同步注浆泵（共6篇）
同步注浆泵 篇1
我国传统注浆泵采用双作用气缸, 利用活塞杆的往返运动带动柱塞运动, 完成吸浆、排浆过程。其中排浆方式为交替式, 注双液浆时, 交替出浆的形式, 容易引发安全事故。随着注浆泵施工环境的多边形及复杂性, 工程施工对注浆泵的工作性能要求逐渐提高。根据传统注浆泵在施工运行中出现的问题, 对气动注浆泵进行改进升级, 以实现双液同步的目的。
1 改进前注浆泵的结构及工作特点
(1) 改进前注浆泵内部结构排浆单向阀、排浆钢球、吸浆单向阀、吸浆钢球、柱塞 (1, 2) 、浆缸 (1, 2) 、活塞杆 (1, 2) 、气缸活塞、气缸筒和端盖等。其中注浆泵两侧为两部分相同的吸浆、排浆出口及部件, 具体结构见图1。
(2) 改进前注浆泵工作原理注浆泵工作时, 柱塞2向左运行时, 浆缸2中的吸浆阀处于打开状态, 而排浆阀处于关闭状态, 同时浆缸1中排浆阀打开, 吸浆阀关闭, 完成一次吸浆、排浆工作流程。柱塞1向右运动时, 浆缸1和2中的吸浆阀及排浆阀的闭合状态互换, 完成另一次吸浆、排浆过程。两个吸排浆过程交替进行, 完成设备的工作循环。具体工作原理为:阿伏伽德罗定律:PV=n RT (其中P为压强, V为气体体积, n气体的物质的量, R为常数, T为温度) 由公式可知, 当气体物质的量、温度不变时, 气体的压强与气体的体积成反比, 体积增大时, 压强减小, 反之, 体积缩小时, 压强增大。
当活塞杆2向左运动时, 推动柱塞一起向左运动, 此时柱塞的运动使浆缸2中压强减小, 吸浆单向阀中的钢球所受到的压强减小, 而与外界连通的压强不变, 这就造成钢球下部所受到的压强大于上部所受到的压强, 上下表面所受到的压力不等, 推动钢球向上运行, 打开吸浆排气阀, 完成吸浆过程。同时活塞杆1连同活塞1向左方运动, 浆缸1中的压强增大, 而浆缸1中吸排浆单向阀中钢球外侧的压强不变, 对于排浆阀中的钢球而言, 此时下侧压力大于上侧压力, 钢球被顶起, 处于打开状态, 浆液排出。
(3) 改进前注浆泵运行状况评价由以上工作过程分析可知, 改进前注浆泵在工作过程中, 浆缸1和浆缸2的吸排浆工作无法同时进行, 始终处于双方交替进行的状态, 容易引发安全事故。首次改进思路定位, 将浆缸由两侧转为同侧, 以达到缩短吸浆、排浆时长的目的。结合工程生产的实际需要, 应对注浆泵进行改进, 以实现吸浆、排浆的同时性、连续性及稳定性。
2 改进后的注浆泵的结构及优势
(1) 改进后的注浆泵结构改进后注浆泵结构与之前差异较大, 主要包括的组件有:闷盖、浆缸、浆缸活塞、阀座、阀门、弹簧、排浆口、活塞芯、吸浆单向阀、吸浆钢球、吸浆口、阀托等。改进后的注浆泵, 在两侧的浆缸中分别安装了浆缸活塞, 浆液通道设于活塞芯内部, 安装单向阀, 浆缸下侧单向阀和活塞将浆缸分为两部分, 有杆腔浆缸和无杆腔浆缸。改进后的浆缸内单向阀由阀座、阀门和弹簧组成。见表2。
(2) 改进后注浆泵工作原理气缸内气体压缩做功, 推动气缸内活塞杆及活塞向左运动, 此时, 左侧为无杆腔浆缸, 右侧为有杆腔浆缸。吸浆单向阀保持关闭状态, 处于浆缸左侧的浆液在压力作用下顶开阀门, 进入浆缸右侧, 并从右侧的排浆口排出。与此同时, 气缸活塞带动右侧浆缸内的活塞向左侧运动, 活塞内的单向阀受到弹簧和浆液两种压力, 在压力差作用下保持关闭状态。活塞右侧浆缸内气体压强减小, 外侧压强不变, 吸浆单向阀中的钢球在外界压力作用下向上抬起, 打开吸浆阀, 浆液通过入口进入右侧浆缸内, 而浆缸左侧浆液则在活塞作用下, 通过排浆口排出。
(3) 改进后注浆泵优势分析 (1) 改进后的浆缸在结构上进行了进一步优化。单向阀组成包括阀座、阀门和弹簧, 阀门由橡胶阀片和阀托组成, 橡胶阀片和阀座之间的锥面密封方式要优于钢球、阀座之间的密封性;单向阀受弹簧和浆液双重压力, 当单项阀需要闭合时, 弹簧一侧的浆液压力与弹簧压力共同作用在单向阀的阀片上, 加强了单向阀的密封性能, 同时提升注浆泵的工作效率。 (2) 浆缸内的单向阀和活塞将浆缸分为无杆腔浆缸和有杆腔浆缸两部分, 活塞向做左侧运动时, 气缸两侧排浆阀打开, 排出浆液, 若活塞向右侧运动时, 气缸两侧均有排浆口打开保证浆液的及时排除。活塞往返运动时, 浆液均可通过气缸两侧的排浆口排除, 而吸浆工作同时进行, 这就保障了吸浆、排浆工作的稳定性和同步性。
3 结语
改进后的气动注浆泵, 除可以实现吸浆、排浆的同步性操作外, 还缩短了工作周期, 为注浆泵安全、稳定运行提供了有力保障。另外, 注浆泵气缸容积的增大, 也提升了注浆泵的工作效率, 满足工程施工的需求。
摘要：气动注浆泵由于吸浆、排浆无法同步运行, 造成注浆泵工作周期延长, 可能引起浆液凝固, 从而影响设备运行的安全性和稳定性。将注浆泵内部结构进行改进后, 大大提升了注浆泵的工作效率。文章从注浆泵结构、工作原理两方面进行对比, 说明双液同步注浆泵的改进构思及改进后的效果, 改进后气动注浆泵实现双液同步, 并提高了注浆泵工作效率。
关键词：注浆泵,双液,同步
参考文献
[1]任启发, 徐磊, 尚大鹏, 等.气动注浆泵在钻探施工中的应用[J].山东煤炭科技, 2014, (11) :181-182.
[2]赵振江, 俞冬平.一种简单的气动自动换向机构设计[J].液压与气动, 2012, (5) :13-14.
[3]马爱芹.煤矿用系列气动双液注浆泵的设计与应用[D].山东大学, 2010.
