韓 旭，龐奇林，朱先發(fā)，張 偉，宋普濤，王 晶

(1.南通城市軌道交通有限公司，南通 226000；2.中鐵十二局集團第四工程有限公司，西安 710024；3.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013)

當(dāng)前國內(nèi)盾構(gòu)隧道同步注漿材料種類繁多、材料的性能差異較大，不同注漿材料適用的水文地質(zhì)環(huán)境不同[1-10]。由于尚無成熟的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對盾構(gòu)法隧道用注漿材料的選擇、性能指標(biāo)及應(yīng)用等提出規(guī)定，設(shè)計文件中鮮有關(guān)于盾構(gòu)法隧道同步注漿材料選擇及關(guān)鍵性能控制指標(biāo)的相關(guān)要求，施工過程中注漿材料及原材料的選用、注漿配合比設(shè)計、注漿材料生產(chǎn)施工環(huán)節(jié)等均由施工現(xiàn)場技術(shù)人員自行控制。由于人為認(rèn)知水平的差異，往往存在因注漿材料的選擇及應(yīng)用不當(dāng)導(dǎo)致注漿施工效果差、注漿后地表沉降嚴(yán)重、滲漏等各類問題，嚴(yán)重影響了盾構(gòu)施工的質(zhì)量與工程的安全性。

由此可見，制定一本針對地鐵盾構(gòu)隧道用水泥基注漿材料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是必須且必要的，這將有利于對地鐵盾構(gòu)隧道用注漿原材料的質(zhì)量控制，規(guī)范水泥基注漿材料的生產(chǎn)和檢驗，做到地鐵盾構(gòu)隧道用水泥基注漿材料安全適用、經(jīng)濟合理、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進，實現(xiàn)地鐵盾構(gòu)隧道用水泥基注漿材料在地鐵盾構(gòu)隧道建設(shè)中得到科學(xué)、合理、有效地利用。

根據(jù)中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會《關(guān)于印發(fā)<2015年工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)制訂、修訂計劃>的通知》(建標(biāo)協(xié)字[2015]099號)的要求，批準(zhǔn)中國建筑科學(xué)研究院與南京易發(fā)新材料科技有限公司會同南通城市軌道交通有限公司等有關(guān)單位共同編制CECS標(biāo)準(zhǔn)《盾構(gòu)法隧道同步注漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)。規(guī)程于2018年12月18日公告發(fā)布，自2019年5月1日起實施。

1 主要內(nèi)容與技術(shù)要點

標(biāo)準(zhǔn)共分7章和3個附錄，主要技術(shù)內(nèi)容包括：總則、術(shù)語和符號、基本規(guī)定、原材料、注漿材料配合比及性能、同步注漿施工、質(zhì)量檢驗與驗收。

1.1 盾構(gòu)工程同步注漿材料及其原材料性能要求的提出

通過國內(nèi)典型盾構(gòu)工程同步注漿用原材料調(diào)研、總結(jié)以及充分的試驗驗證，在廣泛征求意見的基礎(chǔ)上匯總、歸納、探討、分析、總結(jié)，對盾構(gòu)工程同步注漿材料及其原材料種類及性能作出要求。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場盾構(gòu)工程同步注漿材料用水泥以PO42.5等級水泥為主；砂以河砂為主，規(guī)格為中砂；摻合料以Ⅱ級粉煤灰為主，也有礦粉、石灰石粉等摻合料；消石灰多為鈣質(zhì)，且CaO+MgO含量大于85%；膨潤土多為鈉基。

經(jīng)充分調(diào)研：目前盾構(gòu)工程施工注漿所用的同步注漿材料主要分為水泥基、消石灰基兩大類。

水泥基盾構(gòu)工程同步注漿材料主要測試漿液密度、泌水率、稠度及其經(jīng)時損失、流動度及其經(jīng)時損失、凝結(jié)時間、抗壓強度、水陸強度比和結(jié)石率指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)啟動會過程中編制組內(nèi)部一致討論通過，增加水泥基盾構(gòu)工程同步注漿材料的分層度指標(biāo)用于進一步表征其勻質(zhì)性，增加水陸強度比指標(biāo)用以表征其抗水分散性能。按照目前常用水泥基同步注漿材料的配合比參數(shù)的驗證試驗結(jié)果表明，水泥基盾構(gòu)工程同步注漿材料漿液濕表觀密度均不小于1 800 kg/m3，泌水率均不大于5%，稠度為10～14 cm范圍內(nèi)，漿體的結(jié)石率不小于95%，1 d強度不小于0.2 MPa、7 d強度不小于1.5 MPa、28 d強度不小于2.5 MPa。

