蘇良琪 江蘇夢潤建設(shè)有限公司

1 前言

同步注漿技術(shù)能夠在地鐵工程施工過程中起到質(zhì)量控制的作用，當(dāng)應(yīng)用盾構(gòu)法時，難以避免的會從盾構(gòu)尾部位置出現(xiàn)縫隙，一方面會對工程整體的穩(wěn)定性造成影響，另一方面也會使地鐵工程未來出現(xiàn)沉降問題。同步注漿技術(shù)就是在地鐵盾構(gòu)施工的同時，將專用的注漿材料通過外界壓力泵送到縫隙當(dāng)中，以此削減因地鐵盾構(gòu)施工所出現(xiàn)的縫隙，從而實現(xiàn)質(zhì)量控制的目的。同步注漿技術(shù)的優(yōu)點較為明顯，其應(yīng)用原理簡單，綜合成本較低，且能夠直接解決盾構(gòu)施工所帶來的縫隙問題。但當(dāng)前傳統(tǒng)材料以細石混凝土和水泥砂漿為主，對細微縫隙的處理存在局限性，同時也可能使盾構(gòu)設(shè)備尾部密封造成破壞，注漿設(shè)備管道更易堵塞。

2 同步注漿新材料的應(yīng)用要求

對注漿材料的要求主要有以下幾點。

（1）具有足夠的流動性，能夠確保在縫隙填補過程中的質(zhì)量穩(wěn)定，尤其對于盾構(gòu)尾部的細小位置可實現(xiàn)全面處理。（2）需具備一定的可操作時間，確保在材料準備完成后，有充足的時間供注漿操作。（3）注漿材料的早期強度應(yīng)大于土壤強度，這樣才能夠保證縫隙填補的效果。（4）需具備一定的體積穩(wěn)定性，避免在硬化后或后期使用階段發(fā)生嚴重的體積收縮，從而使縫隙重新顯露。（5）注漿材料的選擇需考慮地下水的影響，需注意其被地下水稀釋后，不會造成嚴重的性能折損問題。

3 原注漿漿液的特性及缺點

為了便于說明各個漿液的應(yīng)用特征，本文中引用了一工程實例。該工程是上海地鐵隧道工程，其地下施工深度范圍為10m～20m。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，上海地區(qū)地下土層在20m范圍內(nèi)，一般為粉土、灰土和黏土。為了保障地鐵隧道工程在盾構(gòu)開挖過程中的質(zhì)量穩(wěn)定，避免形成了縫隙，對工程質(zhì)量及地質(zhì)成交造成影響，需在該工程開展的同時進行同步注漿作業(yè)。

惰性泥漿是當(dāng)前上海地鐵工程中所應(yīng)用的泥漿材料，該泥漿同樣已經(jīng)過創(chuàng)新設(shè)計。該泥漿的主要組分與普通細石混凝土類似，在泥漿中含有黏土成分，同時增添了具有惰性成分的外加劑，能夠使泥漿材料的可操作時間更長，流動性更好，同時其硬化凝結(jié)強度不會受到影響。這種惰性泥漿最為顯著的特點就是施工便捷，相比于傳統(tǒng)所應(yīng)用的水泥砂漿或細石混凝土，能夠解決在同步注漿過程中管道容易出現(xiàn)堵塞的問題。

但正因其具有惰性，該材料的應(yīng)用缺點也應(yīng)運而生。首先是其凝結(jié)硬化時間，較長的硬化時間雖能夠使其施工過程容易，但施工后的管控維護工作變得困難，同時在施工后制泥漿應(yīng)付的過程中，可能受到外界環(huán)境或地下水的侵蝕影響，從而造成施工效果甚微；其次，由于該泥漿中含有黏土成分，而黏土作為一種體積穩(wěn)定性不良且易于自身結(jié)合的材料，若施工后不加以嚴格管控，也可能出現(xiàn)泥漿中黏土析出沉底的情況，同樣不利于工程質(zhì)量。此外黏土材料的力學(xué)性能不佳，抗液化能力較弱，同樣在地鐵工程施工中，可能存在質(zhì)量隱患。

基于當(dāng)前使用的惰性泥漿特點，在進行新型材料研究過程中，可從以下兩個角度出發(fā)：一是需要考慮同步注漿技術(shù)在應(yīng)用過程中潛在的設(shè)備損壞和管道堵塞問題，對于泥漿材料的流動性提出一定要求；二是要保障其易于施工，但泥漿的硬化時間在合理范圍之內(nèi)，同時硬化后的強度性能可滿足工程需要。

4 新型惰性漿液的研究

為了解決傳統(tǒng)注漿材料所存在的諸多問題，該案例工程的施工方展開了對新型注漿材料的研究。首先應(yīng)明確注漿作業(yè)與盾構(gòu)作業(yè)同步進行，而注漿的主要作用是改善土力學(xué)特性，避免質(zhì)量問題的發(fā)生，這就需要考慮土層自身地質(zhì)情況，確保注漿材料使用之后與自然土壤有良好的合理性。

