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1、盾构隧道同步注浆水下不分散砂浆的研制摘要:武汉长江隧道采用盾构法施工,所处的高压富水地质条件决定了同步注浆材料必须具备高抗水分散性能,以保证同步注浆材料在灌注过程中不被地下高压水稀释,从而达到对围岩的填充和加固效果。本文采用有机-无机复合技术原理,利用硅灰、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺三种物质进行复配,对高掺量粉煤灰砂浆进行抗水分散性能试验研究。试验结果表明:通过无机和有机外加剂的增强、保水和絮凝作用,可以使高掺量粉煤灰盾构隧道同步注浆单液砂浆具有良好的保水性能、高抗水分散性能和固结性能,新拌砂浆环境水溶液pH值最高为8.3,砂浆28d水陆
2、强度比可达91%。关键词:水下不分散砂浆;同步注浆;盾构隧道0前言同步注浆是地下隧道盾构施工法中的壁后注浆工法之一,即在盾构掘进的同时,通过注浆泵的泵压作用,将水泥砂浆灌入盾尾的管片环外间隙之中,达到填充管片环外空隙、固结管片环位置、减小地面沉降、充当环外第一道防水线的目的[1]。武汉长江隧道部分地段处于高水压饱水地质条件下,因此,同步注浆材料将可能直接浇注于水中,如采用普通的注浆材料,其拌合物的水胶比、组成等参数会发生巨大变化,严重影响硬化后注浆材料的力学性能和耐久性。具体地说,会产生以下后果:1)集料与水泥浆严重分离,部分水泥颗粒被
3、水流稀释甚至带走,致使浆材不具有胶结能力;2)浆材注入后均匀性十分差,局部形成水囊,水胶比大幅增加;3)存在空洞,严重缺浆等现象,耐久性差;4)附近水域和生物将遭到严重污染和侵害,如果在流动水中进行注浆,则问题更加严重。因此,在高水压富含水地层中,同步注浆要求浆材具有能快速充填,保水性强,不离析,倾析率小、抗水分散性能好等性能。普通同步注浆单液砂浆一般采用膨润土来获得高的稳定性,但在高水压富含水条件下灌注很容易造成离析、浆液流失、灌注不均匀、不密实等现象,达不到同步注浆所要求取得的效果。抗水分散砂浆也可称为水下不分散砂浆,其中关键技术是
4、抗水分散外加剂的性能。目前抗水分散剂一般为高分子絮凝剂,主要为纤维素类、聚丙烯类、聚糖类三大系列,其絮凝机理主要为电荷中和、桥架作用、吸附作用(DLVO理论)三种[2]。现有有机高分子抗水分散剂对低水胶比砂浆会起到絮凝、保塑和增强作用[3],但对高水胶比同步注浆砂浆的强度还没有进行系统研究,有机高分子絮凝剂还可能导致同步注浆这种低固结强度材料早期不凝,不能及时对管片起到稳定作用。因此,有必要研究一种新型的抗水分散剂,既能保证砂浆的抗水分散性能,又能保证砂浆的早期强度。本文采用有机高分子絮凝剂和无机保水增强材料对砂浆进行改性,研究其抗水分
5、散性能。1原材料及试验方法1.1原材料水泥:江西产P?O42.5级水泥;细集料:中细河沙,细度模数2.45,表观密度为2700kg/m3,堆积密度为1510kg/m3,含泥量为3.0%;粉煤灰:武汉产Ⅱ级灰,需水量为102%,密度为2.7g/cm3,比表面积为380m2/kg;硅灰(SF):武汉产,SiO2含量大于95%,密度为2.2g/cm3,比表面积为2000m2/kg;矿粉:武汉产,比表面积为450m2/kg;羟乙基纤维素(HEC):白色无味粉末,溶于水,分子量约6×104;聚丙烯酰胺(PAM):白色无味粉末,易溶于水,分子量为8
6、00×104;膨润土(BE):钠基膨润土。1.2试验方法坍落度及流动度试验方法按JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》进行。采用上圆为?70mm,下圆为?100mm,高60mm的截面锥筒进行砂浆流动度和坍落度试验。锥筒置于平滑玻璃板上,将砂浆装入锥筒内然后垂直提起锥筒,测砂浆高度损失即为坍落度;测砂浆不同垂直方向的摊开宽度即为流动度。砂浆抗水分散试验参照DL/T5117-2000《水下不分散混凝土实验规程》进行。将300ml的新拌砂浆注入1000ml的纯净水中后,静置5min,采用精确pH试纸测量上层清水的pH值。将70.7mm×
7、70.7mm×70.7mm的砂浆试模放入水池中,使水面高出模具20cm,然后用导管将砂浆注入模具中,砂浆从模具中溢出后,将模具取出水池进行振动成型,然后标养至规定龄期进行抗压强度实验,按这种方法测试的强度为砂浆的水中强度;按JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》中抗压强度方法测试的强度为砂浆的陆地强度;水陆强度比则为同一配比砂浆在两种不同条件下成型后同一龄期的强度比值,该比值可以定量判断砂浆的抗水分散性能。一般认为当砂浆水陆强度比大于0.8时,则该砂浆具有优良的抗水分散性能。2试验结果及分析2.1同步注浆普通单液砂浆配合比本文经过
8、前期大量试验研究,利用武汉当地原材料,选取同步注浆普通单液砂浆的基准配合比参数为:胶砂比为1∶3,水泥/粉煤灰比为20/80,水胶比为0.7,BE的用量根据试验试配确定,得到同步注浆单液砂浆最优配合比参数及
