摘要：本文以富水地层为例，通过对试验数据进行科学分析，得出盾构隧道施工用同步注浆各原材料对同步注浆浆体强度的影响。为富水地层同步注浆材料的配合比设计及应用提出参考意见。
关键词：隧道盾构同步注浆 原材料用量 浆体强度 影响
0 引言
随着经济的不断发展，城市的建设规模不断扩展，在一定程度上使得城市空地面积逐渐减少。在城市建设过程中，地下隧道、下水管道、供电通信地下道等地下空间被不断开挖，并且开挖的空间不断扩大。在开挖利用地下空间的过程中，超深基坑、长距离、大断面盾构或顶管隧道等频繁出现。在现有的辅助施工技术中，注浆技术在地下结构防渗、基坑加固等方面发挥着重要的作用。并且，随着科学技术的不断进步，施工工艺不断革新，新设备、新材料广泛使用等，在一定程度上为注浆技术的发展奠定了基础。
1 同步注浆概述
同步注浆技术作为一种施工方式，通常情况下，主要用于盾构掘进施工。在施工过程中，在盾构的推进下，当盾尾脱离管片后，在一定程度上使得管片的背面会出现超挖空隙，在这种情况下，为避免地层发生变形，进而影响邻近构造物。因此，在盾尾脱离管片后，需要将固结性浆液填充在管片背面。对于同步注浆来说，一方面能够有效抑制地层沉降，另一方面有效地防止管片接头渗水，同时可以稳定管片。管片和土体在同步注浆的作用下，可以进一步形成稳定的整体，在一定程度上可以防止压气工法从管片中漏气。
当前，随着科学技术的发展，盾构施工技术日趋成熟。在施工过程中，随着大断面、高渗透性地层的出现，进而在一定程度上恶化了盾构工程施工条件。在盾构施工过程中，地表沉降超限、坍塌等质量事故频繁出现，其主要原因就是，在进行盾构施工时，同步注浆技术不理想，选择的注浆材料不合理。
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图1 盾构施工同步注浆原理图
如图1，盾构机开挖隧道的土体要比后面隧道的结构体（管片的支护结构）大一部分，为了保证安装好的管片在脱离盾尾后地层的稳定性，需要在盾构机向前掘进的同时向盾尾与管片的间隙中同步的填充具有以下性能要求的浆液，以保证地层的稳定。
①浆液的胶凝或固化时间可根据需要进行调节，具有较满意的强度。
②在耐久性、抗渗性方面，凝胶体或固结体表现良好，受环境的影响比较小。
③浆液无毒，对环境通常情况下不会构成污染。
④注浆材料来源广泛，并且价格低廉，易于贮存和运输。
⑤具备一定的抗液化能力，在地震条件下一般不会发生液化。
2 原材料对同步注浆性能的影响
本次研究以富水地层盾构施工为例，从单个材料用量变化对同步注浆浆体强度的影响切入进行分析。
2.1 选择原材料
2.1.1 胶凝材料-水泥
在选择原材料的过程中，水泥作为配合料中的固化剂，通过在配合料中加入水泥，在一定程度上可以提高混合料的强度。通常情况下，同步注浆宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，同时需要采取措施，确保水泥的新鲜性、干燥性，并且不存在污染或积压成块的现象，对于特殊的浆体需要选用特种水泥。
2.1.2 细集料-砂
砂子一般情况下可以选用普通河砂，其含水率为4.42%，细度模数为1.41，容重1100～1200kg/m3，含泥量为6%。
2.1.3 矿物掺合料-粉煤灰
本试验选用热电厂的Ⅱ级粉煤灰。含水率为0.6%。
2.1.4 膨润土
对于膨润土来说，由于自身表面含有大量的“OH—”、“Si—O”等活性基团，这些基团的吸水性、膨胀性、触变性等，通常情况下都比较强，当发生水解后，在砂浆中会形成卡屋结构，使得浆体的稳定性在一定程度上大大增强，并且浆液出现离析的现象可以有效地避免，进而在一定程度上增大浆体的粘度，同时阻碍砂粒出现下沉。含水率为4%。
