鑒定技術(shù)文件之六盾尾同步注漿材料與參數(shù)鑒定技術(shù)文件之六盾尾同步注漿材料與參數(shù)盾尾同步注漿材料與參數(shù)1地層特點與同步注漿概況1.1成都富水砂卵石地層特點成都地層巖體松散，無膠結(jié)，自穩(wěn)能力差，單個石塊強度高，卵石塊在地層中起骨架作用。砂卵石地層是一種典型的力學不穩(wěn)定地層，顆粒之間的空隙大，幾乎沒有粘聚力，砂卵石地層在無水狀態(tài)下，顆粒之間點對點傳力，地層反應靈敏，刀盤旋轉(zhuǎn)切削時，地層很容易破壞原來的相對穩(wěn)定或平衡狀態(tài)而產(chǎn)生坍塌，引起較大的地層損失和圍巖擾動。盾構(gòu)主要穿越的砂卵石地層，粒徑30～100mm的顆粒的卵石含量約65～75%，粒徑100～130mm的大約占10%。成都地層富水，地下水位枯水期埋深一般在3～5m之間，豐水期埋深一般在1-3m之間，最小埋深為0.2m。據(jù)成都前期基坑施工經(jīng)驗，在開挖之前進行降水之后開挖，基坑壁自立性較好，而且由于卵石的骨架作用，降水引起的變形相對較小。但在存在地下水的情況下，盾構(gòu)在掘進過程中，局部水壓會很大，會對盾構(gòu)造成一定的影響，特別是開挖面的穩(wěn)定。1.2盾構(gòu)同步注漿盾尾同步注漿是盾構(gòu)一邊向前推進，一邊不停地向盾尾空隙加壓注漿材料的一種注漿方法，如圖1.1所示。用不間斷的加壓，使注漿材料在充入建筑空隙后，在沒有達到土體相同強度前，能保持一定的壓力和上部土體相當，從而使地面沉降控制在最小的范圍。一般情況而言盾構(gòu)施工中同步注漿有以下三個目的：圖1.1盾構(gòu)同步注漿示意圖（1）防止地層變形壁后注漿最重要目的就是及時填充盾尾空隙，減小土層的移動，從而減少地表的變形，防止因盾尾空隙的存在導致地層發(fā)生較大變形。地層變形是一種與地層、地下水等條件、隧道斷面、設置深度及施工技術(shù)等多種因素有關(guān)的復雜現(xiàn)象，通常取決于壁后注漿的效果。因為盾尾脫離時出現(xiàn)臨時無支撐的掘屑狀態(tài)，致使盾尾空隙變形，或者局部崩塌，圍巖松散范圍擴大，所以壁后注漿的效果直接影響地表沉降的程度。如果盾尾空隙不及時得到填充，勢必造成地層變形，使得相鄰地表建筑物沉降或隧道本身偏移。（2）提高隧道的抗?jié)B性壁后注漿漿液凝固后，一般都有一定抗?jié)B性能，可作為隧道的第一道止水防線，從而提高隧道抗?jié)B性能。管片襯砌的滲水現(xiàn)象也與壁后注漿好壞有密切的關(guān)系。如果管片背面抗?jié)B充填注入的施工效果不好，則管片背面產(chǎn)生的滲水現(xiàn)象嚴重，會導致地下水的流動或者水位下降。如果產(chǎn)生這種現(xiàn)象，則會由于下述原因致使地層變形。隨著地下水位的降低，地層內(nèi)的有效應力增加，產(chǎn)生壓密現(xiàn)象，致使地層變形。伴隨地下水的流動，地層中的土顆粒移動，因土顆粒間的空隙被壓縮，故產(chǎn)生地層變形。（3）確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具備一定早期強度的漿液及時填充盾尾空隙，可確保管片襯砌的早期和后期穩(wěn)定性。盾構(gòu)法隧道是一種管片襯砌與圍巖共同作用的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的構(gòu)造物，管片背面空隙均勻、密實地注入、充填是確保土壓力均勻作用的前提條件。隧道是一種管片襯砌結(jié)構(gòu)和地層一體化的穩(wěn)定構(gòu)造物，管片上作用的外力也是在這個假定的條件下考慮的。這意味著管片背面空隙的均勻注入充填是確保作用外力均勻的先決條件。總之，盾構(gòu)壁后同步注漿的效果與地層變形大小和管片襯砌滲水等方面有著極為密切的關(guān)系，在此結(jié)合成都地鐵一號線盾構(gòu)隧道的施工，對富水砂卵石地層下的同步注漿的材料和參數(shù)控制分別進行研究。2注漿材料研究2.1注漿材料概況為了實現(xiàn)壁后注漿的目的，注入漿液必須迅速、密實地充填盾尾空隙，為此壁后注漿漿液性能必須滿足下列要求：①②漿液流動性好、離析少；③漿液應具備不受地下水稀釋的特性；④材料分離少，以便能長距離壓送；⑤壁后注漿填充后，希望早期強度能均勻，其數(shù)值與原狀土的強度相當；⑥漿液硬化后的體積收縮率和滲透系數(shù)要小；⑦無公害、價格便宜。上述要求中最重要的是充填性、流動性及不向盾尾以外的區(qū)域流失等特性，滿足這些特性是實現(xiàn)壁后注漿目的的關(guān)鍵。2.1.1壁后注漿材料種類目前盾構(gòu)施工中壁后注漿材料的種類可分為兩類:單液型和雙液型。單液型漿液又可分為惰性漿液和硬性漿液。惰性漿液即漿液中沒有摻加水泥等膠凝物質(zhì)，早期強度和后期強度均很低的漿液。而硬性漿液即在漿液中摻加了水泥等膠凝物質(zhì)，由粉煤灰、砂、水泥、水、外加劑等在攪拌機中一次拌合而成，具備一定早期強度和后期強度的漿液。對于惰性漿液，漿液強度、初凝時間、泵送性能和含水量密切相關(guān)。含水量多，則強度低，泵送性好；含水量少，則反之。對于硬性漿液，漿液強度、初凝時間、泵送性能和水灰比密切相關(guān)。水灰比高，則強度低，泵送性好；水灰比低，則反之。單液注漿法以砂漿作為典型代表在施工過程中被長期采用，為了提高砂漿的流動性，使用發(fā)泡劑制成充氣砂漿，不僅改善了填充效果，而且還有利于管道輸送。然而砂漿達到規(guī)定強度的硬化時間較長，硬化期間管片環(huán)的真圓度保持困難，而且土壓力造成砂漿脫水壓密，砂漿體積縮小，沉降也因此而增大，此外充氣砂漿還有隨之而來的氣泡的消失問題，對地面的影響也會加大。雙液式注漿法將A液和B液從兩根管道送入，在注漿口同時排出，在使兩者混合的同時注入盾尾空隙。其中A液是砂漿，B液是速凝劑(水玻璃系列)，由此可控制硬化時間。雙液漿又可根據(jù)初凝時間不同分為緩結(jié)型(初凝時間30～60h)和瞬凝型(初凝時間小于20h)。膠凝時間越長，越容易發(fā)生向土倉泄漏和向土體內(nèi)流失的情況，限定范圍的填充越困難，而且在沒有初凝前，容易被地下水稀釋，產(chǎn)生材料分離，因此，目前多采用瞬凝型漿液注漿。但膠凝時間過短，也會造成注入還沒結(jié)束，漿液便失去了流動性，導致填充效果不佳，具體分類如圖2.1所示。壁后注漿材料單液型壁后注漿材料單液型雙液型砂漿(砂、粘土、其他)水泥膨潤土混合液充氣砂漿添加纖維材料的砂漿小礫石混凝土其他LW急凝砂漿急凝充氣砂漿瞬凝型漿液除LW以外的化學漿液其他圖2.1壁后注漿材料的具體分類目前使用的主要漿液類型和性能見表2.1。表2.1主要漿液類型特性比較單液惰性漿(無水泥)單液硬性漿(有水泥)雙液漿(水泥+水玻璃)早期強度低較高最終強度較小大很高限制性易流失有流失大充填性好較好基本不流失堵塞問題基本無存在較好價格便宜一般貴從表2.1可看出，單液惰性漿雖然流動性好，價格便宜，但早期強度低，固結(jié)時間長，易流失，不適宜應用于自立性較差的土層中。相反，雙液漿雖然早期強度高，流動性充填性都很好，但卻存在易堵管的問題，施工時須對雙液同時管理，工藝非常復雜，且價格相對昂貴，因此目前在國內(nèi)還是很少應用。而單液硬性漿早期強度較高，能較好的充填盾尾空隙，能滿足一般工程上(自立性不是很差的土層)的施工要求，且價格也不貴，因此得到了廣泛的應用。2.1.2壁后注漿材料現(xiàn)狀壁后注漿材料是關(guān)系到注漿成敗的關(guān)鍵之一，它直接影響到注漿成本、注漿效果、注漿工藝等一系列問題。注漿材料的發(fā)展在國外已有兩百年來的歷史，目前各國均在研制可灌性好、固結(jié)強度高、膠凝時間易于調(diào)控、材料來源廣泛和毒性小的注漿材料。我國隧道注漿材料的使用，雖然只有四十年的歷史，但為此進行了大量的研究，取得了一定的成果。針對盾構(gòu)隧道壁后注漿材料主要有以下方面。同濟大學曾曉清、張慶賀對上海地鐵1號線盾構(gòu)施工中惰性漿的組分及性能進行了強度、膨脹性、壓縮性以及泌水率的試驗研究，提出了漿液配比的適當建議。我國長江科學研究院王樹清等為穿黃隧道的研究，進行大量同步注漿材料的開發(fā)研究，研制了水泥-粉煤灰-潤土-玻璃系雙液塑性同步注漿材料，探討了材料組分對注漿材料流動性、凝膠特性、穩(wěn)定性、強度等的影響，解決了水灰比大的水硬性漿液的長期穩(wěn)定性問題，解決了材料的長期穩(wěn)定性、早期強度等與施工要求之間的矛盾。