盾构同步注浆泵原理及应用分析 篇2
关键词：盾构施工,同步注浆泵,注浆压力,注浆量,注浆速度
在隧道施工中, 随着盾构的不断掘进, 由于盾尾的抽出管片与洞壁之间会出现空隙, 如不及时填充可能发生地表沉降等问题[1], 因此需要对管片外侧与洞壁之间的环形空间进行注浆填充, 用混凝土提供相应压力支持上方土体, 确保管片衬砌的早期稳定性和间隙的密封性, 从而有效地解决盾构掘进过程中引起地面沉降和结构漏水等问题, 注浆原理如图1所示。目前国内盾构使用的同步注浆泵全是国外进口产品, 采购周期较长, 而且现场使用出现问题时不能及时进行维修或者更换零部件, 影响施工进度。本文以施维英同步注浆泵为例, 对同步注浆泵的构造及控制原理进行分析, 对现场使用及维修经验进行总结。
1-盾尾壳体;2-注浆管;3-土体;4-管片;5-三道盾尾密封;6-止浆板;7-注入的砂浆
1 同步注浆泵主要参数分析
施工中需根据实际地质条件决定注浆压力、注浆量、注浆速度等参数, 以对注浆泵进行手动控制或者自动控制。自动控制时由上位机设定最大及最小注入压力, 当注浆压力达到最大设定压力时注浆泵将停止注浆, 随着盾构的继续掘进, 当浆液流动使注浆压力小于最低注入压力时注浆泵再次启动进行注浆。
1.1 注浆压力
注浆压力是衡量浆液填充情况的重要参数之一, 压力过大可能损坏管片, 过小又不易注入浆液, 因此需综合考虑地质、管片强度、设备性能、浆液性质、开挖仓压力等情况确定出既能完全充填盾尾空隙又安全的最佳注浆压力值。注浆泵出口压力与注浆管末端盾尾间隙处地层压力、浆液流经管路的沿程压力损失、流经阀门和变径管等的局部压力损失有关[2], 可用下式计算
式中Pp—泵出口处压力;
Pe—盾尾间隙处地层压力;
—局部压力损失,
λ—沿程阻力系数;
l—圆管的沿程长度, m;
d—圆管内径, m;
v—管内平均速度, m/s;
ρ—砂浆密度, kg/m3;
ζ—局部阻力系数。
注浆泵出口压力值随注浆管长度的增加而增加, 注浆泵在空间允许时应尽可能放在接近盾尾处, 减少压力损失。采用同步注浆时注浆压力应保持在适当范围内, 不应有大幅波动, 并要求地层中的浆液压力大于该点的静止水压及土压力之和。在每条注浆管线靠近盾尾注入点处都安装有土压传感器, 实时反馈和控制注浆压力, 从而控制注浆量。
1.2 注浆量
理论上同步注浆量是填充切削土体与管片间隙所需的浆液量, 并根据地质、线路及掘进方式等因素考虑适当的饱满系数, 以达到填充密实。注浆量Q按下式计算
式中V——理论空隙量, m3;
α——注入率, 实际注浆量根据地质和施工损耗等情况选取相应的注入率[3],
α1——压密系数;
α2——土质系数;
α3——施工损耗系数;
α4——超挖系数。
每环理论注浆量
式中D1——开挖直径, m;
D2——管片外径, m;
L——管片长度, m。
注浆量也可由注浆泵上脉冲计数器的显示数据来推算, 以注浆泵输送缸的容积修正量及单位时间内的泵送次数计算出单位时间的注浆量[4]
式中n——泵送次数;
vm——修正后的输送缸容积, m3。
施工中达到设定的注浆量, 也只能保证盾尾空隙理论上的填充饱满, 实际的填充情况则取决于注浆压力。另外, 注浆量也可根据注浆前后砂浆罐的容量之差来确定。
1.3 注浆速度
注浆速度应与盾构的掘进速度相适应, 过快可能导致堵管, 过慢则会导致地层的坍塌或使管片受力不均, 产生偏压。
式中Q——壁后注浆量;
T——每环推进时间。
式中v——盾构推进速度。
由式5、式6得出
为满足盾构最大推进速度时的同步注浆要求, 浆液注入速度必须满足
2 同步注浆泵结构
同步注浆泵为双管活塞出料, 通过提升阀控制进、排浆口开闭, 如图2所示[5]。
1-注浆主油缸;2-清洗水箱;3-输送缸;4-进料提升缸;5-出料管;6-出料提升缸;7-活塞
同步注浆泵由注浆主油缸、清洗水箱、输送缸、进出料提升阀和活塞等元件组成。泵出料时, 注浆输送缸活塞由主油缸伸出推动, 混凝土在压力作用下通过排浆口压入输送管道送至盾尾环形间隙, 此时吸料提升阀关闭, 出料提升阀打开。主油缸达到最大行程后, 系统自动切换到泵吸料状态, 此时吸料提升阀打开, 出料提升阀关闭, 注浆主油缸带动活塞回缩, 混凝土在自重和吸力共同作用下被吸入输送缸, 完成吸浆过程。输送缸在液压缸的往复驱动下, 交替进行吸浆和排浆, 实现混凝土的连续泵送。
3 同步注浆泵现场常见问题处理
操作人员应经常对注浆设备进行彻底的清理、检查, 要保持注浆管路畅通、压力显示系统准确无误, 对发现的问题及时处理, 确保注浆泵正常工作, 注浆泵常见故障如下。
1) 吸料提升阀油缸不动作注浆完毕未及时清洗注浆泵, 泵内浆液硬化, 造成活塞被卡。处理方法, 拆除吸料提升阀缸液压管路, 利用千斤顶顶起活塞, 清除硬化泥浆。
2) 无注浆压力显示注浆管路未及时清理硬化后堵塞, 浆液到不了注浆压力传感器所在位置, 应将注浆管路清理畅通。
3) 注浆泵工作一段时间后换向冲击变大换向时液压冲击大, 由于节流阀松紧螺母未拧紧, 注浆泵工作时振动等原因使节流阀开口不断变大, 将节流阀开口度调节到换向冲击合适时, 拧紧松紧螺母。
4) 注浆脉冲次数显示不正常注浆时某一路注浆次数为其它组2倍或无显示, 脉冲接近开关安装位置超前, 活塞经过时接近开关感应两次, 从而脉冲计数加倍, 将脉冲计数接近开关调整至脉冲计数显示正确的合适位置;接近开关探头伸出太短以致检测不到活塞动作时脉冲次数不显示, 应当调整探头伸出长度。
5) 注浆压力上不去注浆动作正常但注浆压力上不去, 由于注浆泵出料提升阀、吸料提升阀磨损, 致使它们靠锥面的密封不严密, 泵送时浆液从吸料提升阀处向吸料管泄漏, 吸料时浆液由注浆泵出口浆液输送管通过出料提升阀处向吸料铸件腔泄漏, 浆液泄漏造成泵送时压力上不去, 或者泵送后的压力下降。此时, 需要更换提升阀。
对于注浆泵出现的其他问题也应通过分析解决, 并且注浆时浆液要从管片的对称位置注入, 防止产生偏压使管片发生错台或损坏;注浆过程中要密切关注管片的变形情况, 若发现管片有破损、错台、上浮等现象应立即停止注浆;当注浆量突然增大时应检查是否发生了泄漏或注入掌子面的现象, 若发生前述现象应停止注浆, 妥善处理后再继续注入。
4 结论与讨论
1) 本文对隧道施工中同步注浆的过程进行了说明, 介绍了同步注浆泵的结构, 并对注浆工作过程和反泵冲洗过程的液压控制原理进行了详细的分析。
2) 对施工中所需注浆压力、注浆量、注浆速度等参数进行了分析讨论, 提供了多种日常使用时参数设置的计算方法。
3) 对注浆泵常见故障和使用注意事项进行总结并分析了原因, 有利于同步注浆泵可靠合理的使用, 为隧道的顺利贯通提供重要支持。O
参考文献
[1]杨俊卿, 任德志, 徐丽萍, 等.新型盾构液压系统设计与仿真研究[J].机床与液压, 2011, (39) :94-96.