2.1.5 增效剂
在进行试验的过程中，加入微膨胀剂，促凝剂等外加剂，通过加入相应的外加剂，在一定程度上增加浆液的和易性。
2.1.6 水
试验采用普通自来水。
2.2 试验方案
2.2.1 同步注浆性能要求
本文中，综合根据富水地层的地层条件、地下水情况及常见周边条件等，确立同步注浆浆液的主要性能应满足下列指标：
①固结体强度：一天不小于0.15MPa，28天不小于1.5 MPa;
②胶凝时间：一般为3～10h;
③浆液结石率：>95%，即固结收缩率<5%;
④浆液稠度：8～12cm;
⑤浆液稳定性：倾析率小于5%;达到拌和静置72h后不离析。
2.2.2 试验方案
参考以往相关工程用盾构同步注浆材料的配比（表1）。
参考以上我国富水或类似地层隧道同步注浆材料配比，选择由水泥、粉煤灰、膨润土及砂等组成的水泥砂浆注浆材料。
决定采用水泥用量40-260kg;粉煤灰用量200-500 kg;膨润土用量70-80kg;砂用量200-1400kg;水用量200-500kg的42组配合比进行系统试验检测。
其中1-7组基准配合比保持其它参量不变，水泥用量呈等量递增;8-14组基准配合比保持其它参量不变，粉煤灰用量等量递增;15-21组基准配合比保持其它参量不变，膨润土用量呈等量递增;22-34组基准配合比保持其它参量不变，砂量等量递增;35-41组基准配合比保持其它参量不变，用水量等量递增;42组基准配合比采用以上各组基准配合比各材料用量范围的中间值，再加2%的微膨胀剂确定。
2.2.3 试验项目及说明
①试验项目
a稠度;b稳定性;c凝结时间;d抗压强度。
②试验说明
试验分两大部分进行。
第一部分：针对先期确立的42组配合比进行稠度、抗水分散性、28d抗压强度、凝结时间的测定，在试验中部分配合比根据具体情况作了适当调整;在试验进行过程中又在先期确立的42组配合比基础上根据试验情况增加3组配合比，即共进行了45组配合比的试验检测。
同时满足稠度、凝结时间、浆体结实率、浆液稳定性、一天强度要求的数据为可用数据，部分试验数据也因试验条件限制或试验失败等原因有所残缺，但因大多为边缘数据且数量较少，对本次数据的分析影响不大。
2.3 各原材料用量与浆体28天抗压强度关系
■
3 结束语
通过上述分析，可知，随着不断增加水泥、粉煤灰、砂子、膨润土的含量，在一定程度上增加了浆体28天抗压强度，增加水泥用量使得抗压强度呈现出不断增大的趋势，同时砂子增加趋势相对比较小;随着膨润土的掺量增大，浆体28天强度有所增大，但随着膨润土掺量增大，浆体稠度降低速度较快，不建议通过增加膨润土掺量来提高浆体强度。
参考文献：
[1]赵书银.盾构隧道惰性浆液同步注浆技术应用[J].铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN，隧道/ 地下工程，2003（12）.
[2]丁庆军，陈跃庆，罗吉.盾构隧道大掺量粉煤灰同步注浆材料优化设计[J].隧道建设，2007（20）.
[3]宋天田，周顺华，徐润泽.盾构隧道盾尾同步注浆机理与注浆参数确定[J].地下空间与工程学报，
2007（4）.
[4]王红喜，丁庆军，胡曙光.适宜于高压饱水条件下的同步注浆材料性能研究[J].施工技术，2007（36）.
[5]晁东辉，张得煊，罗春泳.检测盾构施工中注浆效果的模型试验[J].地下空间与工程学报，2008（4）.
[6]Eduard Falk， George Burke. Grouting Techniques AsP art of Modern Urban Tunneling in Europe. ASCEG routing 2003 No. 120.
