泥水盾构同步注浆材料试验研究
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( 3)研制浆液配方的流动性较好, 泌水率均小 于 5% , 具备良好的触变性和抗水冲刷性能。但是 由于施工过程及条件较为复杂, 现场试验中还是发 生比较严重的泌水现象, 另外原始配方的早期强度 也需加强, 基于以上两点, 研发了现场改进的配方, 达到了较好的效果。
( 4)室内优选方案的动三轴试验表明, 全浸水
( 1. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室, 上海 200092; 2. 同济大学地下建筑与工程系, 上海 200092; 3. 保利房地产 ( 集团 ) 股份有限公司, 广州 510623; 4. 上海市第二市政工程 有限公司, 上海 200065)
摘 要: 论述了系统研制同步注浆浆液的方法, 通过室内和现场注浆配比试验, 得出一种 充填性好、可注性好、保水性好、早期强度高的单液惰性浆, 并给出了浆液的具体配比。该浆液 在上海市西藏南路越江隧道工程中得到了使用和改进, 监测资料证明该浆液在减少地面沉降 等方面具有较好的工程特性。用数值模拟方法分析了注浆参数的调整对地表位移的影响, 由 数值计算的结果可知, 盾构同步注浆浆液的弹性模量、注浆量和注浆压力增大都会使地层位移 减小, 对于控制地表沉降的效果而言, 注浆量和注浆压力增大较浆液弹性模量的增大明显。
表 2 浆液性质 ( 1) Tab le 2 Propert ies of the grou t( 1)
阶段
配方
稠度 塌落度 密度 泌水率 ( cm ) ( cm ) ( g /cm3 ) (% )
1- 5 8. 45 11. 3 1. 89 2. 64
一
1- 9 6. 8
12
1. 93 2. 65
关键词: 盾构; 同步注浆; 材料试验; 监测; 数值分析
中图分类号: U455. 43 文献标识码: A 文章编号: 1673- 0836( 2011) 01- 0059- 06
Study on M ortarM aterial of Tail Void Grouting in Slurry Shield Tunnel
60
地下空间与工 程学报
第 7卷
图 1 盾构同步注浆示意图 F ig. 1 T a il vo id grou ting o f sh ie ld tunnel
凝结的可调控性、收缩率、渗透系数较小、良好的动 力力学性能、抗腐蚀等特点 [ 10 ~ 13] 。由于地层和施 工条件的不同, 对注浆材料的要求也有很大差别, 目前应用较为广泛的浆液有: 双液砂浆注浆、单液 惰性浆液、单液硬 ( 活 ) 性浆液等。早期由水泥、水 玻璃类活性材料制成的双液浆, 因为清洗不彻底, 易产生堵管, 达不到充分填充盾尾孔隙的目的; 90 年代上海地铁从法国引进 FCB 土压 平衡盾构, 开 始使用单液惰性浆液, 其和易性、流动性较好, 易于 填充盾尾间隙, 但是也存在长时间不固结, 甚至向 土层渗透的缺点, 不利于隧道的防水和长期运营的 稳定。对于大型泥水盾构, 用上述惰性浆液经常出 现隧道脱出盾尾后上浮, 引起隧道外弧面开裂, 影 响纵向螺栓穿入的问题。如何使浆液原有的长处 得以发挥、缺陷得以改进是目前注浆材料研究的重 点和方向。以往的研究多从某一方面采用室内试 验的手段, 研 究浆 液的配 比和 性能, 很少 有跟 踪 全过程, 用室 内配 比试验 和静 力试 验、动 三轴 试 验、现场试验和大直径 泥水盾构试推来全 面的研 究并校核符合工程需要的同步注 浆浆液配方, 而 这正 是现实 中盾构 隧道 注浆施 工所 必 须的 [ 14~ 16] 。
定和均匀受力、提高隧道的抗渗性、防止隧道上浮 [ 4~ 9 ] 。要达到这些目的, 浆液的配比尤为关键, 要 求配制的浆液具有优越的充填性、良好的和易性、
* 收稿日期: 2010 11 01(修改稿 ) 作者简介: 肖立 ( 1986 ), 男, 山东成武人, 博士研究生, 主要从 事盾构 隧道及 地下建 筑工程设 计、施工技 术方面 的研 究。 E m a i:l x iao liye777@ 126. com
阶段
配方
石灰膏 粉煤灰 膨润土 黄砂
( g)
( g)
( g) ( g)
水 泵送剂 ( g) ( g)
外加剂
总质量
名称 用量 ( g)
g
1- 5
1 440 2 400 180 6 800 1 150
11 970
一
1- 9
1 420 2 000 180 8 400 1 250
13 250
1- 10
1 840 2 000 180 6 800 1125
第 7卷 第 1期 2011年 2月
ຫໍສະໝຸດ Baidu
地下空间与工程学 报 Chinese Journal o fU nderground Space and Eng ineering
