盾构渣土同步注浆料制备及性能分析

为解决盾构渣土外运和堆放造成的成本和环境污染问题,并实现固废物资源化再利用。利用盾构渣土替代全部砂、稻壳灰(RHA)替代部分水泥,制备管片壁后同步注浆料,并对制备的注浆料进行相关性能分析。试验结果表明:1)稻壳灰(RHA)的掺入对浆液的稠度和凝结时间影响较大,即RHA掺量(质量分数)越高,浆液稠度越小、凝结时间越短。2)当RHA替代率为25%时,稠度降低27.5%,凝结时间缩短31.5%,RHA掺量对浆料强度呈先降低后升高的趋势,浆料28 d强度不低于RHA替代率为0的浆料强度。3)随着渣土粒径增大,浆料稠度和凝结时间降低,但浆料强度提高。经试验确定注浆料配比为:水胶比2.5、RHA掺量25%、渣土粒径2.36~9.5 mm,不仅改善了浆液的稠度(105 mm),还大幅提高了后期强度(3.35 MPa),且浆液各项指标均符合要求,为盾构渣土再利用提供了一种新思路。

地铁盾构泥浆制备同步注浆材料的性能研究

基于某地铁盾构施工产生的盾构泥浆再利用问题,采用盾构泥浆全替代砂,同时掺入减水剂、早强剂、微硅粉、纤维等材料设计并制备了同步注浆材料,采用正交试验法研究了减水剂掺量(1.0%~2.5%)、早强剂掺量(3%~6%)、微硅粉掺量(10%~25%)对同步注浆材料稠度和抗压强度的影响。结果表明:经优化调整得到的同步注浆材料的最佳配合比为盾构泥浆2000 g、水泥500 g、聚丙烯纤维1 g、减水剂5 g、早强剂25 g、微硅粉125 g、水987.2 g,此时,同步注浆材料的稠度、抗压强度等指标均满足工程要求。

富水砂层盾构高性能同步注浆材料组成设计优化

研制了一种适用于富水砂层的高性能注浆材料,分析了水胶比、胶砂比对浆液性能的影响,并检验了高性能注浆材料的工程适用性。结果表明:水胶比为0.45、胶砂比为0.6的浆液具有强度高、易泵送、泌水率小、结石率高、抗水分散性较好等特点,使用该配比浆液的施工段沉降值与普通施工段相比减小了10 mm以上;随着水胶比和胶砂比的增大,注浆材料的湿表观密度逐渐减小;而水胶比增大能增大浆体的稠度,但其稠度更容易损失;随着胶砂比增大,注浆材料的稠度增大,且凝结时间呈逐渐延长的趋势;注浆材料的抗压强度随胶砂比的增大而逐渐提高。

盾构法粉细砂渣料配制同步注浆材料及改性研究

依托福州地铁项目,采用盾构粉细砂渣料等质量取代河砂制备同步注浆材料,研究了水胶比、胶砂比、膨水比及粉灰比对注浆材料性能的影响。结果表明:随粉细砂取代率的增大,同步注浆材料性能逐渐劣化;对粉细砂同步注浆材料稠度的影响顺序为:水胶比>胶砂比>粉灰比>膨水比、对抗压强度的影响顺序为:水胶比>胶砂比>膨水比>粉灰比;当水胶比为0.75、胶砂比为0.6、膨水比为0.18、粉灰比为3时,其初始及1 h稠度分别为124、115 mm,初始及1 h流动度分别为235、225 mm,泌水率为2.0%,3、28 d抗压强度分别为0.9、2.9 MPa,满足现场施工需求。

盾构隧道施工同步注浆材料流动性测试方法及影响因素分析

现有的盾构隧道施工同步注浆材料流动性通常利用稠度仪进行测试,人为操作水平对试验结果影响很大,试验结果的随机性也很大,且试锥沉入深度与浆液在注浆管内的流动阻力并无直接关系。为此,研制了1套同步注浆材料流动性测试装置,利用该装置可直接测得浆液在注浆管内的压力损失;提出以注浆材料在注浆管中单位长度的压力损失作为注浆材料流动性评价指标,并以注浆材料中骨料颗粒的表面积与浆体的体积之比(简称“表体比”)作为分析注浆材料流动性的影响参数,推导出表体比计算式;采用研发的流动性测试装置对现场所用同步注浆材料及室内配制不同表体比的注浆材料试样进行流动性测试及对比分析。结果表明:研制的同步注浆材料流动性测试装置可行;注浆材料表体比为其流动性的主要影响参数;注浆材料在注浆管内单位长度的压力损失随着初始压力的增加呈近似线性增长;注浆材料中骨料(粒径大于0.075 mm的固体颗粒)含量越多即表体比越大,其在注浆管内单位长度的压力损失也越大。