新型惰性漿液材料的主要成分是黏土、泥漿與砂石，同時輔以外加劑。該材料中所應(yīng)用的砂石材料雜質(zhì)含量極低，顆粒級配符合工程需要，與泥漿的共同作用下，實現(xiàn)了強度與流動性堅固的特點。還添加了外加劑，其主要作用是緩凝，在其可操作時間內(nèi)，使泥漿材料的流動性更佳，對遠距離輸送和延長可操作時間有著積極促進作用。

通過實驗明確黏土的使用量，實驗中通過改變黏土含量測算其各個指標(biāo)，具體的實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

Φ——內(nèi)摩擦角；

C——土力學(xué)粘聚力；

a1-2——壓縮系數(shù)，壓縮曲線上壓應(yīng)力由p1=100kPa、p2=200kPa兩點所連直線的斜率；

E1-2代表100kPa～200kPa的壓縮模量。

表1 黏土使用量實驗數(shù)據(jù)

為使上述實驗更有說服力，通過資料收集查找到了上海地區(qū)自然土壤的物理特性指標(biāo)，見表2。

表2 上海地區(qū)自然土壤的物理特性指標(biāo)

通過實驗數(shù)據(jù)與自然土壤的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)對比不難看出，本階段所配置的注漿泥漿在力學(xué)性能方面是有優(yōu)勢的，能夠明顯增強自然土體的承載能力，同時根據(jù)相似相容的特性也能確保同步注漿所應(yīng)用的泥漿，可與自然土體良好結(jié)合，也能夠?qū)﹂_挖過程中的液化問題及沉降問題起到緩和作用。

為全面驗證該新型泥漿的實際應(yīng)用特性，后續(xù)案例工程施工過程中某一客運段采取該材料進行實際應(yīng)用。通過實踐檢驗，該注漿材料在同步注漿施工過程中表現(xiàn)良好，其流動性和可操作時間能夠滿足工程需要，也不會出現(xiàn)損害設(shè)備和堵塞管道的情況。施工完成7d 后測試其沉降量，沉降數(shù)值為30mm，已經(jīng)滿足工程實際需要，此階段可初步證實該材料具有一定應(yīng)用價值。

在初次實驗中所應(yīng)用的工程范圍較小，同時并未采取持續(xù)觀測的形式。為了全面了解該新型材料的實際應(yīng)用性能，案例工程在后續(xù)施工中對該材料進行了小范圍的應(yīng)用，以便全面知悉其在不同地質(zhì)環(huán)境和應(yīng)用條件下的具體表現(xiàn)。通過觀察地表沉降，最大沉降位置可達90mm，而這種與初次實驗截然不同的結(jié)果也印證了該材料是需要良好土質(zhì)環(huán)境作為前置條件的。

經(jīng)初步分析，主要是因為在初次實驗時，其土壤中的主要成分為沙土，而二次實驗時，有一區(qū)段黏土的含量較高。在年度環(huán)境下，該材料由于較強的流動性出現(xiàn)了滲漏的問題，使其并未作用到正確施工位置，這也是該材料的缺點所在。

5 雙液型漿液的應(yīng)用

為了保障后續(xù)工程施工作業(yè)的穩(wěn)定性，工程項目中也應(yīng)用了雙液型漿液作為同步注漿的材料。該漿液主要由A 液和B 液兩部分構(gòu)成，A 液為水泥砂漿，B液為水玻璃。A液水泥砂漿主要提供強度與流動性，也是注漿漿料的重要性能體現(xiàn)；B 液所應(yīng)用的水玻璃主要起到速凝劑的作用，可通過調(diào)整添加比例，實現(xiàn)控制初凝時間和初凝強度的作用。各個組分材料的詳細比例見表3。

表3 兩組材料的比例

有兩種漿液混合而成的新型雙液型漿液，在應(yīng)用上最為明顯的特點就是，能夠根據(jù)工程的實際情況及需求調(diào)整B液的比例，從而實現(xiàn)控制初凝時間與初凝強度的目的，對于地鐵工程施工過程中復(fù)雜的因素變化，這種可調(diào)節(jié)的形式對于實際應(yīng)用而言會有更多的適用場景。以上述兩個實驗場景為例，當(dāng)土質(zhì)為沙土?xí)r，即可適當(dāng)減少水玻璃的使用量，能夠全面滿足工程需要；當(dāng)土質(zhì)為黏土?xí)r，可適當(dāng)增加水玻璃的添加量，這樣使其凝固時間縮短、凝固強度增加，從而實現(xiàn)了在不良地質(zhì)中控制施工質(zhì)量的目的。

在實際應(yīng)用方面，與傳統(tǒng)注漿材料相比，可簡單理解為在水泥砂漿的基礎(chǔ)上添加了水玻璃。但水玻璃通過加壓設(shè)備進行泵送過程中，可能出現(xiàn)硬化凝結(jié)過早或析出的情況，造成管道堵塞問題，也會使整體施工受阻。同時也需明確的問題是，該混合材料的綜合成本較高，水玻璃在地鐵工程中大面積應(yīng)用并不利于工程造價管理。