消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料主要測試漿液密度、泌水率、稠度、抗壓強度、結(jié)石率等性能指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)啟動會過程中編制組內(nèi)部一致討論通過，增加消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料的分層度指標(biāo)用于進一步表征其勻質(zhì)性，嘗試增加pH指標(biāo)用以表征其抗水分散性能。系統(tǒng)的調(diào)研結(jié)果表明，消石灰基盾構(gòu)同步注漿材料漿液濕表觀密度均不小于1 800 kg/m3，泌水率幾乎均不大于5%，結(jié)石率均不小于95%，稠度在8～14 cm范圍內(nèi)，凝結(jié)時間范圍相對較大，且波動無明顯規(guī)律相對離散。由pH值試驗結(jié)果可知，利用pH值結(jié)果評價消石灰基盾構(gòu)同步注漿材料的試驗方法仍不夠成熟。此次標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，試驗方法和盾構(gòu)同步注漿原材料及相應(yīng)的配合比均參數(shù)的確定，主要參考的是目前實際盾構(gòu)工程常用的原材料和配合比參數(shù)。為了避免試驗結(jié)果受試驗條件和人為主觀因素的影響，主編單位按照開題的任務(wù)分工，分別安排不同的編制組成員單位進行驗證試驗。但由于部分性能指標(biāo)及試驗方法是新提出的，其科學(xué)性和可操作性仍需要驗證。相對成熟的性能指標(biāo)及試驗方法，考慮水泥基同步注漿材料與石灰基同步注漿材料的強度較低，凝結(jié)時間可控，水陸強度比等部分性能試驗方法相對科學(xué)、可行。因此，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的盾構(gòu)注漿材料的性能指標(biāo)主要應(yīng)以實際驗證性試驗結(jié)果為依據(jù)。而對于評價水下不分散性能的pH值指標(biāo)及試驗方法，以及消石灰基的注漿材料的凝結(jié)時間指標(biāo)及試驗方法，考慮其試驗結(jié)果離散性大、試驗方法可操作性較差，潛在的人為試驗誤差相對較大，故標(biāo)準(zhǔn)暫未規(guī)定相應(yīng)的性能指標(biāo)參數(shù)要求及對應(yīng)的試驗方法。

經(jīng)充分驗證，并經(jīng)廣泛征求意見以及審查會專家討論一致通過后形成的同步注漿材料性能指標(biāo)如表1所示。水泥基單液同步注漿漿液硬化后的性能應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表1 同步注漿漿液的性能要求

表2 水泥基單液同步注漿漿液硬化后的性能要求

同時，規(guī)定消石灰基單液同步注漿材料24 h抗剪屈服強度不應(yīng)小于1 200 Pa。水泥-水玻璃雙液同步注漿材料的漿液配合比和漿液性能應(yīng)滿足施工和設(shè)計要求，并應(yīng)通過試驗確定。

1.2 盾構(gòu)工程注漿材料推薦配合比關(guān)鍵參數(shù)與配合比設(shè)計方法的提出

在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上匯總、歸納、分析、總結(jié)，提出了初步的盾構(gòu)工程注漿材料推薦配合比關(guān)鍵參數(shù)與配合比設(shè)計方法。通過廣泛內(nèi)部征求意見，反復(fù)討論研究，形成盾構(gòu)工程注漿材料推薦配合比關(guān)鍵參數(shù)與配合比設(shè)計方法。在征求意見稿階段，根據(jù)試驗結(jié)果，確定較為典型的現(xiàn)場盾構(gòu)注漿材料施工配合比參數(shù)如下：

