厚浆在盾构过矿山法隧道的应用

厚浆在盾构过矿山法施工的应用

孙培鑫

（中天建设集团有限公司，广东广州，510000）

[摘要]：以东莞地铁某盾构区间为工程背景，研究分析了厚浆在盾构过矿山法隧道同步注浆的应用。主要结论如下：（1）在施工过程中做好数据的收集，如注浆量；（2）在盾构掘进过程中，通过对比普通浆液注入效果分析后续管片成型质量；（3）对该种新型单液浆在盾构过矿山法隧道施工中的应用进行了叙述，并对该新型单液浆在地铁隧道施工中的适应性进行了分析。 [关键字]：盾构过矿山法隧道；同步注浆；厚浆

0 引言

针对盾构过矿山法隧道施工对同步注浆浆液性能提出的要求，我公司引进国内先进的同步注浆单液浆理念，在盾构过矿山法隧道的工程应用中取得了十分显著的效果，工程施工中很好地控制了地表沉降变形，并且能尽快稳定隧道防止管片上浮。其使用的浆液材料特点为大比重、高抗剪、低稠度，引进坍落度和抗剪切屈服值作为衡量浆液性能指标的标准。与以往隧道施工中的同步注浆浆液不同，该浆液具有以下优点：

（1）同步注浆全部原材料均为国产，来源广、无污染、且价格适中；

（2）在泵送设备满足的条件下，浆液泵送性好，流动填充效果好；

（3）浆液8h的屈服强度超过800Pa时，具有良好的抵抗周围土体变形及隧道上浮能力；

（4）浆液为缓凝型可硬性浆液，使用时间长，30h内具备较好的泵送性；

（5）浆液配比中含砂率高，稠度值低，施工中的注浆率较低；

浆液具有抗振动液化作用[1]。

与我国以往的盾构同步注浆浆液材料及施工工艺相比，从施工工艺、隧道的稳定性以及经济性来看，均显示出一定的优势，因此该浆液的研究成功，

具有较高的社会效益和经济效益[2]。 1 工程概况 1.1 地质条件

区间隧道主要穿行于<6-6>硬塑状砂质粘性土、<10-1>全风化混合片麻岩和<10-2>强风化混合片麻岩，局部通过<6-5>可塑状砂质

作者简介：孙培鑫，男，本科，工程师，中天城轨工程管理处技术主管

粘性土、<10-3>中风化混合片麻岩和<10-4>微风化混合片麻岩。对于<6-5>可塑状砂质粘性土、<6-6>砂质粘性土、<10-1>全风化混合片麻岩和<10-2>强风化混合片麻岩，采用盾构工法。对局部通过<10-3>中风化混合片麻岩和<10-4>微风化混合片麻岩突起段，采用矿山法开挖初支盾构空推拼装管片通过的方式施工。

1.2 断面设计

复合盾构机外径为6280mm，矿山法隧道的净空直径为6400mm的圆形断面（如图1所示），在隧道底部60°范围内，设置15cm厚C30混凝土弧形导台，盾构机在混凝土导台上拼装管片前进。管片与矿山法初支间的空隙，采用吹填豆砾石与注浆结合的工艺进行回填。

图1 盾构过矿山法隧道断面图

2 厚浆基本情况 2.1 性能要求

（1）良好的长期稳定性及流动性，适当的初凝时间，以适应盾构施工以及远距离输送的要求；

（2）良好的充填性能；

（3）在满足注浆施工的前提下，尽可能早地获得高于地层的早期强度；

1

（4）在地下水环境中不易产生稀释现象，具备抗地下水稀释分散性能；

（5）固结后体积收缩小，泌水率小；塌落度实验如图2所示；

（6）原料来源丰富，经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技术要求。

图2 厚浆塌落度试验

2.2 基准配合比

基准配合比如表1所示：

施工配合比表 表1

编砂 粉煤膨润土 石灰 添加剂 号 （kg) 灰 (kg) (kg) (kg) (sk-水 6)(kg) (kg) Ⅰ 1180 300 50 80 3 285 Ⅱ