羅云峰等進行了減水劑的選擇試驗，以及水泥砂漿各成分的優(yōu)化配比試驗，提出的優(yōu)化配合比，能較好的滿足地鐵盾構(gòu)同步注漿施工工藝的要求，認為膨潤土的加入可提高砂漿穩(wěn)定性，改善砂漿的可泵性，同時也降低砂漿的流動性，并會加快砂漿流動性的經(jīng)時損失性。華南理工大學對壁后注漿材料摻加外加劑進行了較多的研究，認為使用保水劑在技術(shù)上較常用的膨潤土復摻減水劑的方案優(yōu)越，在經(jīng)濟上二者相近，值得推廣應用。發(fā)明的木質(zhì)素系地鐵盾構(gòu)注漿外加劑對盾構(gòu)注漿具有很好的減水增強作用和穩(wěn)定作用，并使注漿具有適中的凝結(jié)時間和較小的泵送阻力。北京城建集團有限責任公司以生石灰和粉煤灰為主劑發(fā)明的惰性漿液，其流動性、稠度、分層度和凝結(jié)時間均能滿足盾構(gòu)掘進需要，并通過調(diào)節(jié)添加劑(添加劑為純堿或梭甲基鈉纖維素，即CMC)的摻入量可以有效的控制漿液的性能，以適應不同地層、不同掘進進度對漿液性能的要求。配料簡單，制造成本低，生產(chǎn)容易，和易性能好，施工管理方便、防止環(huán)縱縫滲漏，地面沉降控制在允許范圍之內(nèi)。上海隧道工程股份有限公司發(fā)明的單液硬性漿具有如下性能:漿液稠度值9.5～11.5(cm),泌水率≤6.0(%)，漿液結(jié)實體齡期1-2天達原狀土強度，齡期28天達5～9MPa，漿液結(jié)實體具有抗震動液化功能，同時具有保水、潤滑性，高流動性、低離析率，提高泵送能力的作用，使可硬化漿液能更好地滿足注漿設備的要求，能夠有效及時控制地面后期沉降。針對國內(nèi)在建或已建地鐵盾構(gòu)施工工程，對上海、南京、深圳、廣州四地部分盾構(gòu)區(qū)間壁后注漿材料進行了調(diào)查分析，常用注漿材料配合比見表2.2。表2.2上海、南京、深圳、廣州地鐵同步注漿材料配合比水泥(c)粉煤灰(F)膨潤士(B)砂(S)水(W)減水劑(A)W/(C+F)(C+F)/S上海地鐵(惰性漿液)31090595450深圳地鐵一號線180310378753100.630.56南京地鐵一期工程1003007513502250.560.30廣州地鐵三號線122223248(粘土）9102482.50.72廣州地鐵四號線2403203011004700.840.51表中符號定義:C—水泥F—粉煤灰B—膨潤土S—砂W—水A—減水劑W/(C+F)—水膠比(C+F)/S—膠砂比表2.2中水泥、粉煤灰遇水具有膠結(jié)性，因此定義為膠凝材料(C+F)。注漿材料配合比與地層條件、施工條件有關(guān)，但從己建或在建盾構(gòu)區(qū)間所用單液硬性漿配合比來看，常用水膠比范圍在0.6～0.8之間，膠砂比范圍在0.5～0.7之間。2.1.3成都地層注漿材料的要求針對成都砂卵石富水地層，滲透系數(shù)大，采用傳統(tǒng)的同步注漿材料，注入后會被地下水稀釋，并且后期達不到應該有的強度。需要針對該地層，研究出合適的同步注漿材料。注漿材料最好能滿足以下要求。(1)具有能完全填補盾尾空隙的流動性；(2)漿液在規(guī)定的時間內(nèi)固化；(3)在早期強度就能達到大于土體的強度；(4)不發(fā)生體積縮水現(xiàn)象；(5)在受到地下水稀釋后要不發(fā)生材料分離；(6)結(jié)硬后材料不應有游離水的出現(xiàn)；(7)經(jīng)濟性；(8)施工方便。2.2試驗設計2.2.1材料的選擇材料的選擇要本著實用、就近取材、經(jīng)濟和制作方便的原則。根據(jù)分析、研究選取如下材料作為本次注漿試驗的材料。（1）水泥：作為固化劑在配合料中起到提高強度的作用；（2）粘土：增加漿液材料的流塑性，提高漿液的整體性，增加漿液的抗水沖分散性能，抗?jié)B性；（3）膨潤土：膨潤土可防止?jié){液的離析，提高漿液的泵進性能，膨潤土的加入使砂漿的穩(wěn)定性得到提高，可泵性增大，防止?jié){液在輸送管路中過早沉積而堵塞管路；（4）粉煤灰：填充材料；（5）增效劑：增加漿液的和易性，保水抗?jié)B性能、飽滿度。2.2.2漿液主要性能指標在施工中，根據(jù)地層條件、地下水情況及周邊條件等，采用不同配比的同步注漿材料進行試驗。同步注漿漿液的主要物理力學性能應滿足下列指標。（1）膠凝時間：一般為3～10h；（2）固結(jié)體強度：一天不小于0.15MPa，28天不小于1.2MPa；（3）漿液結(jié)石率：>95%，即固結(jié)收縮率<5%；（4）漿液稠度：8～12cm；（5）漿液穩(wěn)定性：傾析率（靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比）小于5%；（6）達到拌和靜置72h后不離析。膨潤土和穩(wěn)定劑還可以提高漿液的泵進性能，防止?jié){液在輸送管路中過早沉積而堵塞管路水玻璃作為速凝劑按不同的比倒加入漿液中可調(diào)整初凝時間和早期強度。2.2.3測試項目（1）漿液密度；（2）漿液流動度；（3）漿液塌落度；（4）稠度；（5）凝結(jié)時間；（6）水下澆注試驗；（7）抗水沖的分散試驗；（8）析水率；（9）試件的抗壓強度試驗。2.3試驗方法2.3.1漿液比重采用比重計測量。2.3.2流動度試驗本方法適用于測定注漿材料的流動效果，用漿液材料在玻璃平面上自由流淌的最大直徑表示。（1）儀器①漿攪拌機；②截錐圓模：上口直徑36mm，下口直徑60mm，高度為60mm，內(nèi)壁光滑無接縫的金屬制品；③玻璃板(400×400mm，厚5mm)；④秒表；⑤鋼直尺(300mm)；⑥刮刀；⑦藥物天平(稱量100g，分度值0.1g)；⑧藥物天平(稱量1000g，分度值1g)。（2）試驗步驟①將玻璃板放置在水平位置，用濕布將玻璃板，截錐圓模，攪拌器及攪拌鍋均勻擦過，使其表面濕而不帶水漬；②將截錐圓模放在玻璃板的中央，并用濕布覆蓋待用；③稱取漿液，倒入攪拌鍋內(nèi)；④將拌好的凈漿迅速注入截錐圓模內(nèi)，用刮刀刮平，將截錐圓模按垂直方面提起，同時開啟秒表計時，任水泥凈漿在玻璃板上流動，至30s，用直尺量取流淌部分互相垂直的兩個方向的最大直徑，取平均值作為水泥凈漿流動度。（3）結(jié)果表達①表達凈漿流動度時，需注明用水量，所用水泥的標號、名稱、型號及生產(chǎn)廠和外加劑摻量；②試樣數(shù)量不應少于三個，結(jié)果取平均值，誤差為±5mm；2.3.3塌落度試驗試驗目的：檢驗漿液的流塑性及可泵性；試驗方法同流動度中的試驗方法。但測量的是小截錐桶提出后漿液的塌落情況。2.3.4稠度試驗儀器見圖2.2砂漿稠度測定儀，另外還需要搗棒、拌板、量筒、秒表等。試驗步驟如下：（1）將拌和好的砂漿一次裝入圓錐筒內(nèi)，裝至距筒口約10mm為止，用搗棒插搗25次，并將筒體振動5～6次，使表面平整，然后移至稠度測定儀底座上；（2）放松制動螺絲，調(diào)整圓錐體，使得試錐尖端與砂漿表面接觸，擰緊制動螺絲，調(diào)整齒條測桿，使齒條測桿的下端剛好與滑桿上端接觸，并將指針對準零點；（3）松開制動螺絲，圓錐體自動沉入砂漿中，同時記時，到10秒時固定螺絲。然后從刻度盤上讀出下沉深度。圖2.2砂漿稠度測定儀2.3.5凝結(jié)時間本方法適用于測定砌筑砂漿和抹灰砂漿以貫入阻力表示的凝結(jié)時間。測定所用設備符合下列規(guī)定：砂漿凝結(jié)時間測定儀由試針、容器、臺秤和支座四部分組成，如圖2.3所示。試針由不銹鋼制成截面積為30mm2。盛砂漿容器由鋼制成。內(nèi)徑為140mm，高為75mm。臺秤的稱量精度為0.5N。支座分底座支架及操作桿三部分由鑄鐵或鋼制成；定時鐘等。凝結(jié)時間試驗應按下列步驟進行：(1)制備好的砂漿裝入砂漿容器內(nèi)，低于容器上口10mm，輕輕敲擊容器并予抹平。將裝有砂漿的容器放在的室溫條件下保存；(2)砂漿表面泌水不清除測定貫入阻力值，用截面為30mm2的貫入試針與砂漿表面接觸，在10s內(nèi)緩慢而均勻地垂直壓入砂漿內(nèi)部深25mm，每次貫入時記錄儀表讀數(shù)Np，貫入桿至少離開容器邊緣或任何早先貫入部位12mm；(3)在條件下實際的貫入阻力值在成型后2h開始測定（從攪拌加水時起算），然后每隔半小時測定一次，至貫入阻力達到0.3MPa后改為每15min測定一次直至貫入阻力達到0.7MPa為止。