 .盾構(gòu)隧道同步注漿技術(shù)［J］.巖土工程界，2002，5（9）：44－47.

［4］羅云峰，區(qū)希，張厚美 .地鐵隧道盾構(gòu)法同步注漿用水泥砂漿的試驗(yàn)研究［J］.混凝土，2004（8）：72－75.

［5］梁精華 .盾構(gòu)隧道壁后注漿材料配比優(yōu)化及漿體變形特性研究［D］.南京：河海大學(xué)，2006.