V o.l 7 Feb. 2011
泥水盾构同步注浆材料试验研究*
肖 立 1, 2, 张庆贺1, 2, 赵天石 3, 杨俊龙 4, 杨光辉4
95 1 534 370 3. 9 增稠剂
0. 06 2 496. 96
原始配方
80
3 00
40 1180 280
3
1 883
硅灰
5
四
现场改进 104
3 90
65 1 534 390
7 氢氧化钠
5
2 505
脱硫石膏
5
注: 原始配方泌水率虽然不是很大, 但是现场试验中还 是发生 比较严 重的泌水 现象, 另外 原始配 方的早期 强 度也需加强, 基于以上两点, 研发了现场改进的配方, 达到了较好的效果。
1- 10 7. 7
9
1. 94 2. 61
2- 13 8. 8
15
2. 02 4. 5
二
2- 18 9. 1
15 2. 04
3
2- 20 8. 1 15. 5 2. 05 2. 7
3 现场监测分析
该工程对盾构推进沿线进行了常规的地表沉 降监测。布置了沿隧道轴向和垂直于隧道轴向的 地表沉降监测点。部分监测 结果如图 3 ~ 4 所示 ( 纵坐标负值代表沉降, 正值代表隆起 )。
2 注浆材料试验研究
盾尾注浆材料的选择关系到注浆成本、注浆工 艺和注浆效果等一系列问题。结合上海市西藏南 路大直径泥水平衡盾构近距离穿越地铁 8号线时 遇到的覆土浅、穿越特殊复杂地层、穿越黄浦江等 工程难点, 试验配制适用于该工程的不含水泥、水 玻璃等活性材料的单液惰性浆液。 2. 1 试验方案
试验 分 为 四 个 阶 段, 具 体 实 施 过 程 如 图 2 所示。
( 2) 优选方案的压缩模量为 7. 66 MP a, 盾构所 穿越土层的压缩模量为 7. 76 M Pa ( 暗绿色粉质 粘土 ) 和 10. 91M Pa( ! 1- 1草黄色砂质粉土 ), 两者 的值相当。可知浆液层不会发生过大的压缩变形, 并可通过提高含砂率或是减少石灰膏的含量来达 到浆液的压缩模量大于所穿越土体的压缩模量的 目标。由直剪试验的结果可以推算出各浆液配方 的 1天抗剪强度, 经计算均比一定深度的土体抗剪 强度要大, 满足注浆的要求。
11 945
2- 13
1 04
3 90
85 1 534 390 3. 9 增稠剂
0. 05 2 506. 95
二
2- 18
1 04
3 90
85 1 534 390 3. 9 氢氧化钠
3
2 509. 9
2- 20
1 04
3 90
95 1 534 370 3. 9
2 496. 9
三 室内优选 104
3 90
2011年第 1期
肖 立, 等: 泥水盾构同步注浆材料试 验研究
61
养护条件下浆液在遭遇 7度地震烈度时抗液化强 = 20. 38 kP a, 所以不会出现动力破坏。 度 l = 84. 15 kP a, 大于对应的地震循环剪应力 eq
表 1 浆液配比 Tab le 1 M ortar m ix p roportion of the grou t
图 2 同步注 浆材料试验流程
F ig. 2 Exper im ental process of m ortar m a terial
2. 2 试验结果与分析 每阶段的部分试验结果如表 1~ 3所示。 试验得出的规律和结论如下: ( 1)增加膨润土的含量可以降低浆液的泌水
率; 降低粉煤灰的含量可以降低浆液的流动性; 泵 送剂使砂浆流动性增大, 特别是对加膨润土的砂浆 来说更有意义, 效果更明显; 增加氢氧化钠外加剂 可以使管路的易清洗性能得到提高。
X iao L i1, 2, Zhang Q inghe1, 2, Zhao T iansh i3, Y ang Junlong4, Y ang G uanghu i4
( 1. K ey Laboratory of G eotechnical and Und erground Eng ineering of M inistry of Education, T ongji University, Shanghai 200092, China; 2. D ep ar tm ent of Geotechnical Eng ineering, T ongj i University, Shanghai 200092, China; 3. P oly R eal E sta te Group Co. , L td. , Guangzhou 510623, China; 4. ShanghaiN o. 2M unicipal Engineer ing Co. , L td. , Shanghai 200065, China ) Abstract: A deve lop ing m ethod of g routing slurry was d iscussed and a new kind of grou ting m