[2]王益群, 高殿英.液压工程师技术手册[M].北京:化学工业出版社, 2009.
[3]张景异, 赵婷婷.盾构同步注浆系统研究[J].液压与气动, 2011, (9) :22-24.
[4]腾延锋.盾构新型注浆泵控制系统的研制[J].建筑施工, 2011, (33) :407-408.
同步注浆泵 篇3
随着我国城市轨道交通建设的快速发展, 盾构施工在城市轨道交通建设已经逐步成为安全、快速的手段。随着对城市建设的安全性、环境友好程度越来越重视, 对盾构施工的地表沉降要求及下穿各种建 (构) 筑物的安全提出了更高的要求。
2014年末, 全国共22个城市开通城市轨道交通运营里程长度3173公里。其中地铁2365公里, 占75%。目前, 国内盾构壁后注浆主要采用同步注浆, 由于要通过盾构支承环和盾尾内管道系统注入地层内, 要求同步注浆浆液具有良好的工作性、稳定性和固结性。因而, 对同步注浆材料体配合比的科学设计和有效调控, 可以为盾构施工带来巨大的经济、社会效益。
1 国内目前同步注浆的现状
由于盾构刀盘及壳体大于管片外径, 当盾尾脱离管片后, 管片与土体之间形成一定的环形建筑空间, 如不能及时有效填充, 将导致: (1) 管片渗漏; (2) 管片出现错台; (3) 土体变形引起地表沉降。
因此, 壁后注浆是保证地表沉降、管片错台以及隧道防水的重要措施。
国内对多种类型的浆液均有使用, 但单液浆由于注入设备简单、施工操作简单、设备维护简单及施工管理容错率高, 在现在的盾构施工中占主导地位。
2 不同的同步注浆液浆对比
2.1 单液浆与双液浆的对比
目前盾构施工用同步注浆浆液主要分两种:单液浆与双液浆。以日本为代表的泥水平衡盾构的同步注浆主要采用双液浆液, 其主要材料为水泥、膨润土、水、水玻璃等, 以德国为代表的土压平衡盾构主要采用可硬性浆液为主的单液浆。
双液注浆系统由两套相对独立的浆液储存设备和泵送设备组成, 浆液在盾壳外相遇并发生凝结, 凝结时间较短, 利于尽早发挥注浆的强度功效。单液注浆系统相对简单, 但对浆液的性能要求较高, 浆液凝结过快容易堵塞注浆系统且充填效果不理想, 凝结过慢容易导致隧道轴线变形和额外地表沉降。
2.2 可硬性单液浆与惰性浆液的对比
可硬性浆液主要是以水泥为胶凝材料的同步注浆材料, 辅以细砂、粉煤灰等添加材料作为充填。主要优势在于原材料应用广泛, 易取得、浆液初凝时间较短、浆液终凝强度高;缺点在于施工过程控制要求较高、浆液成本较高、浆液在富水高压情况下易离析、离散, 无法形成较密实板体。
基于可硬性单液浆基础上发展出来了惰性浆液单液浆, 惰性浆液同时克服了普通可硬性浆液凝结时间短、易堵管、抗水分散性较差等缺点, 实现了充填性、流动性、固结强度三者之间的良好匹配, 能够达到较好的地层充填效果。同时有于惰性浆液没有使用水泥, 有利于节约工程成本。
3 新型惰性浆液性能指标目标
根据笔者所在公司长期从事盾构施工经验以及在数个不同地层使用惰性浆液的施工数据分析, 拟试验确定出一种应用于高水压富水粉细砂地层使用的惰性浆液。要求该浆液具有良好的可泵送性、抗离析、抗水分散以及较高的抗压性能、较小的收缩率、较好的抗渗性能, 并以抗压性能、抗渗性能、收缩率、离析率作为主要的目标性能。
3.1 新型惰性浆液原材料要求
新型浆液拟采用消石灰、粉煤灰、中细砂、膨润土、水、添加剂等搅拌而成。初定浆液组成原材料的性能要求见表1。
说明: (1) 表中用砂的细度模数不小于0.8; (2) 粉煤灰含水量:粉煤灰的含水率影响卸料、贮藏等操作, 规定不大于5%; (3) 砂:使用前过5mm筛, 如夏天砂子温度太高, 须放在凉棚下凉至砂温≤38℃再用; (4) 水:优先使用井水, 夏天水温不要过高, 冬天水温也不要过低, 使砂浆温度适中.