(4)砂漿貫入阻力按下計算（2.1）式中：－貫入阻力值,－貫入深度至25mm時的靜壓力（N）－貫入度試針截面積圖2.3稠度測試儀示意圖2.3.6水下澆注試驗由于注漿是在富水條件下進行的，因此，本項試驗模擬水下的注入試驗，目的是看漿液在水中的表現(xiàn)性能。2.3.7抗水沖分散試驗和上個試驗類似，該項試驗主要是看漿液是否對水流的抗分散性。如圖2.4所示，試驗時將漿液和水同時從傾斜圓管上澆下，觀察漿液性能。圖2.4自制水沖試驗的的滑動槽及盆2.3.8析水率該項試驗主要檢驗漿液的性能，方法為將漿液100ml裝入量筒，靜置，看上面的水占總漿液的比例，如圖2.5所示。圖2.5析水率試驗2.3.9試件的抗壓強度試驗本項試驗測試注漿體的長期強度性能。測試短期及28d的強度。2.3.10主要試驗儀器照片主要儀器照片如圖2.6所示a)稠度儀b)凝結(jié)時間測定儀c)自制塌落度/流動度小桶圖d)攪拌機e)100g天平f)8kg天平稱g)自制水沖試驗的的滑動槽及盆f)澆注試模h)三角板、刮刀、直尺、玻璃板等i)量筒圖2.6主要的實驗儀器照片2.4試驗結(jié)果與分析2.4.1各組試驗情況(1)A組試驗A組試驗記錄見表2.3，試驗照片如圖2.7所示。表2.3A組試驗記錄試驗時間2006年9月24日星期日備注原料配合比水：2500g，水泥，600g，粉煤灰：800g，細沙：2500g，膨潤土：400g，黃泥粉：1200g，外加劑：試驗開始時間11:34攪拌時間10min漿液密度1.625g/cm3“凝結(jié)時間測定”試樣制作時間11:50流動度試驗時間及結(jié)果時間：11:53試驗結(jié)果：（12.5cm+11.5cm）/2=12cm試塊制做時間及個數(shù)14:01試塊個數(shù)：1“水的稀釋性”試樣制作時間14:32初始塌落度試驗時間及結(jié)果時間：14:22結(jié)果：6cm-1.3cm=4.7cm“凝結(jié)時間測定”時間及結(jié)果16:15=2.5N/30mm2=0.083MPa；19:55=6N/30mm2=0.2MPa；25日：4:30=10N/30mm2=0.33MPa；8:15=12N/30mm2=0.4MPa；12:10=13N/30mm2=0.43MPa；14:10=14N/30mm2=0.47MPa；16:47=15N/30mm2=0.5MPa；22:00=16N/30mm2=0.53MPa；9月26日：8:30=20.5N/30mm2=0.68MPa；12:25=21N/30mm2=0.7MPa；凝結(jié)時間測定的試件盒中9個小時過仍有1-2mm的泌水，放置3個小時左右后的流動性不大好。達到0.3MPa的時間（h）15達到0.5MPa的時間（h）24達到0.7MPa的時間（h）44a)A組流動塌落度b)A組放置3.5小時候可以和水分離c)A組凝結(jié)時間試件圖2.7A組實驗照片(2)B組試驗B組試驗記錄見表2.4，試驗照片如圖2.8所示。表2.4B組試驗試驗記錄試驗時間2006年9月24日星期日備注原料配合比水：6000g，水泥，1600g，粉煤灰：1600g，細沙：4600g，膨潤土：600g，黃泥粉：2000g試驗開始時間16:10攪拌時間15min漿液密度1.575g/cm3“凝結(jié)時間測定”試樣制作時間16:35流動度試驗時間及結(jié)果時間：16:45試驗結(jié)果：（16cm+14.5）/2=15.25cm試塊制做時間及個數(shù)16:40試塊個數(shù)：2“水的稀釋性”試樣制作時間17:10初始塌落度試驗時間及結(jié)果時間：16:42結(jié)果：6cm-1.2cm=“凝結(jié)時間測定”時間及結(jié)果25日：0:18:=2.5N/30mm2=0.083MPa；4:30=3N/30mm2=0.1MPa；8:15=4.5N/30mm2=0.15MPa；12:10=6N/30mm2=0.2MPa；14:10=6N/30mm2=0.2MPa；16:47=6.5N/30mm2=0.22MPa；22:00=9N/30mm2=0.3MPa；9月26日：8:30=11N/30mm2=0.37MPa；12:25=11N/30mm2=0.37MPa；17:23=12N/30mm2=0.4MPa；22:00=13.5N/30mm2=0.45MPa；9月27日：8:00=20N/30mm2=0.67MPa；流動度稍大，析水較嚴重達到0.3MPa的時間（h）30達到0.5MPa的時間（h）62達到0.7MPa的時間（h）68a)B組凝結(jié)時間測定的試件b)B組初始流動度、塌落度c)B漿液在水中泡3小時后圖2.8B組實驗照片(3)C組試驗C組試驗記錄見表2.5，試驗照片如圖2.9所示。表2.5C組試驗試驗記錄試驗時間2006年9月24日星期日備注原料配合比水：5500g，水泥，2000g，粉煤灰：2400g，細沙：6800g，膨潤土：800g，黃泥粉2000g，外加劑：6g試驗開始時間22:25攪拌時間20min試件密度1.625g/cm3凝結(jié)時間測定試樣制作時間22:55流動度試驗時間及結(jié)果時間：22:58,試驗結(jié)果：（12cm+12）/2=12cm時間:25日4:30,結(jié)果:(6.5cm+6.3)/2=6.4cm(攪拌狀態(tài)下)試塊制做時間及個數(shù)23:10,試塊個數(shù)：2水的稀釋性”試樣制作時間23:23塌落度試驗時間及結(jié)果初始塌落度：時間：22:58結(jié)果：6cm-1.5cm=25日4:30塌落度：結(jié)果：6cm-4.5cm=稠度試驗時間及結(jié)果時間：23:08結(jié)果：14.5cm時間：25日4:30結(jié)果：2cm時間：25日4:30結(jié)果：3.8cm（攪拌狀態(tài)下）“凝結(jié)時間測定”時間及結(jié)果25日：4:30=3N/30mm2=0.1MPa；8:15=3N/30mm2=0.1MPa；12:10=8.5N/30mm2=0.28MPa；14:10=9N/30mm2=0.3MPa；16:47=11N/30mm2=0.37MPa；22:00=15.5N/30mm2=0.52MPa；9月26日：8:30=20N/30mm2=0.67MPa；12:25=23N/30mm2=0.77MPa；17:23=26N/30mm2=0.87MPa；侵水至26日17:23水稍風干達到0.3MPa的時間（h）14達到0.5MPa的時間（h）24達到0.7MPa的時間（h）34a)C組塌落度、流動度測試b)C組水沖試驗圖2.9C組實驗照片(4)D組試驗D組試驗記錄見表2.6,試驗照片如圖2.10所示。表2.6D組試驗試驗記錄試驗時間2006年9月25日星期一備注原料配合比水：4200g，水泥，900g，粉煤灰：3300g，細沙：6000g，膨潤土：600g，黃泥粉0g，外加劑：2.7g試驗開始時間11:04攪拌時間10min漿液密度1.65g/cm3凝結(jié)時間測定”試樣制作時間11:21流動度試驗時間及結(jié)果時間：11:18試驗結(jié)果：（19cm+23）/2=21cm試塊制做時間及個數(shù)11:28試塊個數(shù)：1水的稀釋性”試樣制作時間稠度試驗時間及結(jié)果“凝結(jié)時間測定”時間及結(jié)果22:00=1.5N/30mm2=0.05MPa；9月26日：8:30=4.5N/30mm2=0.15MPa；12:25=5N/30mm2=0.17MPa；17:23=5.5N/30mm2=0.18MPa；22:00=7N/30mm2=0.23MPa；9月27日：12:15=9.5N/30mm2=0.32MPa；17:30=11N/30mm2=0.37MPa；22:20=13N/30mm2=0.43MPa；9月28日：8:35=15N/30mm2=0.5MPa；12:10=17N/30mm2=0.57MPa；17:10=18N/30mm2=0.6MPa；22:15=18.5N/30mm2=0.62MPa；9月29日：9:05=20.5N/30mm2=0.68MPa；侵水、漿液很稀，水中澆注不能形成體達到0.3MPa的時間（h）24h達到0.5MPa的時間（h）69h達到0.7MPa的時間（h）96h圖2.10D組漿液放置之后析水嚴重(5)E組試驗E組試驗記錄見表2.7，試驗照片如圖2.11所示。