耐水抗渗型高性能盾构同步注浆材料性能研究

采用一种新型盾构注浆材料添加剂Z201,配制出耐水抗渗型高性能盾构注浆材料。研究膨润土、硅灰、甲基纤维素和聚丙烯酰胺掺量对盾构注浆材料初始流动度与经时流动度、初凝时间、泌水率、固结收缩率、抗压强度、抗渗性能和耐水性能的影响,并与掺Z201的注浆材料进行性能对比。试验结果表明,外掺10%Z201的高性能盾构注浆材料流动度经时变化小,初凝时间短、泌水率低、固结收缩率小、抗压强度高、抗渗性能及耐水性能好。

同步注浆材料配合比设计与试验研究

介绍了工程地质概况、盾构机注浆设备配制情况及施工特点,并依此讨论了同步注浆材料配合比设计和室内试验内容、方法与试验依据。根据室内试验结果选择了同步注浆材料与合理的浆液配合比,根据现场应用中存在的问题进行了优化与调整,取得了经济合理的浆液配合比。

基于响应面法的泥水盾构同步注浆材料性能

泥水盾构隧道在富水高压地层掘进中,同步注浆浆液易逸散流失,为满足注浆要求,需研制出复掺外加剂的高性能注浆材料。以南昌地铁4号线过江盾构隧道工程为依托,在传统外加剂材料的基础上引入纳米材料,选用膨润土(BE)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)与纳米二氧化硅(NS)为复合外加剂组分,采用响应面法,以外加剂掺量为配合比变量,探讨3种外加剂及其交互作用对注浆浆液性能的影响。研究表明:①在对凝结时间影响方面,NS>HEMC>BE,NS具有促凝作用,而HEMC起缓凝作用;在对抗压强度影响方面,HEMC>NS>BE,HEMC与BE不利于抗压强度发展,NS可以显著提高抗压强度;在对抗水分散性影响方面,HEMC>BE>NS,HEMC与BE有利于改善抗水分散性。②NS具有小尺寸、高活性等特点,可以加速水泥水化进程,缩短浆液初凝时间,提高浆体早期强度,对浆液性能起着积极作用。③通过响应面法建立的回归模型与响应曲面,可以很好地反映外加剂对浆液性能的影响,同时能对复掺外加剂的浆液配比进行优化,所制备的新型注浆材料能够满足在富水高压地层盾构隧道施工的注浆要求。

盾构隧道渣土资源化再利用技术研究及展望

为形成对盾构渣土资源化再利用技术进展、挑战与创新的系统认识,介绍了国内外盾构隧道渣土的分类再利用标准,详细总结了盾构渣土作为盾构施工辅助材料、再生建筑材料、植被复垦材料与工程填筑材料的再利用技术。阐明分析了盾构渣土资源化再利用技术在标准、方法、设备、市场效益等方面仍存在细化、优化、规模化、产业化的挑战,构建了"再利用方式初判—盾构渣土分级处理—渣土再利用可行性评价—再生产品性能与市场效益评估"的盾构渣土资源化再利用的标准化技术流程。重点阐述了盾构渣土在壁后注浆材料、植被复垦基质和免烧建筑材料等方面的再利用新技术,提出了盾构渣土在壁后注浆材料中的分级再利用标准、渣土再生产品性能优化的多目标规划技术、盾构渣土作为植被复垦基质的再利用可行性试验方法、盾构渣土制备免烧空心砖的工艺流程与参数优化等新思路。最后,对我国盾构渣土资源化再利用技术与产业发展趋势进行了展望。

不同地层盾构泥砂对制备同步注浆材料性能影响研究

为找到工程废弃泥砂有效再利用的方法,通过对不同性质盾构泥砂制备同步注浆材料性能的分析,研究了不同颗粒组成、不同塑性指数的盾构泥砂对制备的同步注浆材料工作性能、力学性能及抗水分散性能的影响。结果表明:黏粒含量为10%～30%、含砂量为40%～70%的盾构泥砂制备的同步注浆材料的流动性、稳定性、力学性能与抗水分散性能均能达到设计要求,对不处于上述范围的盾构泥砂提出了矫正方法。所制备的同步注浆材料应用于武汉地铁工程,应用结果表明:盾构掘进轴线精度控制在5 cm以内,管片上浮和地表沉降都小于3 cm,注浆效果良好。