ater ia lw hich had better filling and grouting ability, be tter w ate r retention and h igher ear ly streng th was developed, the m ix proportion o f g routing slurry w as a lso g iv en out. T he m ortar m ater ia lw as used and im proved in river crossing sh ie ld tunne l o f South X izang Road in Shangha i and the m onito ring results show ed that the new grouting m ater ia l had bette r eng ineer ing property in contro lling g round se ttlem ent. F inite d iffe rence m ethod w as used to ana ly ze the g routing param eters influ ence on ground se ttlem ent, the result showed that the g round settlem ent can be reduced by im prov ing the elastic m od u lus, grouting amount and pressure o fm ortar m ater ia ,l but the effects of grouting amount and pressure were m ore im portant than that o f the e lastic m odulus of mo rtar m ateria.l K eyword s: sh ield tunne ling; ta il vo id g routing; m ortar ma teria l experim ent; m on itoring; num er ica l ana lysis
1 引言
盾构壁后同步注浆是指在盾构推进过程中, 管 片拼装后, 盾尾脱出的同时, 在一定注浆压力下, 将 适量的有一定的早期强度及最终强度的注浆材料 填入盾尾后空隙内, 待其固结硬化后起到充填壁后
建筑空隙, 提供一定承载能力, 稳定管片衬砌等作 用的方法 [ 1 ~ 3 ] , 如图 1所示。
同步注浆目的是控制地层变形、确保管片的稳
( 4)室内优选方案的动三轴试验表明, 全浸水
( 1. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室, 上海 200092; 2. 同济大学地下建筑与工程系, 上海 200092; 3. 保利房地产 ( 集团 ) 股份有限公司, 广州 510623; 4. 上海市第二市政工程 有限公司, 上海 200065)
摘 要: 论述了系统研制同步注浆浆液的方法, 通过室内和现场注浆配比试验, 得出一种 充填性好、可注性好、保水性好、早期强度高的单液惰性浆, 并给出了浆液的具体配比。该浆液 在上海市西藏南路越江隧道工程中得到了使用和改进, 监测资料证明该浆液在减少地面沉降 等方面具有较好的工程特性。用数值模拟方法分析了注浆参数的调整对地表位移的影响, 由 数值计算的结果可知, 盾构同步注浆浆液的弹性模量、注浆量和注浆压力增大都会使地层位移 减小, 对于控制地表沉降的效果而言, 注浆量和注浆压力增大较浆液弹性模量的增大明显。
表 2 浆液性质 ( 1) Tab le 2 Propert ies of the grou t( 1)
阶段
配方
稠度 塌落度 密度 泌水率 ( cm ) ( cm ) ( g /cm3 ) (% )
1- 5 8. 45 11. 3 1. 89 2. 64
一
1- 9 6. 8
12
1. 93 2. 65
关键词: 盾构; 同步注浆; 材料试验; 监测; 数值分析
中图分类号: U455. 43 文献标识码: A 文章编号: 1673- 0836( 2011) 01- 0059- 06
Study on M ortarM aterial of Tail Void Grouting in Slurry Shield Tunnel
60
地下空间与工 程学报
第 7卷
图 1 盾构同步注浆示意图 F ig. 1 T a il vo id grou ting o f sh ie ld tunnel