表2.7E組試驗試驗記錄試驗時間2006年9月25日星期一備注原料配合比水：3000g，水泥，975g，粉煤灰：3675g，細沙：6300g，膨潤土：600g，黃泥粉0g，外加劑：2.93g試驗開始時間15:44攪拌時間10min漿液密度1.8g/cm3“凝結(jié)時間測定”試樣制作時間16:05流動度試驗時間及結(jié)果時間：15:58試驗結(jié)果：（13.5cm+14.5）/2=14cm時間：17:00試驗結(jié)果：（9.5cm+8.5）/2=9cm試塊制做時間及個數(shù)16:06試塊個數(shù)：1水的稀釋性”試樣制作時間16:25細水流試驗16:20塌落度試驗時間及結(jié)果16:05結(jié)果：6cm-1cm=時間：17:00結(jié)果：6cm-2.5cm=稠度試驗時間及結(jié)果時間：16:04試驗結(jié)果:13.8cm.(全部侵入砂漿內(nèi))時間：17:00試驗結(jié)果:11.5cm“凝結(jié)時間測定”時間及結(jié)果22:00=0.5N/30mm2=0.02MPa；9月26日：8:30=11/30mm2=0.37MPa；17:23=15.5N/30mm2=0.52MPa；22:00=18N/30mm2=0.6MPa；9月27日：8:00=27.5N/30mm2=0.92MPa；侵水、漿液很稀，水中澆注不能形成體達到0.3MPa的時間（h）11達到0.5MPa的時間（h）24h達到0.7MPa的時間（h）34Ha)E組水中澆注試驗b)E組水沖試驗圖2.11E組實驗照片（6）F組試驗F組試驗記錄見表2.8,補充試驗見表2.9，試驗照片如圖2.12所示表2.8F組試驗試驗記錄試驗時間2006年9月25日星期一備注原料配合比水：4000g，水泥，1050g，粉煤灰：0g，細沙：6450g，膨潤土：600g，黃泥粉3150g，外加劑：試驗開始時間19:30攪拌時間25min漿液密度1.7g/cm3“凝結(jié)時間測定”試樣制作時間20:05流動度試驗時間及結(jié)果時間：19:57試驗結(jié)果：（7cm+7.5）/2=7.25cm試塊制做時間及個數(shù)20:37試塊個數(shù)：1“水的稀釋性”試樣制作時間細水流試驗20:02塌落度試驗時間及結(jié)果19:57結(jié)果：6cm-4cm=稠度試驗時間及結(jié)果20:10試驗結(jié)果:11.5cm.(全部侵入砂漿內(nèi))“凝結(jié)時間測定”時間及結(jié)果9月26日：8:30=10N/30mm2=0.33MPa；12:25=14N/30mm2=0.47MPa；17:23=15.5N/30mm2=0.52MPa；22:00=18N/30mm2=0.6MPa；9月27日：8:00=23.5N/30mm2=0.78MPa；侵水達到0.3MPa的時間（h）10達到0.5MPa的時間（h）19h達到0.7MPa的時間（h）28F組由于粘土粉添加量較大，因此，使得其流動性降低，但其稠度（11.5cm）仍較大，說明該漿液還不是很稠，說明仍很軟，所以，仍具有較好的可泵性。表2－9試驗F補充試驗時間2006年9月25日星期一備注原料配合比取F試樣1600g試驗開始時間20:25攪拌時間手動攪拌3-5min，漿液密度1.7g/cm3“凝結(jié)時間測定”試樣制作時間流動度試驗時間及結(jié)果時間：20:30試驗結(jié)果：（7cm+7.5）/2=7.25cm試塊制做時間“水的稀釋性”試樣制作時間細水流試驗塌落度試驗時間及結(jié)果20:30結(jié)果：6cm-3cm=稠度試驗時間及結(jié)果“凝結(jié)時間測定”時間及結(jié)果a)F組漿液b)F組塌落度、流動度試驗c)F組的抗水沖試驗圖2.12F組實驗照片（7）G組試驗G組試驗記錄見表2.10，試驗照片如圖2.13所示表2.10G組試驗試驗記錄試驗時間2006年9月26日星期二備注原料配合比水：5000g，水泥：1400g，粉煤灰：3000g，細沙：6000g，膨潤土：700g，黃泥粉2400g，外加劑：試驗開始時間14:30攪拌時間10min漿液密度1.675g/cm3凝結(jié)時間測定”試樣制作時間14:49流動度試驗時間及結(jié)果時間：14:42,試驗結(jié)果：（15.5cm+15.5）/2=15.5cm時間：18:15試驗結(jié)果：（10cm+9）/2=10.5cm試模制做時間及個數(shù)14:52試塊個數(shù)：2水的稀釋性”試樣制作時間14:47細水流試驗塌落度試驗時間及結(jié)果14:42結(jié)果：6cm-1cm=18:15結(jié)果：6cm-3.5cm=稠度試驗時間及結(jié)果14:55試驗結(jié)果:13.5cm.(全部侵入砂漿內(nèi))稠度7-8cm即可泵“凝結(jié)時間測定”時間及結(jié)果26日：22:00=3.5N/30mm2=0.12MPa；9月27日：8:00=8N/30mm2=0.27MPa；12:15=9N/30mm2=0.3MPa；17:30=11N/30mm2=0.37MPa；22:20=13.5N/30mm2=0.45MPa；9月28日：8:35=18N/30mm2=0.6MPa；12:10=21N/30mm2=0.7MPa；侵水達到0.3MPa的時間（h）22h達到0.5MPa的時間（h）62h達到0.7MPa的時間（h）69h圖2.13G組水中澆注試驗:在水中澆注無抗水性，很快被水稀釋。（8）H組試驗H組試驗記錄見表2.11，試驗照片如圖2.13所示表2.11H組試驗試驗記錄試驗時間2006年9月26日星期二備注原料配合比水：4500g，水泥：1400g，粉煤灰：3000g，細沙：6000g，膨潤土：700g，黃泥粉3000g，外加劑：試驗開始時間15:22攪拌時間10min漿液密度1.73g/cm3凝結(jié)時間測定”試樣制作時間16:02流動度試驗時間及結(jié)果時間：15:36試驗結(jié)果：（9cm+7.5）/2=8.25cm時間：16:15試驗結(jié)果：基本無流動度試模制做時間及個數(shù)16:03試塊個數(shù)：1“水的稀釋性”試樣制作時間15:59水沖試驗16:00塌落度試驗時間及結(jié)果15:36結(jié)果：6cm-3cm=16:15結(jié)果：6cm-5cm=稠度試驗時間及結(jié)果15:49試驗結(jié)果:12.5cm.18:10試驗結(jié)果:7cm.“凝結(jié)時間測定”時間及結(jié)果26日：22:00=4.5N/30mm2=0.15MPa；9月27日：8:00=12N/30mm2=0.4MPa；12:15=13.5N/30mm2=0.45MPa；17:30=16.5N/30mm2=0.55MPa；22:20=21N/30mm2=0.7MPa；9月28日：8:35=25.5N/30mm2=0.85MPa；至27日22:20時水基本風干達到0.3MPa的時間（h）7達到0.5MPa的時間（h）21達到0.7MPa的時間（h）29a)H組攪拌13分鐘后b)H組初始稠度測試c)流動度、小桶塌落度試驗d)H組水沖試驗e)H組水中澆注試驗圖2.14H組實驗照片2.4.2各組試驗對比分析(1)試驗材料配比通過理論分析與對比，共進行了8組試驗,試驗材料配比見表2.12：表2.128組試驗的材料配比（重量比）水水泥粉煤灰細砂膨潤土黃泥粉外加劑A31%8%10%31%5%15%0.015%B37%10%10%28%4%12%0.029%C28%10%12%35%4%10%0.031%D28%6%22%40%4%0%0.018%E21%7%25%43%4%0%0.021%F26%7%0%42%4%21%0.021%G27%8%16%32%3.5%13%0.015%H24%8%16%32%4%16%0.015%(2)流動度/塌落度的試驗分析8組試驗流動度/塌落度見表2.13。