地铁盾构施工同步注浆可硬化浆液 【技术领域】
本发明涉及的是一种隧道工程技术领域的水泥砂浆浆液，特别是一种地铁盾构施工同步注浆可硬性浆液。
技术背景
目前地铁施工通常采用土压平衡盾构施工工艺，以往该工艺在进行同步注浆施工时，采用惰性浆液单液浆压注，这种浆液是由膨润土、粉煤灰、砂、水组成，浆液泌水量较大，永久不固结，无抗压强度。一般情况下，在盾构推进施工接点完成后进行二次水泥浆注入，使浆液固结，可较好地控制地表沉降在允许范围内。然而，该沉降往往超出正常范围(+1cm～-3cm)要求，特别是建筑物下方正好处于盾构穿越的区域较明显。通过对已建成的地铁等隧道进行跟踪调查显示：因地铁车辆运行引起隧道振动，导致浆液液化，地铁沿线部分地面出现地面沉降、民房开裂的现象，需及时地在盾构管片后进行压浆加固处理。正如《土建注浆施工与效果检测》(P659)书中写道“-----目前盛行的封闭型盾构工法而言，地层变形的主要因素可以说通常取决于背后注入的好坏。这是因为盾尾脱离时出现临时无支撑的掘屑状态，致使尾隙变形，或者局部崩塌，围岩松散范围扩大，所以背后注入的好坏直接影响地表沉降的程度。管片衬砌的渗水现象也与背后注入好坏有密切的关系。如果管片背面抗渗充填注入施工的效果不好，则管片背面产生渗水现象严重。不仅隧道难以向甲方提交，还会招来地下水的流动，或者水位下降”。根据上海总体规划，上海总共预计建设17条、总长780公里的轨道交通。其中“十五”期间将建设九条轨道交通，新增里程200公里。由此看来，盾构推进工程量巨大，若仍采用惰性浆液进行同步注浆，将较大幅度地增加地铁建设的投资和后期工作量。目前国外同步注浆技术发展较快，不仅在注浆材料上开发研制了许多新品，而且对注浆设备进行了配套研究，有效地控制了地面沉降。
经对现有技术文献检索发现美国专利申请号为：US5707443，该专利申请自述：含水泥、分散剂、膨胀剂和固结剂等材料，从上表述可看到，添加了分散剂和膨胀剂，对新拌浆液均匀性、结石体的膨胀性有促进作用，但并无抗离析和泵送润滑特征，对掺有一定量硅酸盐水泥的浆液在泵送过程中工作性的损失不起任何控制作用。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种地铁盾构施工同步注浆可硬性浆液。使其具有高流动性、低离析率，能够有效及时控制地面后期沉降。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的构思是基于同步注浆浆液三要素：充填性、早期固结强度和浆液限定范围之间地互相制约的机理，即单液浆在注入时，浆液流动性要好。但流动性同时受限定范围及浆液早期固结强度制约，过于强调好的流动性，浆液易流失到盾尾空隙之外，即损失浆液，还破坏了盾尾密封装置，限定范围难以保证。同时因水灰比的增大而导致浆液早期固结强度下降。若流动性减小，浆液早期固结强度得到保证，但浆液充填效果不理想。
本发明采用聚胺类高分子聚合物作为抗离析、增加润滑性、提高可泵性的高效外掺剂、外掺剂萘系缩合物作为添加剂。
可硬化浆液配方重量百分比具体为：水泥7～15％，粉煤灰40～54％，砂15～27％、水22～25％、聚胺类高分子聚合物0.54～0.63％、外掺剂萘系缩合物0.37～0.46％。
所述的根据气候选择配方，夏季：聚胺类高分子聚合物(0.60～0.63％)，水泥(7.0～9.0％)；春秋季：聚胺类高分子聚合物(0.57～0.60％)，水泥(9.0～13.0％)；冬季：聚胺类高分子聚合物(0.54～0.57％)，水泥(13.0～15.0％)，余下材料随之相应调整。本发明浆液为掺加水泥的水硬性浆液，通常同步注浆浆液拌浆工作面处于露天，浆液的初凝值和早期强度受气温、水温影响较大。配方中主要调整聚胺类高分子聚合物和水泥夏的掺入量，来控制浆液的初凝值和早期强度在要求的范围内，均能满足地铁盾构同步注浆的施工工艺，根据现场施工的情况来看，同一条隧道施工完成部分，采用惰性浆液的管片表面潮湿，沉降量控制在+1～-3cm范围内，事后实行二次水泥浆注浆。采用可硬化浆液的管片表面基本干燥。管片沉降量在1cm左右，小于前述沉降量，该段未进行二次注浆，28天管片钻孔壁后取样，抗压强度5～9MPa范围内
本发明具有如下性能：浆液稠度值(cm)9.5～11.5，泌水率(％)≤6.0，浆液结实体龄期1～2天达原状土强度，龄期28天达5～9MPa，浆液结实体具有抗震动液化功能。
本发明具有实质性特点和显著进步，用本发明拌制的浆液具有较高抗离析特征，同时具有保水、润滑性，提高泵送能力的作用，使可硬化浆液能更好地满足注浆设备的要求。
【具体实施方式】
以下结合实施例对本发明进一步说明，在实施例中要求注浆材料满足工艺要求：
