盾构同步注浆试验方案.docx

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盾构同步注浆试验方案

盾构同步注浆试验方案

一、概述

同步注浆是指盾构推进时，在盾尾壳体和衬砌之间形成环形建筑空隙的同时进行迅速注浆。

采用同步注浆是使衬砌达到合理的质量、耐久性、安全性和经济性的重要因素之一。

同步注浆浆液在产浆池内拌制，并用流动搅拌机输送到储浆仓，经注浆泵泵送到环形空间内。

注浆必须与盾构机的推进严格同步，通过6根内置于盾尾的

注浆管注入环形空间。

1.同步注浆的目的

同步注浆是盾构施工中必不可少并且至关重要的一环，其主要目的有以下三个方面：

（1）控制隧道周围土体的位移和沉降；

（2）控制衬砌的位移，主要是抵抗浮力和盾构机的推力作用；

（3）在衬砌周围形成第一道保护层，阻止地下水渗透进入隧道衬砌内。

2.浆液的基本性能

（1）强度

浆液在后期必须有一定的强度，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。

针对不同的施工阶段，应设计两种不同配合比的浆液：

1常用的标准浆液，针对正常的盾构施工；

2活性浆液，针对特殊施工阶段，如出洞、进洞、连接通道等。

（2）塑性稠度

浆液从产浆池输送到盾构机并在储浆仓暂时存放过程中，必须保持良好的塑性状态，以便能够顺利的泵送入环形空间内。

（3）耐冲蚀性

浆液在水中和泥水中必须有一定的耐冲蚀性，以保证在隧道衬砌周围形成稳定而连续的保护层。

（4）泌水

泌水是指水分从浆液中流出，导致浆液含水量减小，降低了浆液的流动性和泵送性。

为了防止浆液在泵送过程中堵塞泵送系统，应该尽量控制浆液在存储和输送过程中发生泌水。

（5）离析

离析是指由于浆液中颗粒分布不均匀，密度较大的砂粒沉淀在浆液底部，密度较小的灰浆和水则上浮到浆液表面，导致浆液均匀性变差，失去原有的性能。

为了保持浆液原有的流动性和塑性，浆液在存储和输送过程中应该保持其均匀性，减小离析。

（6）内部摩擦特性

浆液应该有好的级配，以提供有效的内部机械咬合力。

这样可以形成有效的内部摩擦力，该摩擦力与浆液的流变性一起作用，阻止隧道的上浮。

（7）流变性

浆液必须具有凝胶性质的流变性，使得浆液在流动状态下具有良好的可泵性，而在静止状态下具有保持其形状的性能。

这使浆液具有内部抗剪力，与内部摩擦力一起作用，阻止隧道上浮。

（8）初凝

初凝是指浆液从搅拌开始直到开始失去流动性。

浆液的初凝时间应该足够长，以应对施工中断等各种非正常情况。

另外，较长的初凝时间有利于浆液的生产、输送、存储和泵送，这对合理注浆是非常必要的。

⒊浆液组成材料

（1）单液浆

单液浆组成：

砂、石灰、粉煤灰、水、膨润土或化学添加剂

如果盾构处于特殊的施工阶段，需要浆液具有一定的抗压强度时，可在标准浆液中加入水泥以及添加剂得到活性浆液。

（2）双液浆

双液浆由A液和B液组成,

A液：

P·O32.5水泥、膨润土、外加剂、水；

B液：

硅酸钠（水玻璃）。

浆液各组成材料和基本性能如下：

①砂

考虑到可泵性，建议选用河砂。

砂必须有良好的级配，细度模数：

2.4±2,以保证浆液有良好的抗渗性和塑性。

②粉煤灰

当使用石灰时，粉煤灰可以与石灰发生水化反应，提供后期强度。

③石灰

石灰的加入是为了与粉煤灰发生水化反应。

石灰中的氢氧化钙含量应该>85%。

④水

通过试验决定用水量的多少。

⑤膨润土或添加剂

如果上述基本组成材料不能使浆液达到要求的性能，可以适当加入膨润土和化学添加剂使其达到相关性能。

⑥水玻璃

选用浓度Be′=30～40，模数M=2.8～3.1的水玻璃原液。

二、同步注浆实验室配合比试验方案

⒈实验目的

根据浆液性能要求，进行实验室配合比实验，以找出符合要求的配合比。

⒉实验材料和设备

（1）单液浆

实验材料主要有：

石灰；粉煤灰；砂；膨润土；水泥；外加剂；水

主要实验设备有：

砂浆搅拌机；中压滤失仪；坍落度桶；砂浆流变仪；砂浆凝结时间测定仪。

（2）双液浆

实验材料主要有：

膨润土；水泥；外加剂；水；硅酸钠（水玻璃）。