800

400

50

100

3

340

2.3 原材料要求

原材料要求如表2所示：

材料性能表 表2

材料名称

性能要求

水泥

P.O42.5普通硅酸盐水泥

石灰 消石灰，氢氧化钙含量≧85%, 320目筛余量≦0.5%

粉煤灰 Ⅱ级或Ⅲ级，细度（0.045mm方孔筛筛余)不大于20～45%

细骨料 河砂，细度模数1.8～2.2，含泥量<3% 膨润土 95%通过200目筛，膨胀18～30ml/g 水 天然水，PH=7,无味

（1.06＋0.01,1.06-0.01)（20℃)，减水率添加剂

20～30%，水化控制能力>20H,水解度<30%

2.4 浆液性能指标

浆液性能如表3所示：

浆液性能表 表3

性能指标 要求 渗透性 <5×10-5cm/s 比重 >1.80g/cm 塌落度 12～16cm 落度经时变化 ≧5cm(20H) 屈服强度 20H,>800Pa 压力失水 <20ml 泌水率 <5% 分层度 <2cm 可使用时间 20H

抗压强度

R7>0.15MPa;R28>1.0MPa

3 设备改造

（1）浆液在施工输送过程中，采用大流量、耐磨损的高效螺杆泵或挤压泵，满足正常盾构掘进速率下低稠度单液浆的输送效

率；

（2）盾构注浆系统中，采用一套SCHWING双出料口注浆系统替代盾构的同步注浆系统，该KSP12型注浆泵能够较好地与新型单液浆相适应，其技术参数如表4所示：

SCHWING注浆系统参数 表4

型号 KSP12-2D 最大可调输出 2×6 m3/h 最大理论输送压力

60 bar 最大可调输出时连续工作压力

30 bar 冲程长度 500 mm 泵送缸直径 180 mm 驱动缸直径

90 mm 最大输出量（90%泵缸充满）时冲

程 2×8.73 次/min 功率

30 KW

4 厚浆效果分析 4.1 实际使用分析

（1）在实际使用过程中，拌制厚浆（6方）需要1小时，拌制普通水泥浆（6方）只需30分钟。因此，必须设置储浆池，才能满足正常施工需求。

（2）在应对喷涌情况，厚浆比普通浆液有一定的优势。通过对比发现，左线注入普通水泥浆，右线注入厚浆，在类此地层中喷涌情况明显比左线较少。

（3）厚浆的不透水性及流动性较差的特点，起到一定的堵水作用，防止浆液流失。

（4）在注浆完成后，现场进行了实际效果的查看，如图3所示：

图3 同步注浆效果实拍图

4.2 管片姿态分析

在注入过程中通过对比分析发现，在注入厚浆的矿山法隧道管片姿态更加稳定。如图4、图5所示。

图4 厚浆注入管片姿态分析图

2

厚浆注入初期，管片竖向姿态变化较大，但在后期注入情况分析，横向及竖向偏差均在30mm范围内。

图5 普通浆液注入管片姿态分析图

普通浆液注入过程中，管片竖向姿态变化较大，从注入情况分析，横向及竖向偏差均在50mm范围内波动，效果不如厚浆的稳定性好。 5 结论

（1）低稠度、大比重的新型单液浆材料能够在盾构过矿山法隧道同步注浆施工中取得良好的注浆控制效果；

（2）地铁隧道中新型单液浆的施工，在拌浆、输浆及注浆工艺流程上均不同于大直径隧道，需要对配套设备进行大量的改造，以适应新型单液浆的性能；

（3）新型单液浆在注浆施工过程中，对注浆工艺的控制要求较高，必须使用4点同步进行压住，并且应合理掌握注浆压力与注浆量的“双控”模式；

（4）由于该种新型单液浆施工理念完全不同于以往可硬性单液浆，材料性能及设备使用也均与以往有所不同，因此，必须制定严格的操作规程，在施工中对各项同步注浆施工工序进行质量控制。

参考文献

[1] 谢彬，商涛平. 超大直径泥水盾构同步注浆浆液研究与应用[C].//2007第三届上海国际隧道工程研讨会文集，上海：同济大学出版社，2007。 [2] 郑宜枫，商涛平，丁志诚. 超大直径盾构抗剪型同步注浆的工学特性[C].//2007第三届上海国际隧道工程研讨会文集，上海：同济大学出版社，2007。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ffq3.html