盾構隧道同步注漿水下不分散砂漿的研制

1、盾構隧道同步注漿水下不分散砂漿的研制摘 要: 武漢長江隧道采用盾構法施工, 所處的高壓富水地質條件決定了同步注漿材料必須具備高抗水分散性能, 以保證同步注漿材料在灌注過程中不被地下高壓水稀釋, 從而達到對圍巖的填充和加固效果。本文采用有機- 無機復合技術原理, 利用硅灰、羥乙基纖維素、聚摘 要: 武漢長江隧道采用盾構法施工, 所處的高壓富水地質條件決定了同步注漿材料必須具備高抗水分散性能, 以保證同步注漿材料在灌注過程中不被地下高壓水稀釋, 從而達到對圍巖的填充和加固效果。本文采用有機- 無機復合技術原理, 利用硅灰、羥乙基纖維素、聚丙烯酰胺三種物質進行復配, 對高摻量粉煤灰砂漿進行抗水分散性

2、能實驗 研究 。實驗結果表明: 通過無機和有機外加劑的增強、保水和絮凝作用, 可以使高摻量粉煤灰盾構隧道同步注漿單液砂漿具有良好的保水性能、高抗水分散性能和固結性能, 新拌砂漿環(huán)境水溶液 pH 值最高為 8.3, 砂漿 28d 水陸強度比可達 91%。 關鍵詞: 水下不分散砂漿; 同步注漿; 盾構隧道0 前言 同步注漿是地下隧道盾構施工法中的壁后注漿工法之一, 即在盾構掘進的同時, 通過注漿泵的泵壓作用, 將水泥砂漿灌入盾尾的管片環(huán)外間隙之中, 達到填充管片環(huán)外空隙、固結管片環(huán)位置、減小地面沉降、充當環(huán)外第一道防水線的目的1。武漢長江隧道部分地段處于高水壓飽水地質條件下, 因此, 同步注漿材料

3、將可能直接澆注于水中, 如采用普通的注漿材料, 其拌合物的水膠比、組成等參數(shù)會發(fā)生巨大變化, 嚴重 影響 硬化后注漿材料的力學性能和耐久性。具體地說, 會產(chǎn)生以下后果: 1)集料與水泥漿嚴重分離, 部分水泥顆粒被水流稀釋以至帶走, 致使?jié){材不具有膠結能力; 2) 漿材注入后均勻性非常差, 局部形成水囊, 水膠比大幅增加;3) 存在空洞, 嚴重缺漿等現(xiàn)象, 耐久性差; 4) 附近水域和生物將遭到嚴重污染和侵害, 如果在流動水中進行注漿, 則 問題 更加嚴重。因此, 在高水壓富含水地層中,同步注漿要求漿材具有能快速充填, 保水性強, 不離析, 傾析率小、抗水分散性能好等性能。普通同步注漿單液砂漿一

4、般采用膨潤土來獲得高的穩(wěn)定性, 但在高水壓富含水條件下灌注很容易造成離析、漿液流失、灌注不均勻、不密實等現(xiàn)象, 達不到同步注漿所要求取得的效果。 抗水分散砂漿也可稱為水下不分散砂漿, 其中關鍵技術是抗水分散外加劑的性能。 目前 抗水分散劑一般為高分子絮凝劑, 主要為纖維素類、聚丙烯類、聚糖類三大系列, 其絮凝機理主要為電荷中和、橋架作用、吸附作用(DLVO 理論 )三種2?，F(xiàn)有有機高分子抗水分散劑對低水膠比砂漿會起到絮凝、保塑和增強作用3,但對高水膠比同步注漿砂漿的強度還沒有進行系統(tǒng)研究, 有機高分子絮凝劑還可能導致同步注漿這種低固結強度材料早期不凝, 不能及時對管片起到穩(wěn)定作用。因此, 有必