表2.13各組實驗漿液的流動性比較ABCDEFGH流動度(cm)初始1215.31221147.315.58.3一定時間后6.4(5.5h后)9(1.5h)10.5(3.5h后)幾乎無(1h后)微型塌落度(cm)初始4.74.84.55253一定時間后1.5(5.5h后)3.5(1h后)2.5(3.5h后)1(1h后)從表中2.13看出，流動性較好的是B、D、E組材料。B組含水量在所有試驗組中最大37%，D、E兩組未添加粘土粉。E、F兩組漿液為兩組對粘土粉和粉煤灰的試驗對比。E組中未添加粘土粉，F(xiàn)組中未添加粉煤灰。試驗結(jié)果表明，不添加粘土的漿液具有較好的流動性。添加了粘土粉的漿液流動性大大降低。(3)稠度對各組的試驗表明，即使個別漿液試件流動度不佳，但其稠度仍可達到理想狀態(tài)9-13cm之間。(4)析水性從試驗可以看出，除了A、F及H組，析水之外每種漿液在靜置之后都出現(xiàn)了嚴重的析水現(xiàn)象。而凝結(jié)時間試驗大部分是在試件表面有水的情況下進行的。說明漿液都有析水性，析水率大概在1%～6%（體積比）之間。(5)抗水性根據(jù)試驗結(jié)果，抗水性較好的為F組，H組試驗。當漿液的流動性減小、整體性強時，其抗水性呈增大趨勢，但減少用水量，減少其流動性時，又對漿液的可泵型造成影響。因此，通過調(diào)節(jié)漿液中的膨潤土和粘土粉用量可改善整體性，同時又可增大稠度。(6)凝結(jié)時間8組試驗凝結(jié)時間見表2.14表2.14各時間凝結(jié)時間比較凝結(jié)時間測定達到0.3MPa所需的時間(h)凝結(jié)時間測定達到0.5MPa所需的時間(h)凝結(jié)時間測定達到0.7MPa所需的時間(h)A152444B306268C142434D246996E112434F101928G226269H72129D、E兩組的對比可以看出，兩組試驗除了含水量有5%左右的差別外，其他比例都相當，但通過凝結(jié)時間的測定，可以看出，兩組有較大的差距。G、H兩組的對比可以看出，H組中水含量3個百分點。黃泥含量比減少了3個百分點。其他成分的含量都未改變。凝結(jié)時間測定的試驗表明：H組漿液材料的凝結(jié)時間較G組大大縮短。因此，通過試驗可以得出，對于該種可塑漿液的凝結(jié)時間，起決定作用的是含水量和漿液中粘土的含量。含水量增大，則凝結(jié)時間增大；粘土粉的含量增大，則凝結(jié)時間縮短。而且對該兩種的含量特別敏感，水的含量敏感區(qū)大概為：20～30%；粘土粉的含量敏感區(qū)大概為：15～25%。2.5盾構(gòu)推進至不同地段下漿液配比建議同步注漿材料受地質(zhì)條件、地下水狀況、施工技術(shù)等多方面因素的影響。因而施工時要充分考慮這些因素，在滿足設計要求的前提下，有針對性地進行配比設計,并根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整。這樣，所配制的漿液,不但各項指標能滿足施工要求,而且有良好的經(jīng)濟性，有利于降低施工成本。根據(jù)已有實驗結(jié)果，針對盾構(gòu)推進的不同情況，對漿液配比提出如下建議:2.5.1盾構(gòu)從富水地段通過成都的地層富水，多數(shù)情況下盾構(gòu)在富水地層中通過。盾尾同步注漿時成都的地層富水，多數(shù)情況下盾構(gòu)在富水地層中通過。盾尾同步注漿時，需防止地下水在漿液凝固前沖散漿液，所注漿液應具有較強的保水性和較短凝膠時間。在試驗的基礎上提出表2.15所示配比。經(jīng)實驗測定，此配比漿液凝結(jié)時間：8－10小時，ρ=1500kg/m3表2.15富水段漿液建議配比材料名稱水水泥細砂膨潤土黃粘土粉外加劑所占百比28%7%38%6%21%每方用量44811260896288kg150g注：由于試驗中未測定所采用細砂的含水率，因此，實際注入應測定砂的含水率做相應的調(diào)整。2.5.2水位較低的情況下

該種情況即不用考慮漿液被地下水的沖淡，沖散作用，漿液的保水性、抗水沖能力，因此不必添加粘土粉即可。材料的配比見表2.16。經(jīng)實驗測定:初凝時間：8-10小時，ρ=1600kg/m3，28天強度：12.1MPa。表2.16水位較低段漿液建議配比材料名稱水水泥細砂膨潤土粉煤灰外加劑所占百比28%6%40%4%22%每方用量44896640647042882.5.3盾構(gòu)穿過建筑物時盾構(gòu)通過建筑物時，注漿后希望能盡快獲得漿液固結(jié)體強度，因此漿液配比要保證砂漿的固結(jié)率和強度，應選用凝膠時間較短的漿液配比，盡快獲得注漿體的固結(jié)強度，在較短的時間內(nèi)加固地層，防止盾尾空隙內(nèi)的巖壁塌陷造成地層損失，危及上部建筑物。由于原料中黃粘土粉本身性質(zhì)影響漿液早期強度與凝結(jié)時間，而過建筑物時需提高早期強度，相應增加了水泥和減少了黃粘土粉用量。配方中外加劑為GT復合早強減水劑。材料的配比見表2.17。經(jīng)實驗測定，此配比漿液凝結(jié)時間：5-8小時，ρ=1700kg/m3表2.17通過建筑物時漿液建議配比材料名稱水水泥中細砂膨潤土黃粘土粉外加劑所占百分比35％19％35％4％7％每方用量595kg323kg595kg68kg119kg3.23g2.5.4盾構(gòu)從暗挖隧道內(nèi)始發(fā)盾構(gòu)從暗挖隧道內(nèi)始發(fā)時，盾尾在暗挖段要停機注漿填充暗挖隧道和管片之間的空隙，時間約幾個小時，因此漿液配比要在保證砂漿稠度、傾析率、固結(jié)率、強度等指標的基礎上延長其凝膠時間，防止停機時間長時把盾尾粘住。經(jīng)實驗選用表2.18配方。凝結(jié)時間：8-10小時，ρ=1600kg/m3，28天強度：11.1MPa表2.18盾構(gòu)從暗挖隧道內(nèi)始發(fā)時漿液建議配比材料名稱水水泥中細砂膨潤土粉煤灰外加劑所占百比37％5％35％5％18%每方用量592kg80kg560kg80kg288kg150g2.6小結(jié)通過試驗研究、對比分析，主要得出如下結(jié)論。（1）膨潤土的加入使注漿漿液的穩(wěn)定性得到提高，可泵性增大，根據(jù)本次試驗結(jié)果及其他工程應用膨潤土的經(jīng)驗，確定在該地層情況的同步注漿的膨潤土添加量；（2）黃粘土粉的加入，使注漿漿液的粘聚能力增大，提高了漿液整體性和抗水性，特別水沖情況下的抗分散能力。并使?jié){液的強度上的比較快。但是，添加了粘土粉的漿液，其流動性明顯降低；（3）漿液的含水量和粘土含量是決定漿液凝結(jié)時間和流動性的主要因素；（4）本文試驗所得出的優(yōu)化配合比（見2.5節(jié)），在盾構(gòu)推進時得到應用，較好地滿足地鐵盾構(gòu)法同步注漿施工工藝的要求，達到了較好的注漿效果。

3同步注漿參數(shù)控制研究3.1注漿工藝流程壁后同步注漿施工工藝流程如圖3.1所示，漿液在攪拌站拌合好以后，可通過三種方式送至盾構(gòu)機上的注漿泵，常用的方式通過砂漿專用運輸車(有攪拌葉片)運至注漿站，通過軟管抽送至砂漿攪拌裝置內(nèi)，注漿管路連接好后，設定注漿壓力、流量進行注漿。在每個注漿孔出口設置分壓器，以便對各注漿壓力和注漿量進行檢測與控制，從而獲得對管片背后對稱均勻壓注。nonononoyesyes注漿系統(tǒng)準備參數(shù)設計設定控制方式注漿注漿工況分析繼續(xù)注漿注漿完成注漿效果檢查下一循環(huán)數(shù)據(jù)采集與管理采取補強注漿措施調(diào)整控制方式和參數(shù)清洗設備和管路noyes配制漿液檢驗試驗運輸漿液圖3.1同步注漿工藝流程框圖壁后注漿具體操作方式：在盾尾殼板外表面，裝有注漿管和備用注漿管，通常各為6根，但在國內(nèi)大多實際施工中，僅用到了其中4根。當盾構(gòu)掘進時，可通過注漿泵對管片外表面與地層之間形成的環(huán)形盾尾空隙實行壁后注漿，在注漿泵的上面裝有攪拌裝置，漿液在地面配置后送入攪拌裝置中。在各注漿點處設有電、氣控制閥和壓力傳感器。壁后注漿有三種控制方式:(1)手動控制可任意按下各注漿點的控制按鈕，注漿泵開啟進行注漿，注漿壓力可通過壓力傳感器監(jiān)測顯示。當所有注漿點控制閥關(guān)閉時，注漿泵就自動停止，而當再循環(huán)閥打開時，泵再啟動并空載循環(huán)；(2)自動控制此時注漿控制閥與壓力傳感器相連，注漿控制閥由壓力傳感器控制，當任一只傳感器檢測到設定的最低壓力時，注漿控制閥就自行開啟進行注漿。