凝结的可调控性、收缩率、渗透系数较小、良好的动 力力学性能、抗腐蚀等特点 [ 10 ~ 13] 。由于地层和施 工条件的不同, 对注浆材料的要求也有很大差别, 目前应用较为广泛的浆液有: 双液砂浆注浆、单液 惰性浆液、单液硬 ( 活 ) 性浆液等。早期由水泥、水 玻璃类活性材料制成的双液浆, 因为清洗不彻底, 易产生堵管, 达不到充分填充盾尾孔隙的目的; 90 年代上海地铁从法国引进 FCB 土压 平衡盾构, 开 始使用单液惰性浆液, 其和易性、流动性较好, 易于 填充盾尾间隙, 但是也存在长时间不固结, 甚至向 土层渗透的缺点, 不利于隧道的防水和长期运营的 稳定。对于大型泥水盾构, 用上述惰性浆液经常出 现隧道脱出盾尾后上浮, 引起隧道外弧面开裂, 影 响纵向螺栓穿入的问题。如何使浆液原有的长处 得以发挥、缺陷得以改进是目前注浆材料研究的重 点和方向。以往的研究多从某一方面采用室内试 验的手段, 研 究浆 液的配 比和 性能, 很少 有跟 踪 全过程, 用室 内配 比试验 和静 力试 验、动 三轴 试 验、现场试验和大直径 泥水盾构试推来全 面的研 究并校核符合工程需要的同步注 浆浆液配方, 而 这正 是现实 中盾构 隧道 注浆施 工所 必 须的 [ 14~ 16] 。
定和均匀受力、提高隧道的抗渗性、防止隧道上浮 [ 4~ 9 ] 。要达到这些目的, 浆液的配比尤为关键, 要 求配制的浆液具有优越的充填性、良好的和易性、
* 收稿日期: 2010 11 01(修改稿 ) 作者简介: 肖立 ( 1986 ), 男, 山东成武人, 博士研究生, 主要从 事盾构 隧道及 地下建 筑工程设 计、施工技 术方面 的研 究。 E m a i:l x iao liye777@ 126. com
阶段
配方
石灰膏 粉煤灰 膨润土 黄砂
( g)
( g)
( g) ( g)
水 泵送剂 ( g) ( g)
外加剂
总质量
名称 用量 ( g)
g
1- 5
1 440 2 400 180 6 800 1 150
11 970
一
1- 9
1 420 2 000 180 8 400 1 250
13 250
1- 10
1 840 2 000 180 6 800 1125
第 7卷 第 1期 2011年 2月
ຫໍສະໝຸດ Baidu
地下空间与工程学 报 Chinese Journal o fU nderground Space and Eng ineering
V o.l 7 Feb. 2011
泥水盾构同步注浆材料试验研究*
肖 立 1, 2, 张庆贺1, 2, 赵天石 3, 杨俊龙 4, 杨光辉4
95 1 534 370 3. 9 增稠剂
0. 06 2 496. 96
原始配方
80
3 00
40 1180 280
3
1 883
硅灰
5
四
现场改进 104
3 90
65 1 534 390
7 氢氧化钠
5
2 505
脱硫石膏
5
注: 原始配方泌水率虽然不是很大, 但是现场试验中还 是发生 比较严 重的泌水 现象, 另外 原始配 方的早期 强 度也需加强, 基于以上两点, 研发了现场改进的配方, 达到了较好的效果。
1- 10 7. 7
9
1. 94 2. 61
2- 13 8. 8
15
2. 02 4. 5
二
2- 18 9. 1
15 2. 04
3
2- 20 8. 1 15. 5 2. 05 2. 7
3 现场监测分析
该工程对盾构推进沿线进行了常规的地表沉 降监测。布置了沿隧道轴向和垂直于隧道轴向的 地表沉降监测点。部分监测 结果如图 3 ~ 4 所示 ( 纵坐标负值代表沉降, 正值代表隆起 )。
2 注浆材料试验研究
盾尾注浆材料的选择关系到注浆成本、注浆工 艺和注浆效果等一系列问题。结合上海市西藏南 路大直径泥水平衡盾构近距离穿越地铁 8号线时 遇到的覆土浅、穿越特殊复杂地层、穿越黄浦江等 工程难点, 试验配制适用于该工程的不含水泥、水 玻璃等活性材料的单液惰性浆液。 2. 1 试验方案
试验 分 为 四 个 阶 段, 具 体 实 施 过 程 如 图 2 所示。
( 2) 优选方案的压缩模量为 7. 66 MP a, 盾构所 穿越土层的压缩模量为 7. 76 M Pa ( 暗绿色粉质 粘土 ) 和 10. 91M Pa( ! 1- 1草黄色砂质粉土 ), 两者 的值相当。可知浆液层不会发生过大的压缩变形, 并可通过提高含砂率或是减少石灰膏的含量来达 到浆液的压缩模量大于所穿越土体的压缩模量的 目标。由直剪试验的结果可以推算出各浆液配方 的 1天抗剪强度, 经计算均比一定深度的土体抗剪 强度要大, 满足注浆的要求。
11 945
2- 13
1 04
3 90
85 1 534 390 3. 9 增稠剂
0. 05 2 506. 95
二
2- 18
1 04
3 90
85 1 534 390 3. 9 氢氧化钠
3
2 509. 9
2- 20
1 04
3 90
95 1 534 370 3. 9
2 496. 9
三 室内优选 104
3 90
2011年第 1期
肖 立, 等: 泥水盾构同步注浆材料试 验研究