6 新型結(jié)硬型材料

為了探索適用范圍廣、施工可行性強的新型材料，案例施工單位繼續(xù)對同步注漿作業(yè)材料展開探索?；陔p液型漿液的啟發(fā)，明確了水泥砂漿材料在同步注漿過程中的應(yīng)用地位，故考慮在雙液型漿液A 液的基礎(chǔ)上進行改良。本次探究改良的目標(biāo)是能夠滿足工程實際需要，同時適應(yīng)多種地質(zhì)情況，在進行泵送和施工的過程中也易于操作，減少設(shè)備損壞和管道堵塞的問題發(fā)生。

為了達成這一特性，提出以下思路：在上述A 液的基礎(chǔ)上添加硬結(jié)材料，不同的添加比例會使混合材料呈現(xiàn)不同的性能，如控制凝結(jié)硬度和凝結(jié)時間。由于是直接添加到水泥砂漿當(dāng)中，整體材料仍以水泥為主，該材料屬單液型漿液。經(jīng)過全面探究，在原漿液中通過添加粉煤灰的形式進行改良。粉煤灰材料與水泥材料有著類似的物理化學(xué)特性，在凝結(jié)時間和凝結(jié)硬度上性能更加優(yōu)良，通過水泥材料與粉煤灰材料的平衡與變更，即初步實現(xiàn)了控制初凝時間與初凝強度的目的，也能夠適用于更為廣泛的地質(zhì)條件。

為了探究其具體施工特性，保障其廣泛的應(yīng)用場景。案例工程組建了試驗系統(tǒng)，對該材料的可操作性進行試驗。主要原理是通過調(diào)節(jié)閥門壓力控制漿液流量，同時測量漿液壓力。從而知悉在不同的施工環(huán)境和施工場景下，其是否會發(fā)生管道堵塞與設(shè)備損壞的問題。壓力對比如表4所示。

表4 兩種材料壓力對比

本實驗數(shù)據(jù)可清晰得知，在高強度的測試下，新型結(jié)硬性漿液的施工表現(xiàn)仍然良好。雖相比于原漿液，在泵送過程中的黏滯系數(shù)提高，但實際應(yīng)用性能仍在合理范圍內(nèi)，也并未發(fā)生管路堵塞的情況。

7 各種材料的對比與總結(jié)

（1）原漿液。原漿液具有良好的流動性，在施工過程中也較為簡單，同時成本可控。但其體積穩(wěn)定性和強度不能夠適用于實際工程。（2）改進型的惰性漿液。改進型的惰性漿液原漿液的體積穩(wěn)定性及早期強度問題，但通過多次實驗發(fā)現(xiàn)該漿液不適用于黏土環(huán)境。而案例過程中黏土地質(zhì)條件較多，也導(dǎo)致該材料具有一定的應(yīng)用局限性。（3）雙液型漿液。雙液型漿液作為一種復(fù)合材料，在使用性能上更為理想，對于注漿材料中所提出的流動性要求和強度要求其均具備，施工后的體積較為穩(wěn)定，同時強度更大。此外，該材料的顯著優(yōu)勢就是具有優(yōu)良的防水性與耐腐蝕性，即使在地下水沖淋區(qū)也能夠保證自身性質(zhì)穩(wěn)定。作為注漿材料，這種材料的應(yīng)用效果較為理想，但應(yīng)用前期的技術(shù)管理較為復(fù)雜，同樣對于施工環(huán)境和外界因素有著較高的限制，施工成本也是亟待解決的問題。（4）新型硬結(jié)材料。新型硬結(jié)材料其組分由單一漿液構(gòu)成，單從固化強度方面來看，其性能優(yōu)于其他幾種材料，但其質(zhì)量影響因素多也是一個不爭的事實。該材料的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在施工后期，在體積穩(wěn)定性和防止振動液化方面表現(xiàn)良好，施工過程的成本較低。但也必須明確該材料的施工工藝較為復(fù)雜，同時對施工環(huán)境的地理地質(zhì)狀況有較高要求。實際施工過程中，若環(huán)境因素及地質(zhì)因素滿足要求，可考慮應(yīng)用此種類型的漿料。

8 結(jié)束語

同步注漿技術(shù)對于地鐵工程的質(zhì)量控制是十分重要的，這種技術(shù)形式應(yīng)用簡單，成本可控，效果明顯，但傳統(tǒng)注漿材料的使用問題也是值得引起重視的。本文主要以新型注漿材料為研究對象，最常見的幾種新型材料實際應(yīng)用價值展開研究，同時在本文中引入了上海地鐵工程的實例，側(cè)面印證了各種材料在實際應(yīng)用過程中的可行性。多種注漿材料并無優(yōu)劣之分，其自身特性和適用場景并不相同，在工程開展過程中需根據(jù)工程項目的實際需求選取恰當(dāng)?shù)淖{材料，以實現(xiàn)工程質(zhì)量控制的目的。事實上在行業(yè)中對于同步注漿新型材料的探索從未停止，在未來也會有更多更先進的注漿材料，被應(yīng)用到地鐵施工縫隙處理之中，為提高工程質(zhì)量與安全性提供解決方案。