浅谈粉煤灰烧矢量对盾构同步砂浆早期强度的影响

浅谈粉煤灰烧矢量对盾构同步砂浆早期强度的影响

杨挺茂

中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司   江苏 无锡  214000

摘要：盾构法隧道施工过程中在刀盘开挖轮廓与管片衬砌之间会产生建筑空隙，为控制地面沉降以及保证成型隧道的稳定，在盾构掘进过程中会进行盾尾同步注浆来填充建筑空隙。在全断面硬岩富水地层掘进中，盾尾同步砂浆的早期强度对控制隧道管片上浮尤为重要。盾构同步砂浆是由水泥、粉煤灰、膨润土、细砂和水按照一定配比拌合。依据大连地铁五号线04标青泥洼桥站~火车站站区间施工所遇到的管片上浮问题，提出同步砂浆早期强度的试验，试验与检测报告对比发现粉煤灰烧矢量越高砂浆早期强度越低。

关键词：粉煤灰；烧矢量；同步砂浆；抗压强度

1、引言

盾构隧道广泛应用于城市轨道交通、地下综合管廊、隧道工程及军事防护工程施工，施工环境地质的不同会影响参数的变化。同步注浆的压力要求在地层中大于该点的静止水压及土压之和，做到尽量填补而不宜劈裂。同步注浆量理论上是填充切削土体与衬砌管片之间的空隙，但同时要考虑盾构推进过程中的纠偏、跑浆（包括向地层中扩散）和注浆材料收缩等因素。根据盾构推进速度以及实际情况计算确定注浆量。注浆材料必须与隧道的地层相适应。应具备：①不发生材料离析；②不丧失流动性；③注浆后的体积减小；④尽早达到围岩强度以上；⑤水密性好。在砂浆中不同的材料配合比，决定了它们不同的胶凝时间、抗压强度、固结率等。

从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰称为粉煤灰。粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。烧失量是粉煤灰在高温燃烧过程中未燃尽碳的含量。烧失量越大，未燃尽碳的含量就越多。这些未燃尽碳的存在，对粉煤灰质量有很大的负面影响，进而影响砂浆质量。本文以大连地铁五号线04标青泥洼桥站~火车站站区间施工参数为依据，结合试验结果得出粉煤灰烧矢量越高砂浆早期强度越低，从而影响成型隧道管片上浮。可为类似水文地质条件下的隧道施工提供参考。

2、工程概况

    青泥洼桥站~火车站站盾构区间，左线起讫里程为K8+613.691～K9+379.981，左线设短链17.489m，左线长748.801m。区间于左线里程ZK9+037.630处设置一座联络通道。区间覆土约11.7m～23.6m，自青泥洼桥站向火车站站为单向下坡，坡度为15‰、5.025‰。平面一个400m小半径曲线，两个310m小半径曲线。

该区间左线出火车站后，依次下穿威仑酒店、大连市救助管理站、哈大铁路路基、职工健身活动中心、友好街地下通道及既有2号线，侧穿久光大厦到达青泥洼桥站。

区间采用盾构机开挖面直径6420mm，衬砌管片外径6200mm，单边建筑空隙110mm。在盾构掘进35-44环时，管片实测垂直姿态和导向系统显示姿态差值较小（表1）平均上浮量为34.2mm，该段地层主要为中风化板岩以及少量强风化板岩，岩体较完整，局部较破碎，隧道涌水为基岩裂隙水，基岩裂隙水主要赋存于中风化板岩中。掘进280-289环时，管片实测垂直姿态和导向系统显示姿态差值过大（表2）平均上浮量为100.5mm，该段地层主要为中风化板岩以及少量强风化板岩，岩体较完整，隧道涌水为基岩裂隙水，基岩裂隙水主要赋存于中风化板岩中。

表（1）

表（2）

3、试验方案

3.1、提出问题

一方砂浆配合比①水泥：规格为P·O 42.5级，配合比为160kg；②粉煤灰：规格为Ⅱ级，配合比为360kg；③膨润土：规格为钠基，配合比为100kg；④砂：规格为细度模数2.2-1.6细砂，配合比为550kg；⑤水：配合比为600kg。

注浆量的计算公式：Q=V*λ

λ——注浆率（一般取150%~200%）

V——建筑空隙（m³）

V=π（D²-d²）L/4

D——盾构开挖面直径（6.42m）

d——管片外径（6.2m）

L——管片环宽（1.2m）

根据公式得注浆量：

Q=3.14*（6.42²-6.2²）*1.2*（150%~200%）/4=3.92~5.23m³

理论注浆量为3.92~5.23m³每环，实际施工注浆量为6m³每环。

在两段成型隧道同步砂浆配合比相同以及注浆量相同的情况下，上浮量出现较大差别。随即开始砂浆不同配合比对早期强度影响的实验。

3.2、试验准备

    本次试验所需器材有：电子秤、塑料量杯、玻璃搅拌棒、量筒、万能试验机、40mm*40mm*160mm试件模具。

    试验材料：P·O 42.5水泥、钠基膨润土、Ⅱ级粉煤灰、细砂、水。

3.3、试验分组

在水泥、膨润土、细砂、水相同的情况下。取2021年11月15日批次粉煤灰样本记为Ⅰ粉煤灰，取2021年7月20日批次粉煤灰样本记为Ⅱ粉煤灰。

使用Ⅰ粉煤灰做一组三种配合比如（表3）；使用Ⅱ粉煤灰做一组三种配合比如（表4）。

表（3）

表（4）

4、结论与分析

制作两组6种砂浆配比试件，分别在12h、1d、2d、3d测试固结砂浆抗压强度并记录。Ⅰ粉煤灰、Ⅱ粉煤灰不同配合比试件早期抗压强度制成折线图如（图3、图4）；Ⅰ粉煤灰、Ⅱ粉煤灰检验报告参数如（表5）。

图（3）

图（4）

表（5）

试验中Ⅰ粉煤灰配比砂浆在12h、1d、2d、3d的早期抗压强度分别为0.1Mp、0.15Mp、0.2Mp、0.4Mp；Ⅱ粉煤灰配比砂浆在12h、1d、2d、3d的早期抗压强度分别为0.15Mp、0.25Mp、0.45Mp、0.8Mp。同批次粉煤灰配合砂浆抗压强度基本相同。Ⅱ粉煤灰配比砂浆强度比Ⅰ粉煤灰配比砂浆强度上升较快。

    对比粉煤灰检验报告参数可知，Ⅰ粉煤灰烧矢量比Ⅱ粉煤灰烧矢量较大。粉煤灰烧矢量大就是其中未燃烧碳含量高，未燃碳遇水后，会在颗粒表面形成一层憎水膜，阻碍了水份进一步渗透，影响了粉煤灰中活性氧化物与水泥水化产物的相互作用，从而降低了粉煤灰的活性，降低粉煤灰的胶凝系数。所以粉煤灰烧矢量越高砂浆早期抗压强度越低。

参考文献

[1]祝龙根,白延辉,杜 坚.上海地铁土压平衡盾构同步注浆浆液配比的优选[J].地下工程与隧道,1993,(4): 42-49.

[2]赵天石.泥水盾构同步注浆浆液试验及应用技术研究[D].上海: 同济大学2008.

[3]田 馄.高性能盾构隧道同步注浆材料的研究与应用[D].武汉: 武汉理工大学,2007.

[4] 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的确定[J].地下空间与工程学报,2007,4 (1): 130-133.