水泥基盾構(gòu)注漿材料現(xiàn)場施工配合比控制范圍為：水膠比0.45～0.79，膠砂比0.45～0.75，水泥占膠凝材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.17～0.26，膨潤土占膠凝材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.14～0.18，設(shè)計濕表觀密度1 817～1 908 kg/m3。

石灰基盾構(gòu)注漿材料現(xiàn)場施工配合比控制范圍為：水膠比0.58～0.7，膠砂比0.36～0.69，消石灰占膠凝材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.17～0.19，膨潤土占膠凝材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.09～0.14，設(shè)計濕表觀密度1 830～1 910 kg/m3。

在全國范圍內(nèi)征求意見過程中，相關(guān)專家提出：在采用一定增稠劑、絮凝劑等外加劑手段或其他膨潤土替代材料時，可降低膨潤土摻量。膨潤土摻量占膠凝材料用量低至5%時，同步注漿材料漿液施工性能依舊滿足要求，經(jīng)核驗后，將注漿材料膨潤土摻量推薦控制值降低為5%。

征求意見過程中，參考相關(guān)專家提出的意見，水泥或消石灰用量宜只規(guī)定摻量下限，兩者摻量下限可達15%，且不宜規(guī)定上限。水泥或消石灰摻量超過征求意見稿中暫定推薦指標(biāo)上限范圍時，盾構(gòu)注漿材料漿液施工性能依舊滿足要求，且施工后注漿效果良好。經(jīng)核實后將注漿材料水泥及消石灰推薦摻量均調(diào)整為不小于15%。

標(biāo)準(zhǔn)審查過程中與會專家一致認(rèn)為，消石灰基盾構(gòu)注漿材料水膠比控制上限控制指標(biāo)偏低，已有很多消石灰基盾構(gòu)注漿材料水膠比達0.8的盾構(gòu)施工案例，且盾構(gòu)注漿效果良好，建議將消石灰基盾構(gòu)注漿材料水膠比上限控制為0.8。同時部分專家提出，部分消石灰基注漿材料中膠砂比可低至0.3，也有部分消石灰基注漿材料未采用砂，其膠砂比可達1/1，且這兩種情況下注漿效果均達到了預(yù)期的要求。由于現(xiàn)在關(guān)于消石灰基盾構(gòu)注漿材料的填充、固結(jié)機理的研究尚不明確，為避免標(biāo)準(zhǔn)對先進產(chǎn)品應(yīng)用的限制，鼓勵先進，經(jīng)審查會討論后一致同意，將膠砂比推薦參數(shù)調(diào)整為不小于0.3。

綜上，盾構(gòu)注漿材料配合比推薦參數(shù)如表3及表4所示。

表3 水泥基同步注漿材料配合比推薦參數(shù)

表4 消石灰基同步注漿材料配合比推薦參數(shù)

1.3 盾構(gòu)工程同步注漿材料及其原材料性能試驗方法的提出

盾構(gòu)工程同步注漿材料用原材料均有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，故同步注漿材料用原材料試驗方法均參照相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行。

盾構(gòu)工程同步注漿材料的性能試驗主要參照國內(nèi)現(xiàn)行混凝土、砂漿、灌漿料、水泥土等試驗方法進行，并通過驗證性試驗對試驗方法的可行性及推薦性能指標(biāo)的合理性進行分析。對有爭議的試驗方法，通過廣泛的征求意見、集思廣益并結(jié)合驗證試驗，分析提出合理試驗方法。對于可行性差的用于標(biāo)準(zhǔn)盾構(gòu)工程同步注漿材料抗水分散性能的pH試驗方法以及用于測試消石灰基同步注漿材料的凝結(jié)時間的試驗方法。由于暫無更合理的試驗手段，此次標(biāo)準(zhǔn)編制中暫沒有納入。標(biāo)準(zhǔn)審查會期間，各與會專家對盾構(gòu)工程同步注漿材料及其原材料性能試驗規(guī)定的試驗方法表示肯定，并指出會后需仔細(xì)核對試驗方法中出現(xiàn)的公式的單位和量綱，以確保單位使用的合理、準(zhǔn)確、統(tǒng)一性。