3.2 新型惰性浆液基本性能要求
新型惰性同步注浆浆液应具备以下性能:
(1) 具有良好的长期稳定性及流动性, 并能保证适当的初凝时间, 以适应盾构施工以及远距离输送的要求具有良好的可泵送性;
(2) 能满足相应的抗压要求, 具有良好的充填性能;
(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;
(4) 浆液在地下水环境中, 不易产生稀释现象;
(5) 浆液固结后体积收缩小, 泌水率小;
(6) 具有一定的抗渗能力;
(7) 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;
(8) 浆液无公害, 价格便宜。
3.3 新型惰性浆液性能指标控制要求
新型浆液以稠度为主要管理指标, 同时也兼顾凝结时间和浆液试块抗压强度等, 综合以上试验数据和分析, 新型浆液基本性能控制指标初定为表2所示。
3.4 惰性浆液的现场管理控制
(1) 所有进场原材料均满足浆液材料性能检测要求。
(2) 浆液的搅拌必须按试验室下达的配合比进行拌制, 当砂子含水量较低大时, 要勤测含水率, 调整配合比。
(3) 注浆过程的卡控:工程技术人员根据其他参数变化随时调整注浆量、注浆压力及注浆速度。
(4) 设备维护:定期清理注浆管路, 特别是需停一段时间后才掘进。注意保护压力传感器和线路。
(5) 注浆完成:注浆量达到设计注浆达到设计注浆量的80%以上, 对注浆效果不好的地方采用二次注浆机用水泥单液浆进行补强浆, 以增加密实性, 减小地表沉降。由于惰性浆液凝结时间较长, 对特殊地段以及进出洞时, 在尾盾离开管片2环~3环时, 从吊装孔注入水泥浆液, 以加快凝固速度和浆液强度。
4 新型浆液的实验
4.1 惰性浆液的实验配合比
施工中选用第一组配方, 为了满足长距离运输及泵送的需求, 对配方做了适当的调整。其配合比为每1立方米石灰80kg、粉煤灰300kg、砂子1000kg、膨润土60kg、水350kg、减水剂3kg。
在本标段盾构同步注浆施工中, 严格按照施工配合比适配, 每环在搅拌完成后在储浆箱中取出一定量的浆液进行主要性能的检测。
新型单液浆实测比重为1.83~1.90g/cm3, 实测稠度10~13cm, 稠度经时变化均小于2cm。
4.2 新型单液浆的终凝时间及相关试验
在本标段盾构法同步注浆施工中, 严格按照施工配合比适配, 浆液搅拌完成后在储浆箱中取出一定量的浆液制作7.07cm*7.07cm*7.07cm试块, 进行标准养护分别进行7天和28天无侧限抗压强度试验, 根据大量的试验结果分析, 7天的无侧限抗压强度平均值达到0.17MPa, 28天无侧限抗压强度为0.8MPa。
通过对搅拌好的浆液进行终凝时间试验得出浆液搅拌好后初凝时间基本控制在24小时, 与一般可硬性浆液的初凝时间2~3小时相比, 缓凝效果较为明显。
对浆液试块的抗渗性能同时进行了试验, 浆液试块的抗渗平均为0.85*10-8cm/s。
4.3 水量对浆液性能指标的影响
固体物料和减水剂加量不变时, 只改变水量, 配比如表4所示。
通过试验证明:水量增大后, 浆液的稠度值和流动度值也随着增大, 并导致浆液离析现象加重, 浆液抗渗性能受到直接影响;水量减少, 浆液的稠度值和流动度值也随着减少, 浆液的凝结时间也缩短。
4.4粉煤灰和膨润土用量对浆液性能指标的影响
为测试粉煤灰和膨润土对浆液性能指标的影响规律, 以表3中的推荐配比为基准, 调整配比。
4.4.1粉煤灰量增加70kg/m3, 膨润土量增加30kg/m3, 砂用量减少100kg/m3;
4.4.2膨润土量增加60kg/m3, 砂用量减少60kg/m3。
(1) 调整水量使浆液初试稠度基本相同, 测试浆液性能指标与表3推荐配比进行比较, 配合比如表5所示。
(2) 相同水量时, 粉煤灰和膨润土加量对浆液性能指标的影响, 配比如表6所示。
粉煤灰和膨润土量增加后, 浆液的流动度能长时间内维持在较高值, 利于泵送。
5 新型浆液与水泥砂浆的现场施工比对结论
通过两种浆液的同条件施工情况对比 (施工标段为:郑州市地铁2号线01标广~新~国盾构隧道区间) , 我们发现新型浆液相对于可硬性浆液的主要优势体现在四个方面:
(1) 隧道防水保证;
(2) 施工成本节约;
(3) 地层沉降控制;
(4) 施工管理亲和。
下面分别从这四个方面对新型浆液与可硬性浆液进行对比。
5.1 新型浆液与水泥砂浆基于隧道防水的对比
郑州市轨道交通2号线1标的单线隧道共计约为1300环, 采用新型惰性浆液的隧道漏水点位有2%~3%环左右, 采用可硬性浆液的隧道漏水点位有5%~8%左右。可以清晰明显地看到采用新型惰性浆液的盾构隧道漏水情况好于采用可硬性浆液。对于隧道渗漏水治理的后期隐形成本的节约也相当有效。
5.2 新型浆液与水泥砂浆的经济性对比
分别采用新型惰性浆液与可硬性浆液时, 每方新型惰性浆液在相同社会环境下相较可硬性浆液便宜30~50元, 按平均一环6~8方的同步注浆量的方量计算, 则一环便可节约180~400元, 具有相当可观的经济效益。虽然采用新型惰性浆液需要增加一台注浆设备 (1万元左右) , 但是总体费用方面要比可硬性浆液减少。
5.3 新型浆液与水泥砂浆的施工管理亲和性对比
采用新型惰性浆液的左线隧道共计因同步注浆系统问题停机4次, 而采用可硬性浆液的右线隧道共因同步注浆系统问题停机18次。
可硬性浆液的同步注浆系统主要问题为: (1) 管路清理, 11次; (2) 注浆泵损坏、更换配件3次; (3) 注浆罐清理2次; (4) 浆液质量问题, 2次。由此可见采用新型浆液的施工管理容错率要明显高于采用可硬性浆液的施工管理容错率。
5.4 新型浆液与水泥砂浆的地层沉降控制对比
采用新型惰性浆液的左线隧道地表沉降峰值为-13mm, 沉降稳定时间为12~14小时左右;采用可硬性浆液的右线隧道地表沉降峰值为-28mm, 沉降稳定时间为24~48小时。
沉降峰值减小一半左右, 沉降发展时间缩短一半左右, 可见采用新型惰性浆液的地层变形控制要优于采用可硬性浆液。
摘要：本文简要介绍了盾构同步注浆的主要种类, 并对两种单液浆的工程性能、经济效益、隐性成本等进行了对比。分析了水泥单液砂浆逐渐被冷落的原因及惰性浆液的多样性和几个主要的发展方向。
关键词：盾构同步注浆,单液浆,浆液强度,浆液抗渗
参考文献
[1]赵书银.盾构隧道隋性浆液同步注浆技术应用[J].铁道标准设计, 2003 (12) :20-22.
[2]用东, 李明丈盾构隧道施工中同步注浆新材料的实验研究[J].地下工程与隧道, 2002 (1) :10-13.