作者简介：
梁小英（1979-），女，硕士，陕西铁路工程职业技术学院。
2.2.3 试验项目及说明
①试验项目
a稠度;b稳定性;c凝结时间;d抗压强度。
②试验说明
试验分两大部分进行。
第一部分：针对先期确立的42组配合比进行稠度、抗水分散性、28d抗压强度、凝结时间的测定，在试验中部分配合比根据具体情况作了适当调整;在试验进行过程中又在先期确立的42组配合比基础上根据试验情况增加3组配合比，即共进行了45组配合比的试验检测。
同时满足稠度、凝结时间、浆体结实率、浆液稳定性、一天强度要求的数据为可用数据，部分试验数据也因试验条件限制或试验失败等原因有所残缺，但因大多为边缘数据且数量较少，对本次数据的分析影响不大。
2.3 各原材料用量与浆体28天抗压强度关系
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3 结束语
通过上述分析，可知，随着不断增加水泥、粉煤灰、砂子、膨润土的含量，在一定程度上增加了浆体28天抗压强度，增加水泥用量使得抗压强度呈现出不断增大的趋势，同时砂子增加趋势相对比较小;随着膨润土的掺量增大，浆体28天强度有所增大，但随着膨润土掺量增大，浆体稠度降低速度较快，不建议通过增加膨润土掺量来提高浆体强度。
参考文献：
[1]赵书银.盾构隧道惰性浆液同步注浆技术应用[J].铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN，隧道/ 地下工程，2003（12）.
[2]丁庆军，陈跃庆，罗吉.盾构隧道大掺量粉煤灰同步注浆材料优化设计[J].隧道建设，2007（20）.
[3]宋天田，周顺华，徐润泽.盾构隧道盾尾同步注浆机理与注浆参数确定[J].地下空间与工程学报，
2007（4）.
[4]王红喜，丁庆军，胡曙光.适宜于高压饱水条件下的同步注浆材料性能研究[J].施工技术，2007（36）.
[5]晁东辉，张得煊，罗春泳.检测盾构施工中注浆效果的模型试验[J].地下空间与工程学报，2008（4）.
[6]Eduard Falk， George Burke. Grouting Techniques AsP art of Modern Urban Tunneling in Europe. ASCEG routing 2003 No. 120.
作者简介：
梁小英（1979-），女，硕士，陕西铁路工程职业技术学院。
2.2.3 试验项目及说明
①试验项目
a稠度;b稳定性;c凝结时间;d抗压强度。
②试验说明
试验分两大部分进行。
第一部分：针对先期确立的42组配合比进行稠度、抗水分散性、28d抗压强度、凝结时间的测定，在试验中部分配合比根据具体情况作了适当调整;在试验进行过程中又在先期确立的42组配合比基础上根据试验情况增加3组配合比，即共进行了45组配合比的试验检测。
同时满足稠度、凝结时间、浆体结实率、浆液稳定性、一天强度要求的数据为可用数据，部分试验数据也因试验条件限制或试验失败等原因有所残缺，但因大多为边缘数据且数量较少，对本次数据的分析影响不大。
2.3 各原材料用量与浆体28天抗压强度关系
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3 结束语
通过上述分析，可知，随着不断增加水泥、粉煤灰、砂子、膨润土的含量，在一定程度上增加了浆体28天抗压强度，增加水泥用量使得抗压强度呈现出不断增大的趋势，同时砂子增加趋势相对比较小;随着膨润土的掺量增大，浆体28天强度有所增大，但随着膨润土掺量增大，浆体稠度降低速度较快，不建议通过增加膨润土掺量来提高浆体强度。
参考文献：
[1]赵书银.盾构隧道惰性浆液同步注浆技术应用[J].铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN，隧道/ 地下工程，2003（12）.
[2]丁庆军，陈跃庆，罗吉.盾构隧道大掺量粉煤灰同步注浆材料优化设计[J].隧道建设，2007（20）.
[3]宋天田，周顺华，徐润泽.盾构隧道盾尾同步注浆机理与注浆参数确定[J].地下空间与工程学报，
2007（4）.
[4]王红喜，丁庆军，胡曙光.适宜于高压饱水条件下的同步注浆材料性能研究[J].施工技术，2007（36）.
[5]晁东辉，张得煊，罗春泳.检测盾构施工中注浆效果的模型试验[J].地下空间与工程学报，2008（4）.
[6]Eduard Falk， George Burke. Grouting Techniques AsP art of Modern Urban Tunneling in Europe. ASCEG routing 2003 No. 120.
作者简介：
梁小英（1979-），女，硕士，陕西铁路工程职业技术学院。