水泥：32.5普通水泥；细砂：以100％地通过8号筛孔，小于50μm的细粒成分不得超过20％为宜；粉煤灰：原状灰(统灰)；以及聚胺类高分子聚合物和外掺剂萘系缩合物
实施例一
某地铁区间隧道施工，该隧道长1038m，覆土10.8～14.2m，处于灰色淤泥质粘土层中，该层土灵敏度高，受扰动后易沉降。该隧道采用FCB土压平衡盾构同步注浆形式施工，以防止土体变形。
原施工方案同步注浆采用法国配方惰性浆液注浆，盾构施工推进第879环起，采用本发明可硬化浆液，共注浆160环，施工期为6月中旬。
对材料和设备要求：
1、拌浆桶、运浆车和储浆漕的搅拌叶片增宽，缩小拌浆桶内叶片与桶壁间距，使搅拌叶片与桶壁间距≤10mm；
2、浆液配比：施工期气温较高初凝值提前，浆液中提高粉煤灰的掺入比，浆液稠度值和初凝值也相应增加。本发明可硬化浆液配比为：水泥7.0％，粉煤灰54.0％，砂16.0％，水22.0％，聚胺类高分子聚合物0.63％和外掺剂萘系缩合物0.37％。
3、本发明可硬化浆液技术指标：注浆材料稠度值10.5～11.5cm，初凝值24小时，抗压强度R28≥6.0MPa，泌水率5.5％。
4、用阀门封堵注浆口③、④、⑤、⑥，注浆口①②同时开启，保持注浆压力0.25～0.5MPa。
5、夜班注浆作业拌制最后一桶浆液时，采用惰性浆液配方，清除管道内残留的可硬化浆液。
实际效果比较：
应用本实施例，前0～878环管片用惰性浆液注浆后，管片表面潮湿，后879～1038环管片用本发明可硬化浆液注浆，管片表面基本干燥。前0～878环管片沉降量控制在+1～-3cm范围内，事后实行二次水泥浆注浆。后879～1038环管片沉降量在1cm左右，小于前沉降量，该段未进行二次注浆，28天管片钻孔壁后取样，抗压强度6.8MPa，注浆管路未发生因残留浆液结硬而堵管的现象。
实施例二：
某地铁区间隧道施工，该隧道长873m，覆土厚度8.535～16.378m不等，由勘测资料可知，隧道主要穿越灰色淤泥质粘土、灰色粘性土，灰色粘土属滨海～沼泽溺谷相沉积，很湿、软～可塑，为高偏中压缩性土。盾构推进地段处于商业闹市区，地面高层建筑较多。
原施工方案同步注浆采用法国配方惰性浆液注浆，盾构施工推进第324环起，采用本发明可硬化浆液，直至同步注浆结束，施工期为12月中旬。
冬季浆液初凝值会比标准温度的推迟，浆液配方选择：水泥15.0％，粉煤灰40.0％，砂20.0％，水24.0％，聚胺类高分子聚合物0.54％和外掺剂萘系缩合物0.46％。
实际效果比较：
应用本实施例，前0～324环管片用惰性浆液注浆后，管片表面潮湿，后325～837环管片用本发明可硬化浆液注浆，管片表面基本干燥。前0～324环管片沉降量控制在+1～-3cm范围内，事后实行二次水泥浆注浆。后325～837环管片沉降量在1cm左右，小于前沉降量，该段未进行二次注浆，28天管片钻孔壁后取样，抗压强度7.8MPa，注浆管路未发生因残留浆液结硬而堵管的现象。
实施例三：
某地铁区间隧道施工，该隧道双线全长2087m，覆土厚度约为8.3～15.6m不等，由勘测资料可知，隧道主要穿越第I陆相层(河床～河漫滩相沉积层)、第I海相层(浅海相沉积层)、第II陆相层(河床～河漫滩相沉积层)、第四系上更新统第III陆相层(河床～河漫滩相沉积层)、第II海相层(滨海～潮汐带相沉积层)及第IV陆相层(河床～河漫滩相沉积层)。以上土质主要以粉砂土、砂土为主，含水量20～30％，液限20～36％，土层较硬。盾构推进土层地面有高层建筑和文物保护建筑。
该区间施工方案全部采用本发明可硬化浆液，施工期为3～7月中旬。浆液配方选择：水泥9.0％，粉煤灰49.0％，砂17.0％，水24.0％，聚胺类高分子聚合物0.60％和外掺剂萘系缩合物0.40％。
实际效果比较：
应用本实施例，管片表面基本干燥。管片沉降量在1cm左右，该段未进行二次注浆，注浆管路未发生因残留浆液结硬而堵管的现象。
实施例四：
某地铁区间隧道施工，该隧道上行线全长1365m；下行线全长1359m，覆土厚度约为8.5～16.8m。由勘测资料可知，隧道主要穿越盾构施工穿越的土层为：灰色淤泥质粘土、灰色粘土、灰色粉质粘土，含水量35～50％，液限38～45％。盾构推进地段处于商业闹市区，地面高层建筑较多。
施工方案同步注浆采用全部采用本发明可硬化浆液，施工期为10月中旬至次年3月。
本工程在两种季节采用两种配方：
冬季浆液配方选择：水泥15.0％，粉煤灰40.0％，砂20.0％，水24.0％，聚胺类高分子聚合物0.54％和外掺剂萘系缩合物0.46％；
秋冬季浆液配方选择：水泥12.0％，粉煤灰44.0％，砂20.0％，水23.0％，聚胺类高分子聚合物0.58％和外掺剂萘系缩合物0.42％。
实际效果：
应用本实施例，管片表面基本干燥。管片沉降量在1cm左右，该段未进行二次注浆，28天管片钻孔壁后取样，注浆管路未发生因残留浆液结硬而堵管的现象。