同步注浆泵 篇4
盾构法由于施工过程对地面环境影响小, 施工速度快、安全而成为在城市地铁隧道以及市政设施隧道施工的一种重要手段[1]。在盾构法隧道的施工中, 盾构机刀盘的开挖直径大于管片外径, 随着盾构的推进, 管片拼装完毕并脱离盾尾后会与周围土体形成一个环形间隙, 称为盾尾间隙。施工产生的盾尾间隙除了会造成地面沉降以外, 还会影响盾构机的姿态控制, 并对管片拼装、隧道止水产生不利影响[2];因此进行盾尾处注浆是盾构施工中必要的关键工序。同步注浆不仅可以控制地层位移, 减少对周边及地下结构物的扰动;同时可充当环外第一道防水线, 对维持隧道的稳定性十分重要。
本文针对同步注浆的特性, 结合上软下硬复合地层地质条件, 制备适合实际工程使用的以粉煤灰为主, 复掺水泥和膨润土的活性同步注浆砂浆。
1注浆方式及工程地质
1.1注浆方式
本盾构机的同步注浆系统采用常用的砂浆注浆方式, 由地面拌浆系统拌制后, 通过搅拌车运送至三号车架, 利用车架上的设备泵送至一号车架上的浆桶, 在盾构机推进时, 通过6点注出口注入土体, 及时充填建筑空隙, 防止地面沉陷。为了保证同步注浆浆液能有效的注入土体, 必须保证6点位置管路注出口的压力分别大于相应各位置盾尾泥水压力, 由于考虑到隧道上浮等因素, 注入量也会因此进行调节, 直接导致注浆压力的调整, 四个断面的注浆压力设定差值略小于理论值。
注浆压力的确定, 注浆压力根据该公式P=P1+P2+P3进行设定;其中P为注浆压力;P1为相应位置的切口水压力;P2为管阻 (根据长江隧道管阻压力试验, 取2 bar) ;P3为常数, 取1.5 bar, P上=P+1 bar, P下=P-1 bar。
1.2工程地质条件
本工程盾构在掘进至约里程SDK4+710处, 需穿越砾砂、圆砾及卵石和砂岩层等复合地层, 属于国内较为复杂的复合地质条件工程之一, 其盾构掘进段 (SK4+710~SK4+810) 区间江底至盾构机底部地质情况详见表1。
该掘进区域内地质比较复杂属于上软下硬复合地层, 盾构主要穿越砂砾、圆砾及卵石和粉砂岩地层;在砂砾, 卵石地层中, 其母岩成分以石英砂岩, 燧石及灰岩为主, 渗透系数10-4m/s, 为高透水的砂卵石地质, 自稳性差;强风化粉砂岩层其石英含量达到65%, 平均强度约60 MPa~80 MPa, 最高达120 MPa, 属于高强度硬岩。
为实现壁后注浆的目的和要求, 注入浆液必须迅速、充分的填充盾尾空隙, 综合分析地质及工程特性, 本区段选用少量掺入水泥的硬性浆液进行盾尾同步注浆。注浆浆液应具有以下特点:
1) 良好的和易性 (流动性) 且离析少, 3 h流动度大于18 cm;
2) 浆液的固化时间可以控制, 可以在规定的时间内固化 (8 h~24 h) , 既不会浆液固化太快造成浆液管堵塞, 也不会太慢, 以致无法约束管片的位移, 并产生隧道在浆液中漂移的现象;
3) 有一定的早期强度, 其数值与原状土的强度相当, 浆液的固化过程中不发生泌水现象, 硬化后的体积收缩率小, 渗透系数小;
4) 应有合适的稠度 (10 cm~14 cm) , 不被泥水和地下水稀释;
5) 有较好的强度和动力学性能, 且在泥水的作用下不会降低。
2试验材料及配合比
2.1试验材料
水泥:南京海螺P.O42.5普通硅酸盐水泥, 相关性能见表2。粉煤灰:南京华能Ⅱ级灰, 相关性能见表3。
膨润土:浙江安吉纳基200目膨润土。
砂:江西赣江细砂, 细度模数1.9, 含泥量2.1%。
减水剂:山西桑穆斯建材化工有限公司生产的萘系列缓凝高效减水剂。
拌合用水:自来水。
%
2.2试验配合比
本阶段同步注浆砂浆的胶凝材料体系由水泥、粉煤灰和膨润土共同组成。其中水泥的掺入对砂浆早期强度的形成贡献较大, 但一定程度上将缩短浆液的凝结时间;粉煤灰为火山灰质材料, 具有潜在的碱激发活性, 是砂浆形成胶凝能力的主要原因之一;膨润土的引入主要为提升砂浆的工作性能。此外, 膨润土遇水膨胀的特性还能补偿砂浆的干燥收缩、减少微裂缝的生成, 增加砂浆的粘结能力[3]。依据工程经验, 试验室通过调整胶砂以比及胶凝材料体系进行试拌, 从中优选出5组配合比进行比较, 如表4所示。
2.3试验结果
2.3.1工作性
砂浆的稠度、流动度、分层度、泌水率、凝结时间等性能依照砂浆基本性能试验JGJ/T 70—2009建筑砂浆基本性能试验方法标准进行试验, 流动性参照T0507—2005水泥胶砂流动度测定方法进行;试验结果见表5。
由表5可知, 胶砂比对砂浆稠度的影响显著, 当胶砂比由0.36增至0.44时, 砂浆的稠度和流动度增加非常明显, 随着时间的增长, 且稠度和流动度的经时损失也有明显的下降趋势;这是因为膨润土的主要矿物成分为蒙脱石, 具有高分散性、吸附性、吸水膨胀等特性, 在水解后能够使砂浆的稳定性提高, 同时其滑动效应可提高砂浆的滑动性及可泵性, 避免或减少砂浆在泵送的过程中堵管现象的发生, 且遇水膨胀的特性还能补偿砂浆的干燥收缩、减少微裂缝的生成, 增加砂浆的粘结能力[4,5], 掺入粉煤灰能明显增大新砂浆的浆体体积, 大量的浆体填充了骨料间的孔隙, 包裹并润滑骨料颗粒, 从而使砂浆拌和物具有更好的粘聚性和流动性。粉煤灰的形貌效应可以减少浆体—骨料间的界面摩擦, 在骨料的接触点起滚珠轴承效果, 从而改善砂浆的工作性能[6];同时泌水率随着胶砂比的增加有减小的趋势, 这是因为胶凝材料与水的水化反应加大, 使砂浆中的自由水减少, 同时膨润土本身有很强的吸湿性, 从而导致泌水率的减小。砂浆的凝结时间也随着胶砂比的增大而增加。
2.3.2抗压强度
参照JGJ/T 70—2009建筑砂浆基本性能试验方法标准对上述配比制得的砂浆进行3 d, 7 d及28 d强度测试, 得出砂浆的抗压强度与水胶比的关系见图1。
由图1可知, 砂浆抗压强度随龄期的增长而提高, 随胶砂比的增加而增大。胶砂比越高意味着胶凝材料用量越大, 胶凝材料生成的水化产物也越多, 因而抗压强度得到提升。综合考虑本工程特点的地质情况, 结合浆液的工作性、早期强度及后期强度发展趋势以及经济性等因素, 选用胶砂比为0.42配比的活性浆液进行该区域的同步注浆。
3沉降监测及结论
在盾构掘进过程对盾构段同步进行监控量测, 监控量测的结果将对同步注浆配比及注浆量的调整提供重要依据。结合工程及地质特点, 本区域监测报警值设置为:沉降速率3 mm/d;累计沉降量-30 mm, +10 mm, “-”表示沉降, “+”表示上抬, 监测数据整理后见表6。
mm
从表6可知, 对于复合地质条件下采用H4组配合比能够很好的控制地面沉降及管片的上浮, 提高了隧道的整体稳定性;可有效封堵该富水复合地层中的承压水, 且浆液的工作性能良好、注浆过程中未发生堵管现象, 工程实际应用效果较好, 满足该高渗透性富水地层中盾构掘进施工同步注浆要求。
摘要：介绍了盾构施工工程注浆技术特点, 通过调整胶砂比及胶凝体系, 系统比较了不同配比的砂浆的稠度、流动性、泌水率、强度等相关性能, 结合工程实际应用效果, 得到了适合高渗透性富水复合地层的同步注浆浆液, 为以后类似工程提供借鉴。
关键词：盾构,复合地层,同步注浆,试验
参考文献
[1]贺雄飞, 王光辉.单液活性同步注浆浆液的配合比试验[J].隧道建设, 2010 (2) :9-14.