5、要研究一種新型的抗水分散劑, 既能保證砂漿的抗水分散性能, 又能保證砂漿的早期強度。本文采用有機高分子絮凝劑和無機保水增強材料對砂漿進行改性, 研究其抗水分散性能。1 原材料及實驗 方法 1.1 原材料 水泥: 江西產(chǎn) P?O42.5 級水泥; 細集料: 中細河沙, 細度模數(shù) 2.45, 表觀密度為2700kg/m3, 堆積密度為 1510kg/m3, 含泥量為 3.0%; 粉煤灰: 武漢產(chǎn)級灰, 需水量為 102%, 密度為2.7g/cm3, 比表面積為 380m2/kg; 硅灰 (SF): 武漢產(chǎn), SiO2 含量大于 95%, 密度為2.2g/cm3, 比表面積為 2000m2/kg;

6、礦粉: 武漢產(chǎn), 比表面積為 450m2/kg; 羥乙基纖維素(HEC): 白色無味粉末, 溶于水, 分子量約 6104; 聚丙烯酰胺(PAM): 白色無味粉末, 易溶于水, 分子量為 800104;膨潤土(BE): 鈉基膨潤土。 1.2 實驗方法 坍落度及流動度實驗方法按 JGJ70- 90建筑砂漿基本性能實驗方法進行。采用上圓為 ?70mm, 下圓為? 100mm, 高 60mm 的截面錐筒進行砂漿流動度和坍落度實驗。錐筒置于平滑玻 膨潤土(BE): 鈉基膨潤土。1.2 實驗方法 坍落度及流動度實驗方法按 JGJ70- 90建筑砂漿基本性能實驗方法進行。采用上圓為 ?70mm, 下圓為?

7、100mm, 高 60mm 的截面錐筒進行砂漿流動度和坍落度實驗。錐筒置于平滑玻璃板上, 將砂漿裝入錐筒內(nèi)然后垂直提起錐筒, 測砂漿高度損失即為坍落度; 測砂漿不同垂直方向的攤開寬度即為流動度。 砂漿抗水分散實驗參照 DL/T5117- 2000水下不分散混凝土實驗規(guī)程進行。將 300ml 的新拌砂漿注入1000ml 的純凈水中后, 靜置 5min, 采用精確 pH 試紙測量上層清水的 pH 值。將 70.7mm70.7mm70.7mm的砂漿試模放入水池中, 使水面高出模具 20cm, 然后用導管將砂漿注入模具中, 砂漿從模具中溢出后, 將模具取出水池進行振動成型, 然后標養(yǎng)至規(guī)定齡期進行抗壓

8、強度實驗, 按這種方法測試的強度為砂漿的水中強度; 按 JGJ70- 90建筑砂漿基本性能實驗方法中抗壓強度方法測試的強度為砂漿的陸地強度; 水陸強度比則為同一配比砂漿在兩種不同條件下成型后同一齡期的強度比值, 該比值可以定量判斷砂漿的抗水分散性能。一般認為當砂漿水陸強度比大于 0.8 時, 則該砂漿具有優(yōu)良的抗水分散性能。 2 實驗結果及 分析 2.1 同步注漿普通單液砂漿配合比 本文經(jīng)過前期大量實驗研究, 利用武漢當?shù)卦牧? 選取同步注漿普通單液砂漿的基準配合比參數(shù)為:膠砂比為 13, 水泥/粉煤灰比為 20/80, 水膠比為 0.7,BE 的用量根據(jù)實驗試配確定, 得到同步注漿單液砂漿最優(yōu)配合比參數(shù)及其基本性能, 見表 1、表 2。并在此基礎上進行抗水分散劑的優(yōu)選。 2.2 抗水分散劑組分優(yōu)選 HEC 在水中溶解時, 其長鏈上的羥基和醚鍵上的氧原子與水分子締合成氫鍵, 使水失去流動性, 游離水不再“自由”, 致使溶液變稠, 從而對砂漿產(chǎn)生增稠保水的效果。PAM在水中溶解時, 陰離子型高分子在堿性的水泥漿中離解成多電荷大分子量的陰離子, 同性電荷強烈相斥作用使線團狀大分子變成曲線狀, 增大溶液粘度