61
养护条件下浆液在遭遇 7度地震烈度时抗液化强 = 20. 38 kP a, 所以不会出现动力破坏。 度 l = 84. 15 kP a, 大于对应的地震循环剪应力 eq
表 1 浆液配比 Tab le 1 M ortar m ix p roportion of the grou t
图 2 同步注 浆材料试验流程
F ig. 2 Exper im ental process of m ortar m a terial
2. 2 试验结果与分析 每阶段的部分试验结果如表 1~ 3所示。 试验得出的规律和结论如下: ( 1)增加膨润土的含量可以降低浆液的泌水
率; 降低粉煤灰的含量可以降低浆液的流动性; 泵 送剂使砂浆流动性增大, 特别是对加膨润土的砂浆 来说更有意义, 效果更明显; 增加氢氧化钠外加剂 可以使管路的易清洗性能得到提高。
X iao L i1, 2, Zhang Q inghe1, 2, Zhao T iansh i3, Y ang Junlong4, Y ang G uanghu i4
( 1. K ey Laboratory of G eotechnical and Und erground Eng ineering of M inistry of Education, T ongji University, Shanghai 200092, China; 2. D ep ar tm ent of Geotechnical Eng ineering, T ongj i University, Shanghai 200092, China; 3. P oly R eal E sta te Group Co. , L td. , Guangzhou 510623, China; 4. ShanghaiN o. 2M unicipal Engineer ing Co. , L td. , Shanghai 200065, China ) Abstract: A deve lop ing m ethod of g routing slurry was d iscussed and a new kind of grou ting m ater ia lw hich had better filling and grouting ability, be tter w ate r retention and h igher ear ly streng th was developed, the m ix proportion o f g routing slurry w as a lso g iv en out. T he m ortar m ater ia lw as used and im proved in river crossing sh ie ld tunne l o f South X izang Road in Shangha i and the m onito ring results show ed that the new grouting m ater ia l had bette r eng ineer ing property in contro lling g round se ttlem ent. F inite d iffe rence m ethod w as used to ana ly ze the g routing param eters influ ence on ground se ttlem ent, the result showed that the g round settlem ent can be reduced by im prov ing the elastic m od u lus, grouting amount and pressure o fm ortar m ater ia ,l but the effects of grouting amount and pressure were m ore im portant than that o f the e lastic m odulus of mo rtar m ateria.l K eyword s: sh ield tunne ling; ta il vo id g routing; m ortar ma teria l experim ent; m on itoring; num er ica l ana lysis
1 引言
盾构壁后同步注浆是指在盾构推进过程中, 管 片拼装后, 盾尾脱出的同时, 在一定注浆压力下, 将 适量的有一定的早期强度及最终强度的注浆材料 填入盾尾后空隙内, 待其固结硬化后起到充填壁后
建筑空隙, 提供一定承载能力, 稳定管片衬砌等作 用的方法 [ 1 ~ 3 ] , 如图 1所示。
同步注浆目的是控制地层变形、确保管片的稳