[2]王树清, 蔡胜华, 蒋硕忠.盾构法隧道施工同步注浆材料研究[J].长江科学院院报, 1998 (8) :28-30.
[3]李方贤, 龙世宗, 陈友治.膨润土对砂浆性能的调控作用[A].第三届全国商品砂浆学术交流会论文集[C].2009.
[4]罗云峰, 区希, 张厚美, 等.地铁隧道盾构法同步注浆用水泥砂浆的试验研究[J].混凝土, 2004 (8) :72-75.
[5]李方贤, 龙世宗, 陈友治.膨润土对砂浆性能的调控作用[J].华南理工大学学报, 2002 (5) :67-69.
同步注浆泵 篇5
目前国内对同步注浆浆液的研究工作集中于各种浆液材料配比的室内试验、注浆物理模型和沉降控制数值模拟分析等方面。矫伟刚等[4]通过稠度试验分析了不同材料比例下双液浆的流动性能,发现膨润土对浆液稠度存在影响,粉煤灰对浆液稠度影响不明显;徐建平等[5]通过稠度试验和胶砂流动度试验分析了快硬高性能浆液的流动性,发现添加一定比例减水剂和早强剂后浆液的流动度适宜值为210 mm,膨润土的加入在一定程度上会降低快硬同步注浆材料的流动性,并加快流动性经时损失;周少东等[6]通过稠度试验和胶砂流动度试验分析了浆液中添加专用外加剂HMA的流动性能,发现该注浆材料工作性能好,初始流动度可达210 mm,流动度经时损失极小,能有效防止管片上浮,稠度为10cm左右。然而,鉴于隧道穿越地层以及工程施工需要的不同,浆体材料配比的试验方法存在较大差异。对于不同浆液流动性试验方法对流动性各异的浆液的区分度,以及浆液经时变化中流动性指标的合理选择的试验及分析仍有待完善,影响对浆液工作性能的准确评价。
本文依托南京宁高城际轨道二期禄口新城南站—铜山站区间盾构隧道工程,对盾构壁后同步注浆材料进行研究,分析关于浆液流动性的不同试验方法的差异,以及不同材料比例对浆液流动性的影响,提出浆液在不同龄期的流动性评价方法,对于指导盾构同步注浆材料配比设计、进度管理以及同步注浆施工质量控制具有重要意义。
1 试验材料及试验方法
1.1 试验材料
水泥:海螺普通硅酸盐水泥P.O 42.5;粉煤灰:Ⅱ级;细砂:河沙,细度模数1.9;膨润土:钠基膨润土。
1.2 试验设备
采用JJ-6水泥胶砂搅拌机充分拌合浆液,采用砂浆稠度仪[7]、孔道压浆浆液流动度测试仪[8]、水泥胶砂流动度测定仪[9]量测浆液的流动性指标。
1.3 试验方案
本工程采用快硬型单液活性浆液(以水泥、粉煤灰、膨润土、细砂与水混合配制),根据既有工程经验及研究成果,影响浆液工作性能的参数指标一般有粉灰比、胶砂比、水胶比和膨水比,其中胶凝材料为水泥、粉煤灰和膨润土[10]。为了讨论各种材料含量对浆液工作性能的影响,试验方案采用均匀设计安排试验[11]。试验安排如表1所示。
2 试验结果分析
2.1 浆液流动性指标适用范围
根据砂浆稠度试验方法得出浆液初始稠度大部分在11~12 cm,随着材料用量的变化,浆液的稠度变化却不明显,无法判断浆液流动性能的差别,试验结果如表2所示。因此需要通过孔道压浆流动度试验来区分出浆液流动性能的差别。
由表2可知,得到初始稠度数据的标准差为0.224,而孔道压浆流动度数据的标准差为35.963。显然,通过孔道压浆流动度试验结果的离散性大于稠度试验,反映了浆液稠度在11~12 cm左右时,稠度不能充分的区别浆液在不同材料掺入比例下的流动性指标。当浆液稠度不大时,稠度仪的落锥在自由下落时主要受到浆液材料的摩擦力和黏结力。当浆液稠度增大时,浆液中自由水增多,材料粘结阻力减小,对落锥的摩擦力减小,并且两者均逐渐趋于一个较小的定值,同时自由水对落锥还有一定的浮托作用,因此浆液稠度较大时,运用稠度仪所测稠度不能很好的区分浆液的流动性的差异。孔道压浆流动度试验原理为测量规定体积浆液在重力作用下,从一定直径通道滴落的时间,避免了落锥所受浮力作用而带来的测量误差。若浆液从容器中流出的时间短,即代表浆液具有良好的流动性。反之,时间越长,流动性越差。然而,根据试验结果,孔道压浆流动度试验只适用于稠度在11 cm以上的浆液,若稠度低于11 cm,浆液滴落将不再连续,或者轻微敲击仪器侧壁才能流动,甚至不流动,无法准确的测出浆液的流动性。
为了弥补孔道压浆流动度试验的不足,对稠度在11 cm以下的浆液进行胶砂流动度试验,即测量一定浆液在震动后扩散展开的距离来表征浆液的流动性,试验结果见表3。
从表3中的试验数据对比可以发现,胶砂流动度可以测量稠度在11 cm以下的浆液的流动性,而此时通过孔道压浆流动度试验所测对应的浆液时,浆液流动性差,浆液流出不连续,甚至不流动。同时也可以发现浆液在不连续流出状态下对应的胶砂流动度试验结果也存在着区别。例如第7组和第8组试验,两组浆液稠度分别为10.6 cm和10.5 cm,孔道压浆流动度试验结果均为不连续流动,而对应的胶砂流动度试验结果却分别为252 mm和超界。因此,胶砂流动度试验在稠度及压浆流动度试验结果区分度均较低时,能够对稠度较低的浆液进行有效区分。由此可见当浆液流动度可以用胶砂流动度试验测出扩展范围时,此时浆液的流动性能已经减弱,浆液不能连续流动或者不能自由扩散。
对孔道压浆、胶砂流动度试验次数进行统计,统计结果如图1所示。
根据图1,随着时间的推移,孔道压浆流动度试验对浆液流动性的评判效果逐渐减弱,而胶砂流动度试验对浆液流动性的评判效果逐渐增强,并且两种试验基本形成互补效果,即孔道压浆流动度试验不能测出浆液流动性指标时,可以用胶砂流动度试验来进一步评判。
注:表中DC为Discontinuous简写,表示浆液不连续流动;表中KDC为Knock Discontinuous简写,表示浆液敲击后不连续流动;表中NF为No-Flow简写,表示浆液不流动;表中EX为Exceed简写,表示浆液超出测量边界。
2.2 材料用量对浆液初始流动性的影响
通过单因素分析,控制表1中某三个变量不变,剩余的变量在范围内变动,分析该变量与浆液稠度的关系,试验结果如图2~图5所示。
根据图2~图5所示,浆液稠度随着粉灰比、胶砂比、水胶比的增加而增大,随着膨水比的增加而减小。如图2,随着粉灰比的增加,浆液稠度增加的幅度较小,粉煤灰对浆液稠度的影响程度低于水胶比和胶砂比。
如图3,胶砂比较小时,由于胶凝材料相对含量较小,凝胶物质在砂粒间的包裹层变薄,砂粒之间的摩擦阻力增大,因此浆液的流动性较低;随着胶砂比不断增大,砂粒间摩擦阻力逐渐减小,浆液流动性变大。如图4,当水胶比增大时,浆液中自由水增加,流动性随之增大,导致浆液稠度增大。
如图5,膨润土具有对水的吸附能力较强,在黏土矿物表面形成结合水,浆液内部颗粒间的胶结作用增强。当含水量一定时,膨水比越大,膨润土吸收的水分越多,浆液中的自由水越少,导致浆液流动性降低,稠度减小。