主要实验设备有：

砂浆搅拌机；中压滤失仪；砂浆流变仪；砂浆凝结时间测定仪。

⒊浆液试配步骤

同步注浆浆液的试配，按照下述3个步骤进行。

（1）初步配合比实验

①单液浆

组成成分的收集和初步挑选：

膨润土（2种）、石灰（2种）、粉煤灰（2种）、砂（2或3种）、添加剂、水泥（1或2种）、水。

根据各种材料的要求和性能，选择符合条件的各组成材料2~3种，进行浆液性能配合比试验。

在这一阶段中，主要根据浆液基本性能中给出的性能参数，进行浆液密度、坍落度、泌水和屈服强度的测试。

得出标准浆液中膨润土、石灰、粉煤灰、砂、添加剂的初步配合比。

参数记录表如下。

同步注浆单液浆配合比实验记录表

编号

膨润土

石灰

粉煤灰

砂

外加剂

水

密度

坍落度

泌水

屈服强度

②双液浆

组成成分的收集和初步挑选：

膨润土（2种）、添加剂、水泥（1或2种）、硅酸钠（水玻璃）。

根据各种材料的要求和性能，选择符合条件的各组成材料2~3种，进行浆液性能配合比试验。

在这一阶段中，主要根据浆液基本性能中给出的性能参数，进行浆液基本性能测试。

得出标准浆液中膨润土、水泥；外加剂；水；硅酸钠（水玻璃）的初步配合比。

同步注浆双液浆配合比实验记录表

编号

膨润土

水泥

外加剂

水

水玻璃

密度

凝固强度

粘度

初凝时间

（2）配合比优化实验

①单液浆

作为同步注浆浆液中的胶凝材料，石灰和粉煤灰的种类和掺量是影响浆液的性能和成本的主要因素。

因此，在初步确定好石灰和粉煤灰的配合比后，应对其种类和掺量进行进一步的优化，以获得性能优良且成本较低的浆液。

对这两种材料选择的标准是：

配成浆液后的工作性。

改变粉煤灰和石灰的类型和比例，同时保持其它成分不变。

测试浆液的工作性，同时测量粉煤灰和石灰的细度。

在保持浆液中水胶比不变的情况下，选择满足工程施工和经济要求的砂。

改变石灰的用量，在初步配合比的基础上逐渐递增，（每次增加10kg/m3）。

每一组样品都要进行实验室试验，测定其工作性和抗压强度，从而确定最合适的配合比。

优化实验参数记录表如下表所示。

同步注浆浆液优化配合比实验记录表

编号

膨润土

石灰

（种类和掺量）

粉煤灰（种类和掺量）

砂

外加剂

水

密度

坍落度

泌水

抗压强度

屈服强度

优化实验2结束后，提交一份书面报告，给出有关石灰和粉煤灰选择及其配合比的相关观点。

分析不同种类的石灰和粉煤灰在不同掺量的情况下对浆液性能的影响，从而选出性价比高的2~3组浆液配合比。

②双液浆

作为同步注浆浆液中的胶凝材料，水泥的种类和掺量是影响A液的性能和成本的主要因素。

因此，在初步确定好的配合比后，应对其种类和掺量进行进一步的优化，以获得性能优良且成本较低的A液。

对材料选择的标准是：

配成浆液后的工作性。

改变水泥的类型和比例，同时保持其它成分不变。

测试A液的工作性。

在保持A液中水胶比不变的情况下，选择满足工程施工和经济要求的外加剂。

改变膨润土的用量，在初步配合比的基础上逐渐递增，（每次增加10kg/m3）。

每一组样品都要进行实验室试验，测定其工作性和抗压强度，从而确定最合适的配合比。

优化实验结束后，提交一份书面报告，给出有关材料选择及其配合比的相关观点。

分析不同种类的材料在不同掺量的情况下对A液性能的影响，从而选出性价比高的2到3组浆液配合比。

（3）标准配合比试验

实验室选用不同种类和规格的砂来得到最好的级配曲线。

根据初步配合比和优化配合比实验的结果，进行标准配合比实验。

实验室对于标准配合比按选定的级配，用三种砂进行试配。

对于活性浆液也用两种不同的水泥含量来进行试配。

对于每一种配合比试验，进行下述试验：

①抗压强度试验

根据配合比，做成70*70*70的立方体试块，20±3℃，相对湿度≥95%环境下养护。

对标准浆液试块进行7d、28d和90d抗压强度试验。

对活性浆液进行7d、28d抗压强度试验。

②泌水试验

新拌浆液放在圆柱形测试仪内，测定1、2、3和8小时后泌水量。

标准浆液和活性浆液都必须进行该项实验。

③压力失水试验