當其達到最高設定壓力時，就自行關(guān)閉，并自動轉(zhuǎn)換到打開下一個最低壓力的注漿點控制閥，依次持續(xù)進行循環(huán)注漿；(3)程序控制各注漿點按預編程序自動循環(huán)注漿，直到所有注漿點都達到最高壓力為止，泵就自動切換到再循環(huán)運行，直到泵自動停止。3.2盾尾同步注漿參數(shù)設定同步注漿的必要條件由填充性、限定范圍、固結(jié)強度（早期強度）三要素組成，如圖3.2所示，這三者之間具有相輔相成相互制約的關(guān)系。圖3.2同步注漿三要素注漿的控制分為以下幾個方面考慮：注漿量，注漿壓力，注漿時間，注漿點，注漿速率等等。要控制地層位移，合理選擇注漿方式、注漿材料、注漿壓力及填充率、注漿點位置和滯后時間是至關(guān)重要的。下面就主要的注漿參數(shù)的設定進行討論。3.2.1注漿壓力注漿壓力設定不能太小，太小就不能平衡土壓而導致地層變形。但又不能過大，過大會產(chǎn)生劈裂現(xiàn)象，即造成注漿層切入地基的情況，特別是在軟粘土地基中，劈裂允許壓力計較低，這種現(xiàn)象比較容易出現(xiàn)。因此注漿壓力的選取應由以下幾方面的因素確定：（1）注漿壓力對地層的劈裂劈裂壓主要和注漿材料的粘性、覆土壓力、覆土高度與盾構(gòu)直徑之比有關(guān)。森等人曾經(jīng)通過室內(nèi)試驗對粘性土的劈裂壓問題進行了研究，其試驗公式如下所示：（3.1）式中：pf－劈裂壓,rt—土層濕容重;h—埋深;—隨漿液粘性和直徑比而變化qu－土的無側(cè)限抗壓強度因此，注漿壓力不能大于pf。（2）注漿壓力對與上覆土關(guān)系對于混凝土管片，當注漿壓力在0.4MPa左右時，將使混凝土管片的開裂，甚至于K型管片的螺栓剪斷。國內(nèi)外對盾構(gòu)注漿壓力與地表沉降量之間關(guān)系進行的研究表明當注漿壓力相當于隧道埋深處的地層應力時，對減少地層損失和地表沉降量效果最為顯著。地鐵隧道一般埋深在10m~20m之間，采用太沙基的土壓力計算方法較為合理。(3.2)(3.3)式中：Pe—土壓(kN/m2)D—隧道外徑(m)2B—隧道頂部松動圈幅(m)K0—水平土壓和垂直土壓之比γ—土體的容重(kN/m3)C—土的內(nèi)聚力(kPa)—土的內(nèi)摩擦角(°)H—覆土深度(m)W0—地面荷載(kPa)因此，注漿壓力應至少大于Pe。（3）注漿壓力沿管路的損失根據(jù)計算和現(xiàn)場實際量測值，注漿壓力沿管路的損失值一般在0.5MPa—1MPa之間。因此，為保證達到對環(huán)向空隙的有效充填，同時又能確保管片結(jié)構(gòu)不因注漿產(chǎn)生變形和損壞，根據(jù)計算和經(jīng)驗，本區(qū)段注漿壓力取值為0.2～0.4MPa，具體值根據(jù)實際情況實時調(diào)整。3.2.2注漿量注漿量的確定是以盾尾建筑空隙量為基礎并結(jié)合地層、線路及掘進方式等考慮適當?shù)娘枬M系數(shù)，以保證達到充填密實的目的壁后注漿的注漿量Q，通?？砂聪率焦浪?Q=Vα（3.4）式中:V—空隙量；α—注入率，正確的決定α對估算注漿量至關(guān)重要，影響a的因素較多，并且復雜地糾纏在一起，這里就其中主要的四種因素：(1)注漿壓力決定的壓密系數(shù)α1拌和好的漿液在壓送和注入過程中，由于注漿壓力的作用產(chǎn)生密度變大體積減小的現(xiàn)象。這種增加壓力漿液密度變大的現(xiàn)象的程度，因漿液種類的不同而存在較大的差異。就單液型漿液面言，為了保持其流動性需保持一定的離析水。如果加壓，則壓密程度重新變大，加氣則因氣體被壓縮等原因，致使壓密現(xiàn)象明顯增大。另一方面，水玻璃類雙液型漿液從A,B液混合至凝膠前的一段時間里被地下水稀釋，而漿液凝膠后到硬化前的一段時間里會發(fā)生壓密現(xiàn)象。也就是說，從注入起到漿液固化止的一段較長的一段時間內(nèi)的連續(xù)注漿的過程中，可能出現(xiàn)下列現(xiàn)象:①不加氣體，在凝膠前的一般溶膠狀態(tài)下不發(fā)生壓密；②加氣體，A,B液混合后，粘性降低直至凝膠(粘性增大)止的時間內(nèi)，一部分空氣析出，致使體積減少；③從凝膠開始到固結(jié)前流動固結(jié)及可塑狀固結(jié)的一段時間里，加壓致使脫水壓密；④固結(jié)后的加壓壓密現(xiàn)象極少。上述現(xiàn)象因漿液的組成(特別是有無加氣)、有無凝膠能力及凝膠時間長短、有無可塑狀固結(jié)及保持時間的長短、注入壓力的高低及其他施工條件(相當于一次注入量)，其程度上存在的差異較大。將這些條件用數(shù)值(系數(shù))來表示非常困難，目前的實際狀況是，上述條件中黑體字的對應情形的壓密的程度高，特別是加氣與不加氣相比，加氣情形的壓密效果明顯增大。(2)土質(zhì)系數(shù)α2(增加部分)注入率與土質(zhì)有密切的關(guān)系，對于壁后注漿的土質(zhì)對象而言，有硬土和軟土之分，但主要是軟土，特別是盾構(gòu)工法的對象幾乎均為軟土層。無論哪種土質(zhì)均對注入率都有一定的影響(即損失增大)。譬如在硬土泥板巖層中，如果沒有大的裂縫，漿液就不會流失到周圍土體中去。此外，加壓對液態(tài)漿液的壓密現(xiàn)象的影響也不大。但是發(fā)生在掘削面上的漏失與土質(zhì)無關(guān)，也就是說即使是泥板巖，掘削面上的泄漏損失仍然存在?？傊餐恋膱龊舷氯源嬖谝欢ǖ耐临|(zhì)系數(shù)a2,a2(硬)≠O。在軟土層中，就漿液流失到掘削空隙以外的周圍土體中去的損失程度而言，粒徑小的粘性土(以粘土，粉砂土為主且滲透系數(shù)小的土層)，優(yōu)于粒徑大的砂質(zhì)土(以砂、礫石為主且滲透系數(shù)大的土層)，對于礫石層，漿液漏失的現(xiàn)象更為明顯。當然這項土質(zhì)漏失中也包括向盾尾空隙以外的周圍土體中的流失及掘削面上的漏失等內(nèi)容。此外，加壓漿液的壓密現(xiàn)象也和周圍地層的抗?jié)B性有很大的關(guān)系，抗?jié)B性越好、壓密現(xiàn)象越小。(3)施工損耗系數(shù)α3通常在盾構(gòu)工法中，注漿管大多是從設置在盾構(gòu)始發(fā)堅井附近的注漿泵開始，隨著掘進的逐漸延伸，一直持續(xù)到最終的到達豎井。在漿液從泵房被壓送到注漿孔的過程中，漿液的損耗是不可避免的事，特別是近年來長距離壓送及同步注漿施工的情況逐年增加，這意味著和剛剛離開始發(fā)豎井時相比，殘留在注漿管道內(nèi)的漿液量的增多。例如每次的注入量為5OOL，設隧道全長為5OOm，平均距離就是250m，設注漿管道的直徑為5Omm，則注漿管內(nèi)殘留漿液量為5OOL，和注入量幾乎相同。這樣的事例并不少見，有時甚至管內(nèi)殘留量超過注入量。為此，對于管內(nèi)的殘留液問題，必須嚴格地進行施工管理，并且，還要考慮其他的損耗。(4)超挖系數(shù)α4這個系數(shù)是理論空隙量的修正值。超挖是施工時發(fā)生的，與漿液沒有直接關(guān)系，但與注入率關(guān)系極大。超挖系數(shù)因工法(掘削方法及機械種類)、土質(zhì)、有無曲線段及其他施工條件的不同而存在很大的差異。因為有一個超挖和蛇行帶來的附加量的問題。如假設盾構(gòu)全周超挖lcm，其附加量固然因盾構(gòu)直徑大小及盾尾空隙多少有所差異，但總的說來將增加設計量的10%-13%左右。綜上所述，用數(shù)值表示注入率a非常困難的，所以時至今日仍把施工實績和經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為大致的選定目標，具體數(shù)據(jù)見表3.1。表3.1注入率系數(shù)表符號因素估算時增加的比例范圍設定系數(shù)α1注入壓力產(chǎn)生的壓縮加氣1.30－1.500.4不加氣1.05－1.150.1α2土質(zhì)1.10－1.600.35α3施工損耗1.10－1.200.10α4超挖1.10－1.200.15因此，當實際設計時，可從上表中選擇系數(shù)α1～α4，再在這4個系數(shù)的和的基礎上加1得出a值，即:α＝α1＋α2＋α3＋α4＋1之后按下式算出一個行程的注漿量：（3.5）式中：D1—理論掘削半徑；D2—管片外徑；m—行程長度；成都地鐵施工使用的盾構(gòu)外徑6.25m，超挖刀外徑6.28m，襯砌環(huán)外徑只有6m，故開挖后與盾尾襯砌間有寬28cm的間隙，掘進一環(huán)（1.5m）后的空隙量為4m3。