1.4 盾構(gòu)工程同步注漿材料生產(chǎn)、施工及驗收

在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，參照國家標(biāo)準(zhǔn)《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》GB 50446[11]等國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合盾構(gòu)工程同步注漿材料的性能特點及不同施工環(huán)境特點，以保證盾構(gòu)工程同步注漿質(zhì)量為目的，對盾構(gòu)工程同步注漿材料生產(chǎn)、施工及驗收提出要求，并在廣泛征求意見的基礎(chǔ)上，歸納、總結(jié)、分析，對盾構(gòu)工程同步注漿材料生產(chǎn)、施工及驗收作出合理的規(guī)定。審查會期間，部分專家對注漿施工一般規(guī)定、同步注漿材料檢驗批次、注漿施工注意事項及驗收中個別條文提出意見，并為標(biāo)準(zhǔn)進一步修改完善提供建議。

2 標(biāo)準(zhǔn)實施后的經(jīng)濟效益和社會效益

《規(guī)程》是我國盾構(gòu)工程同步注漿材料方面的第一本重要的技術(shù)性標(biāo)準(zhǔn)，適用于我國盾構(gòu)工程同步注漿材料的制備、生產(chǎn)、施工、設(shè)計與質(zhì)量控制。

《規(guī)程》發(fā)布實施后，仍將為我國的地鐵隧道等盾構(gòu)工程注漿材料及其施工后質(zhì)量的控制與提升提供技術(shù)支撐，避免盾構(gòu)工程同步注漿材料參差不齊、盾構(gòu)工程同步注漿施工質(zhì)量無章可依的局面，進一步提升盾構(gòu)工程質(zhì)量，減少因盾構(gòu)同步注漿材料及應(yīng)用不合理產(chǎn)生的實際注漿量高、注漿施工難度大、注漿施工進度慢等直接及間接經(jīng)濟損失，具有良好的經(jīng)濟效益。

《規(guī)程》發(fā)布實施后，可規(guī)范、提升盾構(gòu)注漿工程質(zhì)量，避免因注漿材料使用不當(dāng)導(dǎo)致的注漿填充密實性差、注漿效果差等問題，避免由此引發(fā)的滲漏、沉降等工程質(zhì)量問題以及可能引起的安全事故等社會問題，其社會效益顯著。

3 尚存在主要問題與后續(xù)工作

1)消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料的抗水分散性能、凝結(jié)時間性能暫無科學(xué)、可操作性的試驗方法，在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實施后，需進一步深入研究，盡快確定性能指標(biāo)要求及對應(yīng)的試驗方法。

2)由于現(xiàn)階段存在研究成果相對較少、注漿材料成本較高、工程現(xiàn)場實際使用較少等情況，該標(biāo)準(zhǔn)中未包含針對濱海環(huán)境、鹽漬土等具有侵蝕性介質(zhì)環(huán)境的，具有抗腐蝕性能要求的同步注漿材料的有關(guān)性能要求和規(guī)定。但隨著我國各地地鐵工程的加速推進，盾構(gòu)注漿材料的防腐蝕指標(biāo)也是不得不考慮的指標(biāo)，而且隨著注漿材料及施工技術(shù)的進步、新材料與新工藝的發(fā)展，在后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)修訂中，會結(jié)合工程實際情況納入經(jīng)濟性良好、施工性能良好的耐腐蝕型盾構(gòu)工程同步注漿材料產(chǎn)品。

3)繼續(xù)開展消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料注漿效果的調(diào)研工作。消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料具有強度低、強度增長緩慢的特點，在江浙等地區(qū)應(yīng)用廣泛。調(diào)研發(fā)現(xiàn)當(dāng)前該種漿料盾構(gòu)注漿施工效果較好，但部分學(xué)者對該種漿料的填充、支撐機理仍有一定的質(zhì)疑。前期調(diào)研過程中有關(guān)專家指出，該種漿料早期對盾構(gòu)空隙的填充與支撐作用主要由漿料中的砂粒之間的嵌鎖作用來完成，對于相應(yīng)的試驗方法能否科學(xué)反映這種嵌鎖作用，仍存疑問。因此，關(guān)于消石灰基盾構(gòu)工程同步注漿材料早期對盾構(gòu)空隙的填充與支撐機理，后續(xù)的研究工作仍有待加強。