在中压滤失仪中进行压力失水试验。

在圆柱形容器中加入新拌浆液，并对浆液产生1Bar的压力作用的浆液上，作用2个小时，将压力增加到2Bar，作用2个小时后，测定失水量。

④坍落度和易性试验

新拌浆液分二层装进砼坍落度测定仪中，按砼坍落度测试方法测试浆液坍落度和浆液的和易性。

⑤凝结时间试验

浆液凝结时间测定按砂浆凝结时间测定方法进行。

⑥密度试验

浆液密度测试按砂浆密度测定方法进行。

⑦屈服值试验

浆液屈服值测试按砂浆屈服值测试操作规程进行。

根据上述试验，最终确定符合浆液性能要求的2~3个系列的配合比，以进行模拟实验。

三、同步注浆现场泵送试验方案

标准配合比试验结束后，按照标准试验配合比在现场进行泵送试验，以验证浆液与盾构施工设备的适应性。

⒈试验目的

①针对方案制订的浆液配比，通过测试掌握施工现场选用的砂浆泵泵送距离及注浆压力的性能指标。

②根据穿黄隧道同步注浆施工的实际输浆距离，了解砂浆经过长距离输送后的流动性变化情况。

③根据上述数据，确认研究的高含砂率注浆浆液是否适应砂浆泵的施工要求。

在确认该型设备适用的前提下，完善浆液配方提供项目经理部。

⒉实验材料和设备

实验材料：

石灰、粉煤灰、砂、膨润土、外加剂、水。

材料和设备如下表所示。

试验仪器和设备

名称

型号

数量

备注

砂浆搅拌机

SJD-100

1台

拌制浆液

注浆高压输浆管

ф内＝50mm

30米

砂浆泵（施工现场定）

1台

现场

隔膜式压力表

Y－100ML

2只

0.1～4.0Mpa

压力表座

1只

非标加工

特殊三通

1只

非标加工

加料漏斗

1只

非标加工

地秤

1台

1～50kg

砂浆稠度仪

1台

坍落度仪

1套

注浆材料

水泥

P·O32.5

500kg

膨润土

500kg

砂

M=2.4±0.2

7000kg

粉煤灰

Ⅱ级

1500kg

石灰粉

500kg

外加剂

10kg

⒊人员配备

项目

人员

配备单位

电器和设备及管路安装、拌浆、搬运

3～4人

试验记录、测试

2～3人

⒋试验内容

根据选择2~3个系列的配合比配置同步注浆浆液。

按下表浆液配合比配制浆液（kg/0.1m3）

系列

石灰

粉煤灰

膨润土

砂

外加剂

水

屈服值

坍落度

泌水率

（1）同步注浆拌制

采用回转式4.5型砂浆搅拌机拌制浆液，0.2m3/拌，拌料时间为3～4分钟/拌,拌浆0.2m3。

按照顺序分别加入石灰、粉煤灰、膨润土、砂和2/3的水量，搅拌均匀后加入外掺剂和剩下1/3的水量，直至搅拌3～4分钟，坍落度值13~15cm。

（2）泵送实验

连接各注浆管，于泵吸入口及管路末端（30米处）各安装隔膜式压力表一只，同时在管路末端配闸阀。

注浆前先将水在管路中循环泵送，循环水放掉后将拌匀合格的浆液通过注浆泵吸口吸入，至管路末端泵出的浆液。

①测试浆液泵送前后的稠度值和坍落度值；

②测定浆液通过管路的时间和压力

③测试注浆压力达0.3～0.5Mpa时浆液每分钟的流量

④正常泵送过程中，逐渐关闭闸阀至压力急剧上升时再开启闸阀，观察浆液泌水情况。

然后继续泵送，记录压力表的读数。

⑤注浆压力达0.5Mpa左右时浆液泵送至地面，测量浆液摊铺面积不再增加时的扩散半径R值。

循环浆液重复上述试验3次，测试各种数据。

⒌泵送试验场地布置

⒍测试数据

管路始端稠度（cm）

管路末端稠度（cm）

30m泵送时间

泵送压力（Mpa）

流量（l/min）

扩散半径（m）

达扩散半径时间（h）

备注

S系列

循环1

循环2

循环3

H1系列

循环1

循环2

循环3

H2系列

循环1

循环2

循环3

在单液浆进行现场试验的同时进行双液浆现场试验，其试验目的、试验内容、材料和设备、人员配备、试验场地与单液浆现场试验相同。

根据现场泵送实验，选择符合泵送要求的同步注浆配合比。

最后在实验室中进行调整后，即为最终配合比。

2011年4月11日

结合工程实际进度，根据合同文件要求，我部准备开始盾构同步注浆试验研究工作，现将盾构同步注浆试验方案上报贵部，请审批！