2.3 浆液流动性经时变化
由于注浆浆液中含有胶凝材料,随着时间的推移,浆液胶凝材料逐渐固化,自由水蒸发,浆液流动性逐渐降低,因此在盾构施工过程中必须掌握浆液流动性的经时变化规律,控制浆液凝固时间,以防浆液固化后发生堵管。通过室内试验可以得到浆液在一定时间内的流动性变化趋势,当浆液流动性指标可以通过胶砂流动度试验测出其扩展值时,稠度试验将不再继续量测浆液稠度。试验结果如图6所示。
根据图6,随着时间推移,浆液稠度降低速率存在差异。其中,除第14组浆液试样外,其他10组试样稠度值减小的趋势均较快。第3、12、15、16组试样在拌制后2 h,稠度值低于11 cm,此时浆液不具良好的流动性,宜通过胶砂流动度试验测量浆液震动扩展距离,量化分析浆液流动性。第14组试样稠度值下降速率较低,同时根据试验测得的压浆流动度和胶砂流动度,试样在拌制后4 h仍能自由流动,拌制5 h候才能测得震动扩展距离,时变曲线较缓。根据表1,第14组试样各材料用量比例均较大(粉灰比4.0、胶砂比0.65、水胶比0.9、膨水比0.3),较大的粉灰比、胶砂比、水胶比使得浆液拥有良好的流动性;虽然膨水比的增加会降低浆液的流动性,但当浆液的含水量超过膨润土的吸水量极限时,浆液中剩余的自由水仍能使浆液保持较好的流动性。若考虑施工过程中,浆液久置后仍具有良好的流动性,不发生堵管,则第14组试样是可采用的同步注浆浆液。
对第14组试样在不同的试验方法下随着时间推移所得到的数据进行统计,统计结果如图7所示。
根据图7,第14组浆液在初期两个小时流动性基本保持不变,在2 h后,流动性损失加快。浆液在1 h和2 h时对应的稠度值变化较小,而孔道压浆流动度在这两个对应阶段却有所区分;5 h时,孔道压浆流动度无法测出流动性指标,而胶砂流动度测出扩展值为280 mm,此时稠度值为10.7 cm。
3 小结
(1)判断浆液流动性需要通过不同的试验方法进行确定,通过将稠度试验、孔道压浆流动度和胶砂流动度试验相结合,可以确定浆液流动性指标是否满足工程需要。
(2)稠度仪试验量程为0~14.5 cm,当稠度值在11 cm以上时,稠度不能区分浆液流动性差异;而孔道压浆流动度可以区分稠度值在11 cm以上的浆液的流动性。胶砂流动度试验能测出浆液震动扩展范围则表示浆液流动性不佳,对稠度值在10~11cm之间的浆液区分度较好。通过试验分析,浆液稠度控制在10~12 cm较为合理,此时孔道压浆流动度可以自由流出。孔道压浆流动度和胶砂流动度试验能通过互补形式能充分评判浆液的流动性能。
(3)粉煤灰对注浆材料的流动性影响小于水胶比和胶砂比。减少膨水比或增加水胶比或增加胶砂比都能提高浆液的流动性。反之则会降低浆液的流动性。值得注意的是,为了使浆液流动性满足施工需求,浆液的材料比例需要控制一定范围内。
(4)浆液流动性随着时间的推移逐渐变差,时变曲线较缓的注浆浆液适用于注浆施工。
摘要：浆液流动性指标试验方法对不同性质浆液的适用性存在差异,多种流动性指标与试验方法的组合运用能够准确、合理地反映浆液的经时变化。通过稠度试验、孔道压浆流动度试验和胶砂流动度试验,对常规快硬型单液活性浆液的流动性指标进行了对比试验量测,探讨了不同的试验方法对浆液流动性的适用性和合理性,分析了浆液流动性的经时变化,提出了浆液流动性指标的控制范围,为盾构同步注浆施工提供参考。
关键词：同步注浆,流动性,对比试验,经时变化
参考文献
[1]曾晓清,张庆贺.土压平衡盾构同步注浆浆液性能试验研究.中国市政工程,1995;68(1):46—50Zeng X Q,Zhang Q H.Study on mortar material of tail void grouting in earth pressure balance shield tunnel.China Municipal Engineering,1995;68(1):46—50
[2] 邹翀.盾构隧道同步注浆技术.现代隧道技术,2003;40(1):26 —30Zou C.Simultaneous grouting technique of shield-driven tunnels.Modern Tunneling Technology,2003;40(1):26—30
[3] 李志明,廖少明,戴志仁.盾构同步注浆填充模式及压力分布研究.岩土工程学报,2010;32(11):1752—1757Li Z M,Liao S M,Dai Z R.Theoretical study on synchronous grouting filling patterns and pressure distribution of EPB shield tunnels.Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2010;32(11):1752—1757
[4] 矫伟刚,张凯,房宽达,等.盾构同步注浆材料配比试验研究.市政技术,2015;33(6):175—179Jiao W G,Zhang K,Fang K D,et al.Experimental study on synchronous grouting material for shield tunneling.Municipal Engineering Technology,2015;33(6):175—179
[5] 徐建平,林文书,许可,等.盾构隧道快硬高性能同步注浆材料研究.隧道建设,2014;34(2):95—100Xu J P,Lin W S,Xu K,et al.Study on rapid-hardening high-performance simultaneous grouting material for shield-bored tunnels.Tunnel Construction,2014;34(2):95—100
[6] 周少东,林文书,王红喜,等.高性能同步注浆材料专用外加剂的研制.隧道建设,2014;34(3):205—211Zhou S D,Lin W S,Wang H X,et al.Development of additives dedicated for preparing high-performance simultaneous grouting material.Tunnel Construction,2014;34(3):205—211