根據(jù)本工程實際，注漿量的注漿率（注漿量／理論開挖空隙）控制在130%～180%之間，計算得到注漿量但以下幾種情況時，注漿量可不受上述限制：(1)在松散地層時，注漿壓力很小而注漿流量卻很大時，應考慮增大注漿量，直到注漿壓力超過控制壓力的下限，此時的空隙因士體坍塌而比往常要大；(2)己經(jīng)注過漿的管片上部又發(fā)生較大沉降或管片間有較大滲漏時，需要進行二次注漿，此時注漿量不受上述限制，只受壓力限制；(3)管片下部因地基軟弱導致部分管片下沉錯臺時，可從下部注漿，此時注漿量不受限制，只受壓力限制；(4)盾構(gòu)機出洞和進洞時，洞口有較大空隙，此時注漿量應根據(jù)實際需要量確定。3.2.3注漿量與填充率在此定義注漿率及漿液填充率兩個概念：注漿率：(3.6)漿液填充率：(3.7)式中：Q—總注漿量VG—理論開挖空隙VK—開挖空隙內(nèi)的漿液量由上述注漿率的定義可知，注漿率為實際注漿量和理論開挖空隙的比值。但實際上，即使注漿率達到了很高，但漿液對開挖空隙的填充率卻有可能達不到完全填充。如圖3.3所示，注漿率已達170%，但填充率還未達到100%，只有80%。圖3.3漿液填充示意圖造成以上不良填充的主要原因有以下幾點：（1）注漿壓力過大，導致漿液割裂土體進入地層，造成漿液損失；（2）注漿壓力不均勻，導致漿液填充不充分；（3）注漿速度跟不上雙漿液材料凝固時間。3.2.4注漿量與注漿速度實際施工中靠注入速度來控制注漿量，因此對注入速度進行計算，根據(jù)每環(huán)注入量和每行程推進時間得到注入速度的計算方法，如下式：v=Q/t(3.8)式中：v—注入速度（m3/s）；Q—每環(huán)注入量（m3）；t—每行程推進時間（s）根據(jù)以上注漿量及每行程推進時間，可計算得到注入速度。3.3同步注漿參數(shù)實測分析在富含水地層中注漿，要求能迅速阻水、快速充填。即要求漿液凝固時間短、粘性大、保水性強、不離析。若掘進時確定了土壓或氣壓，則應盡量確保盾尾密封完好，以防土倉中的水由盾尾被壓入管片背后。當管片背后已被水充填時，則需提高注漿壓力，以便地下水隨著漿液的推進被擠入土體中。而在自穩(wěn)性差的地層中，盾構(gòu)向前推進,土體出露后很快就可能坍塌,待進行注漿時盾尾空隙可能已經(jīng)很小。因此,同步注漿時,可適當增大注漿壓力,以獲得更好的充填效果。下面針對后子門始發(fā)井到天府廣場區(qū)間盾構(gòu)隧道同步注漿的實測數(shù)據(jù)對其參數(shù)控制進行分析討論。3.3.1盾構(gòu)推進時注漿參數(shù)的變化情況本工程所使用的土壓平衡盾構(gòu)機（EPB）在盾尾處設有4個漿液注入點，盾尾同步注漿的壓力因漿液注入點位置的不同而不同，盾尾4個注漿點的位置和相互關(guān)系如下圖3.4所示。P2P2P1P3P4圖3.4盾尾注漿點位置示意圖圖3.5到3.7為盾構(gòu)機在右線隧道從始發(fā)井向天廣場方向推進時，第41環(huán)到256環(huán)間的注漿壓力和注漿量變化情況。圖3.5P2注漿孔注漿壓力圖3.6P4注漿孔注漿壓力圖3.7注漿率從同步注漿現(xiàn)場統(tǒng)計情況分析：P2管注漿壓力基本在0.15MPa到0.25MPa之間，平均值0.18bar；P4管注漿壓力基本在0.05MPa到0.2MPa之間，平均值0.12bar；同步注漿率多數(shù)在125％到175％之間，平均值150％。在整個推進過程，注漿壓力和注漿率在一定范圍內(nèi)成跳躍式變化。從實測數(shù)據(jù)可看出，兩管實測的注漿壓力大多低于設定值，如果再扣除壓力的管道損失（0.05～0.1MPa），注漿壓力在盾尾后部出盾尾時大小僅在0.1MPa左右，這表明從注漿壓力角度而言，管片背部注漿沒有充分的填充盾尾間隙。但從注漿率的角度看，注漿量基本達到了設定的范圍內(nèi)。因而，在注漿壓力和注漿率之間就存在一組矛盾，在砂卵石地層同步注漿時，以哪一個指標作為注漿結(jié)束的控制標準，才能有效的控制地表沉降是在同步注漿時需要明確的問題之一。下節(jié)將從注漿壓力和注漿量及注漿參數(shù)和地面沉降值的對應關(guān)系予以確定。3.3.2注漿壓力與注漿率對應關(guān)系圖3.8為盾構(gòu)推進時實測的注漿壓力和注漿率的對應關(guān)系。從圖中可看出，盾構(gòu)在實際掘進時，受各種不確定因素的影響，注漿率與注漿壓力并未呈現(xiàn)出一致的變化關(guān)系，而是散布在一定區(qū)域中（注漿壓力在0.1～0.35MPa,注漿率在100～230％）。根據(jù)注漿壓力和注漿量的大小，其分布可分為圖3.9所示的9種情況，現(xiàn)以注漿壓力為基準對其進行分區(qū)討論：圖3.8注漿壓力和注漿率分布示意圖圖3.9注漿壓力和注漿率分區(qū)示意圖(1)注漿壓力較小此時對應圖3.9中的A、B、C三區(qū)。A區(qū)為注漿壓力較小，注漿率較大的情況。這一方面由于成都砂卵石地層的滲透系數(shù)較大,漿液滲漏嚴重，注入漿液的一部分滲入周邊地層中。另一方面由于盾構(gòu)掘進對周圍地層產(chǎn)生較大擾動，當盾尾脫出時，少量隧道拱頂部位卵石失去下部支撐而塌落，引起超挖。進而導致注漿率較大時，注漿壓力仍達不到設定值。B區(qū)和C區(qū)為注漿壓力較小，注漿量較小或處于設定范圍內(nèi)的情況。這是由于在注漿尚未完全充滿盾尾間隙時就停止注漿，注漿不完全。上述三種情況都屬于在砂卵石地層中注漿不足，需要繼續(xù)注漿以填充盾尾間隙，直至壓力急驟升高至設定范圍內(nèi)時，說明已充填密實，方可停止注漿。(2)注漿壓力較大此時對應圖3.9中的G、H、I三區(qū)。I區(qū)為注漿壓力較大，注漿率較小的情況。這主要時由于盾尾脫出后受擾動的隧道拱頂?shù)纳奥咽罅刻?，減小了盾尾空隙，造成砂漿流動不暢，在正常的壓力下，注入量較少。要獲得有效充填，則需增大注漿壓力，但應將壓力控制在設定范圍內(nèi)，否則容易造成土體劈裂；H區(qū)為注漿壓力較大，注漿量在設定范圍內(nèi)的情況，此時注漿已基本完成，可停止注漿；G區(qū)為注漿壓力較大，注漿率也大的情況。對于松散的砂卵石地層，注漿壓力過大時，漿液在注入壓力的作用下會對土體產(chǎn)生劈裂滲透，進而引起地表的有害隆起或破壞管片襯砌，影響地表建筑物與地下管線的安全，應盡量避免。(3)注漿壓力在設定范圍內(nèi)此時對應圖3.9中的D、E、F三區(qū)。同步注漿壓力達到設計范圍之內(nèi)，注漿量達到或超過設計值的85％時，對應于圖中的D區(qū)和E區(qū)，此時可認為注漿完成；當同步注漿壓力達到設計壓力，注漿量未達到設計值，對應于圖中的F區(qū)，此情況與I區(qū)類似，應繼續(xù)注漿，直至兩者均滿足要求。綜合以上分析，在結(jié)構(gòu)松散的砂卵石地層注漿時，應通過注漿壓力控制注漿量。注漿量應根據(jù)實際的開挖情況（地層情況、超挖和局部坍塌等）實時調(diào)整，使兩者關(guān)系處于圖3所示的D區(qū)、E區(qū)和H區(qū)，盡可能有效的填充盾尾間隙，減小地層損失和地表沉降。同時應控制注漿壓力在設定范圍內(nèi)，否則在此地層下極易造成劈裂。在施工中應根據(jù)洞內(nèi)管片襯砌變形和地表及周圍建筑物變形監(jiān)測結(jié)果及時進行信息反饋，修正注漿參數(shù)和施工方法，發(fā)現(xiàn)情況及時解決。3.3.3注漿參數(shù)與地表沉降關(guān)系同步注漿的最主要目的是及時填充盾尾，控制地表沉降，因此地表沉降值是衡量注漿效果好壞的重要標準。在此根據(jù)盾構(gòu)施工的實測數(shù)據(jù)對注漿參數(shù)與地表沉降關(guān)系進行討論。圖3.10為盾構(gòu)隧道第7環(huán)到154環(huán)間注漿參數(shù)和隧道中線地表沉降的變化曲線（為便于比較，地表沉降用cm,注漿壓力用bar,注漿率采用小數(shù)表示）。圖3.11為各沉降測量點處對應的注漿壓力和注漿量分布圖。圖3.10地表沉降與注漿參數(shù)變化圖圖3.11監(jiān)測點處注漿壓力和注漿量分布圖在圖3.10和圖3.11基礎上，結(jié)合上節(jié)對注漿參數(shù)的分區(qū)，對處于不同區(qū)域中的典型點進行分析，從注漿壓力和注漿量共同作用的角度探討注漿參數(shù)和地表沉降的關(guān)系。(1)沉降量較大時21環(huán)和65環(huán)處沉降分別達到27mm和30mm為，為本區(qū)段沉降最大兩點。21環(huán)處注漿壓力0.075MPa，注漿率141％。65環(huán)處注漿壓力0.07MPa，注漿率172％。按照分區(qū)原則兩環(huán)應分別位于A區(qū)和B區(qū)。這是由于注漿壓力未達設定值即停止注漿，雖然注入漿液量達到設定標準，仍然未能有效填充由于滲透和少量卵石塌落而突然增大的盾尾間隙，導致地表沉降較大。(2)沉降量較小時90環(huán)處沉降僅有3mm，為本區(qū)段沉降最小處，注漿壓力1.85MPa，注漿率125%，位于E區(qū)。此時盾構(gòu)掘進引起圍巖擾動較小，在設定的注漿壓力和注漿量下，漿液較好的填充了盾尾間隙，較好的控制了地表沉降；(3)沉降量處于中間時141環(huán)處沉降11.8mm，注漿壓力1.7MPa，注漿率165％，位于D區(qū)。此時注漿壓力在設定范圍內(nèi)，但注漿量稍大。在掘進時有一定的超挖，但在注漿時根據(jù)實際情況對注漿量的調(diào)整有效的控制了地表沉降；對實測數(shù)據(jù)進行分區(qū)討論可知，注漿壓力和注漿量均對地表沉降有較大影響。在本區(qū)段內(nèi)同步注漿參數(shù)絕大部分分布在E區(qū)內(nèi)，較好的控制了地表沉降。而在施工中可能出現(xiàn)且對沉降影響較大的是其在A區(qū)和B區(qū)時的情況，這主要是因為施工時未針對實際情況變化而對參數(shù)做出調(diào)整，導致注漿不足，在施工時應盡量避免。3.4松散帶對注漿量的影響3.4.1注漿量的改變在正常的盾構(gòu)掘進中，一個行程的注漿量為：（3.7）式中:D1—刀盤的理論掘削直徑；D2—管片外徑；m—行程長度；—注入率；主要和以下因素有關(guān)：注入壓力決定的壓密系數(shù)，土質(zhì)系數(shù)，施工損耗系數(shù)，超挖系數(shù)。根據(jù)《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》，一般取1.3~1.8左右。常規(guī)情況下，D1即為盾構(gòu)的開挖直徑，如圖4.16所示。但在砂卵石地層，由于盾構(gòu)掘進形成的“松散帶”的作用，刀盤的前上方的渣土在土倉土壓控制不良的情況下，極易造成過量的地層損失，此時的掘進輪廓外徑變?yōu)镈L，如圖4.17所示，圖4.16盾尾間隙示意圖圖4.17DL與D1關(guān)系因此，同步注漿量變?yōu)椋海?.8）由于DL的不規(guī)則，為方便計算，也可以采用系數(shù)法對注漿量進行糾正，即采用一個大于1的系數(shù)k來加大注漿量。即：（3.9）擾動范圍越小，地層損失越小，所需的注漿量越小。在其他條件不變的情況下，k的大小主要由土倉壓力控制和推力控制來決定。根據(jù)第2章松散帶的計算結(jié)果，k值一般在1.2～1.5之間。將k和m合并，即可得到新的m值大小，由于m一般取值為1.3～1.8，因此，在砂卵石地層中的新m值應取為1.6～2.5之間。3.4.2實際注漿參數(shù)的分析一般的盾構(gòu)的設備配備的盾尾同步注漿一般采用4個孔位，間距90°分布于尾盾內(nèi)。選取某區(qū)段的同步注漿參數(shù)，如圖4.18所示。根據(jù)數(shù)據(jù)，該段的實際注漿壓力的平均值，孔1為0.11MPa，孔4為0.12MPa。注漿壓力中，有很大比例的環(huán)注漿壓力都在0.05MPa以下，但此時的注漿量也達到了理論的掘進空隙，如圖4.19為對應的注漿量。圖4.18該區(qū)段注漿壓力圖4.19該區(qū)段注漿量以上施工參數(shù)數(shù)據(jù)表明了即使按常規(guī)的D1計算的注漿量達到了Q，但注漿壓力仍很小，說明此時建筑空隙仍未得到充分的填充，從而也說明了DL的存在。因此，該地層中的同步注漿系統(tǒng)需要進行適應性的改進。以上數(shù)據(jù)表明，由于松散帶的存在，按常規(guī)的注漿量已經(jīng)不能滿足填充掘進間隙。對于砂卵石地層的同步注漿系統(tǒng)應進行適應性的改進。（1）提高相應設備的配備能力，根據(jù)實際情況計算出DL，根據(jù)DL計算所得的Q值來配備盾構(gòu)的同步注漿的設備，提高填充率，根據(jù)計算結(jié)果，在砂卵石地層中的m值應取1.6～2.5，以保證足夠高的填充率；（3）由于地層損失率的改變，該地層中的同步注漿的控制，不應采取注漿量來控制，而應以注漿壓力來控制同步注漿。3.5小結(jié)（1）在成都砂卵石地層盾尾同步注漿時，注漿壓力（頂部）控制在0.2～0.25MPa，注漿率不小于180％；（2）應以注漿壓力來控制注漿量，注漿壓力達不到時不能停注，這樣才能保證漿液填滿開挖間隙。同時，若有必要加強二次注漿；（3）注漿壓力應綜合考慮地質(zhì)條件、管片強度、盾構(gòu)機型及注漿材料的特性。防止注漿壓力過大,造成地層劈裂或管片錯臺；（4）根據(jù)地層情況和實際地層損失調(diào)整注漿填充率，可以較好填充地層，有效控制地表沉降，對注漿不足或注漿效果不好的地方進行補強注漿，以增加注漿層的密實性并提高防水效果。（5）在施工中應根據(jù)洞內(nèi)管片襯砌變形和地表及周圍建筑物變形監(jiān)測結(jié)果進行信息反饋，及時修正注漿參數(shù)和施工方法。4盾尾注漿施工中常見問題及對策結(jié)合本次施工中遇到的問題和已有的施工經(jīng)驗，對盾尾注漿施工中遇到的常見問題進行總結(jié)并提出相應對策，以期對以后的注漿施工有所指導。4.1常見問題及原因4.1.1地表沉降過大（1）掘進過程僅以注漿量為控制指標，限定每環(huán)的注漿量范圍，導致注漿量偏少，不能有效地對盾尾間隙進行填充。這大多發(fā)生在以下情況：某些特殊地段或較小的轉(zhuǎn)彎半徑上，土層損失加大；由于地質(zhì)條件或其他特殊原因，掘進過程某環(huán)出土量劇增，而沒有相應增大注漿量；地層特性變化，卻沒有相應調(diào)整注漿量，如從粘土變?yōu)樯巴?、從粘土變?yōu)榱严端S富的風化巖層等情況；盾構(gòu)機在粘性較高的粘土層掘進時，盾殼外壁會附著一層較厚的固結(jié)土體，與盾構(gòu)機同步前進，無形中增大了盾尾間隙。從已有盾構(gòu)隧道的施工情況看，硬殼層厚度可達10cm。（2）漿液強度過低，或漿液和易性差，易離析而滲透到地層中，發(fā)生漿液損失。漿液拌和時的投料順序也可能對漿液強度造成較大影響。（3）某些漿液凝結(jié)后，自身收縮量較大，或者雙液漿過早初凝，未能有效填充盾尾間隙。（4）漿液流動性太好，隧道管片最重要的頂部出現(xiàn)無漿液填充,或者雙液漿混合不充分，在土中逐漸流失。（5）沒有與監(jiān)測緊密結(jié)合，并以監(jiān)測成果指導施工。從盾構(gòu)機掘進過程的地表沉降規(guī)律來看，一般盾構(gòu)機前方地表沉降量在5mm內(nèi)時，盾尾穿越這個位置時沉降不會超出規(guī)范允許的30mm。因此，當監(jiān)測結(jié)果顯示前方沉降量超過5mm，又沒有及時采取有效注漿措施，沉降超出規(guī)范允許范圍的可能性相當大。4.1.2地表隆起（1）注漿壓力過大，注漿量偏高。主要在土質(zhì)軟弱的地層出現(xiàn)。如當盾構(gòu)機經(jīng)過建筑物時，增大了盾尾注漿壓力，盾尾已脫出建筑物下方后，沒有及時調(diào)整壓力，地表出現(xiàn)隆起，甚至有少量漿液沿地層裂隙冒出，污染地表。又如一盾構(gòu)機在流砂地層始發(fā)時，因端頭加固質(zhì)量和洞門密封效果均較差，掘進過程前方有大量流砂涌入，由于其位于一重要道路正下方，為防止地表下沉，采用了二次注漿進行補充注漿，但因為沒有控制好注漿壓力和注漿量，注漿結(jié)束后發(fā)現(xiàn)道路中間鼓起近1m高的小土包，造成交通堵塞，花費了大量財力和時間進行處理；4.1.3注漿液從盾尾流