[7] 陕西省建筑科学研究院.建筑砂浆基本性能试验方法标准(JGJ/T 70—2009).北京:中国建筑工业出版社,2009Shaanxi Research Institute of Building Science.Standard for test method of performance on building mortar(JGJ/T 70—2009).Beijing:China Architecture&Building Press,2009
[8] 中交第一公路工程局.公路桥涵施工技术规范(JTG/TF 50—2011).北京:人民交通出版社,2011CCCC First Highway Engineering CO.,LTD.Technical specification for construction of highway bridge and culverts(JTG/TF 50—2011).Beijing:China Communications Press,2011
[9] 中国建筑材料科学研究院.水泥胶砂流动度测定方法(GB/T2419—2005).北京:中国标准出版社,2005China Building Materials Academy.Test method for fluidity of cement mortar.(GB/T 2419—2005).Beijing:Standards Press of China,2005
[10] 罗云峰,区希,张厚美,等.地铁隧道盾构法同步注浆用水泥砂浆的试验研究.混凝土,2004;(8):72—75Luo Y F,Qu X,Zhang H M,et al.Test on cement mortar used in the synchronous grouting of the method for metro tunnel.Concrete,2004;(8):72—75
同步注浆泵 篇6
盾构掘进会对土体造成扰动，使管片和土体之间出现建筑间隙。施工中需采用同步注浆措施来减少建筑间隙产生的不利影响[1,2,3]。同步注浆材料起到填充管片环外空隙、固结管片位置、减小地面沉降、充当环外第一道防水线的作用。因此同步注浆浆液的性能指标是隧道稳定的关键因素。目前同步浆液广泛采用单液可硬性浆液，即由砂、粉煤灰、水泥或石灰、膨润土、水及外加剂配合而成[4]。该浆液可以结合地质情况，通过控制其浆液的强度、流动性、泌水性、收缩率等参数达到较好的施工效果。本文结合工程具体特点，针对盾构穿越饱和砂性土地层进行试验研究和理论分析，得出了适合饱和砂性土地层的同步浆液材料配合比，为今后类似工程提供指导。
1 工程地质及同步注浆浆液特点
1.1 工程地质
地质勘察报告显示，盾构施工穿越的土层主要为:1)冲积土(粉细砂～粗砂质粘土夹砾石);2)残积土及风化岩(全风化～中等风化的中等粒径花岗岩);3)冲积层，中度密集的粘质淤性细土、粗砂;4)硬～很硬的砂性粉质粘土，内含中度砺石状岩碎片，次棱角形、次圆的细砂;5)土层含水量较高，处于饱和状态。
1.2 饱和砂性地层同步注浆浆液特点
1)流动性大，饱和砂性土会产生流砂等不良现象，且极易堵塞注浆管，因此为确保浆液顺利进入管片与盾壳之间的空隙，达到完整地包裹住管片的效果，对浆液的流动性提出了更高要求;2)强度，浆液应具备一定的后期固结强度，以保证在隧道衬砌周围形成永久性的固定保护层，防止衬砌的移动;3)泌水性，为了防止泵送过程中浆液受压泌水堵塞泵送系统，在存储和输送过程中应尽量减小浆液的泌水;4)收缩率，硬化浆体要求具有较小的收缩率，能与砂性土层有较好的结合效果。
2 试验材料与方法
2.1 原材料选取及配合比设计
粉煤灰:Ⅱ级粉煤灰，密度2.5 g/cm3，比表面积4 400 cm2/g。石灰:饱和蒸汽工艺法生产的石灰，氢氧化钙含量不小于85%。膨润土:膨胀率22 m L/g。砂:选用连续级配中砂，细度模数2.30。
2.2 配合比设计
配合比针对不同的胶砂比(粉煤灰与砂的重量比)进行设计。具体配合比见表1。
kg/m3
2.3 试验方法介绍
结合砂性土层同步注浆浆液的特点，不同配合比的浆液控制指标有:1)坍落度，即浆液的保水性、流动性和粘聚性等综合性能。采用GB 50080的方法进行试验;2)强度，以无侧限抗压强度作为硬化浆体抗压强度标准。执行JTJ 051-93规范;3)泌水率及收缩率，将新拌浆体置于1 000 m L量筒内，静置1 h之后观察倾析出的水占整个浆液体积的百分比，即泌水率(%)=泌水体积/浆液体积×100%;4)收缩率，试块拆模后，试块较模具减少的高度与模具高度的比值即为收缩率。
3 结果与分析
3.1 胶砂比的影响
根据上述不同胶砂比进行试验，得到实验结果情况详见表2。
3.2 数据分析
由表2中浆液性能测试结果得出如图1，图2所示的变化曲线。
从图1，图2可得出如下结论:1)浆液需水量增加，其主要原因为:粉煤灰掺量较高时，粉煤灰表面需要吸附的水量增加，导致了浆液要达到相同流动度所需要的拌合水量增加;2)浆液比重变化呈下降趋势，是因为配比中作为主要骨料的砂比例相对减少所致。可见，砂所占的比例越高，则浆液具备较大的比重，所起到的填充作用也就越明显;3)泌水性则随着胶砂比的增大而减小，说明胶凝材料能明显改善浆液和易性，但泌水性减小的幅度变缓。由此可知，当胶凝材料的用量达到某一极限时，再通过增加胶砂比改善和易性则作用不显著;4)随着胶砂比的增大，浆液强度随着配比中胶凝材料的增加而增大，尤其是浆液固结体后期强度增加较大，但较大的胶砂比同样会导致浆液产生一定的固结收缩。
4 应用效果分析
为了得到适合饱和砂性地层同步注浆浆液的配合比，在盾构试推进阶段，分别在0 m～10 m,11 m～20 m以及21 m～30 m采用不同的配合比，并且每1 m设置一个沉降监测点，以监测点平均值作为考核指标，其监测数据如表3所示。
可见，对于饱和砂性土地层，采用0.6胶砂比的同步注浆浆液有利于控制地面沉降，提高隧道的整体稳定性。
5 结语
1)配比中砂所起的作用最为重要，其比例越高起到的填充作用也就越明显。2)粉煤灰对于提高浆液的整体和易性作用明显，通过粉煤灰的胶结性能，可起到将各原材料包裹，抗离析分散的作用，保证浆液的泵送。3)胶砂比是影响浆液比重、流动性的重要指标，同步注浆浆液胶砂比采用0.6较为合适。
参考文献
[1]周东.盾构隧道施工中同步注浆新材料的实验研究[J].地下工程与隧道,2002(1):10-13.
[2]吴全立.同步注浆材料配合比设计与试验研究[J].施工技术,2003(1):55-57.
[3]冷发光,张仁瑜.混凝土标准规范及工程应用[M].北京:中国建材工业出版社,2005.