可硬性盾构注浆材料试验研究

以水泥、粉煤灰、膨润土、河砂为原料制备可硬性盾构同步注浆材料,通过正交试验测试水胶比、胶砂比、水泥和膨润土掺量等因素对浆料稠度、流动度、强度及耐水性的影响,采用SEM对比分析了不同养护条件硬化浆体的微观结构及元素分布。结果表明,水胶比对浆料稠度和流动度影响显著,膨润土掺量对稠度和流动度的影响较胶砂比和水泥掺量显著。浆料的优选配合比为:水胶比0.60,胶砂比0.60,水泥占比0.25,膨润土占比0.10。标养条件下晶体颗粒之间的胶结程度较水养条件下更好,水养条件下水分子渗入注浆材料内部与SiO2反应,表现为注浆材料的强度在水养条件下会有所损失,且水胶比越小强度损失越大。

抗水分散剂对高抗水分散同步注浆材料性能的影响

采用不同抗水分散剂配制高抗水分散同步注浆材料,研究抗水分散剂种类(PAM、MC、XG、SF)及掺量对注浆材料稠度、流动度、泌水率、黏度及水陆强度比的影响。研究表明,SF、MC对注浆材料泌水率改善作用较好,对注浆材料稠度、流动度及黏度影响不大,但对注浆材料水陆强度比提升作用不显著。PAM与XG对注浆材料水陆强度比改善作用显著,对注浆材料泌水率也有一定的改善作用,但较高掺量时会导致注浆材料黏度明显增加,流动度及稠度显著降低,从而对注浆材料可施工性能产生不利影响。因此,应综合考虑抗水分散剂的特异性,采用复合掺用的方式以发挥抗水分散剂优势互补的作用,进一步获得效果最佳的抗水分散效果。

盾构隧道同步注浆材料对管片力学行为的影响研究

同步注浆主要功能是控制地层变形和地表沉降,同时有效地防止管片在推进过程中发生过大的偏转,避免管片接头受力过大而发生破损。以现场实际工程为背景,通过建立地层-注浆层-管片耦合的三维数值模型,对同步注浆材料强度与管片力学行为之间的相互影响进行数值模拟研究,同时结合材料试验及现场监测数据对数值计算结果进行验证。

适用于类矩形盾构法隧道的同步注浆技术研究

以国内首条类矩形盾构法隧道工程为背景,针对类矩形断面条件下盾构同步注浆施工面临的浆液填充不均匀、地表沉降及成环隧道结构稳定控制难的问题,从注浆工况数值模拟、浆液材料性能指标设计与配合比实验、大型平台模拟试验、工程应用等方面对类矩形盾构法隧道同步注浆技术进行系统研究。得出适应类矩形盾构法隧道同步注浆的关键参数,确保隧道地面沉降及成环隧道结构稳定控制。

新型同步注浆材料在盾构隧道中的应用

同步注浆在盾构隧道中具有非常重要的作用。盾构隧道如果出现上浮则极易导致隧道的管片错台或破损渗漏等病害问题,整个建筑工程的承载量以及基本质量都会受到损害。因此重视同步注浆设备以及材料的更新,将盾构隧道建设中的管片以及开挖面之间存在的空隙进行合理的控制,进而保证隧道的上浮量降低,从而提升成型隧道的基本质量。

水玻璃溶液对同步注浆浆液强度的影响规律研究

富水粉细砂地层注浆往往因浆液不易凝结、跑浆等因素成为施工难点.国内通常采用水泥—水玻璃双浆液注浆的方式解决此类问题.本文以天津地铁11号线为依托,开展水玻璃溶液对水泥砂浆抗压强度的影响规律研究.结果表明:水灰比增加,浆液强度增加,强度随养护周期增加而增加;38和42波美度的水玻璃对抗压强度影响不大.

促凝材料对同步注浆凝结时间的影响

为消除普通同步注浆浆液凝结时间过长对盾构施工的不利影响,通过在普通同步注浆浆液中掺入促凝材料(AB料)配制新型同步注浆浆液,研究AB料用量对同步注浆浆液凝结时间的影响,确定新型同步注浆浆液的最优配比;采用偏光显微镜观察硬化同步注浆的微观结构,分析AB料对同步注浆微观结构的影响;将普通同步注浆浆液和最优配比的新型同步注浆浆液应用于合肥轨道交通4号线伊宁路至巢湖路区间隧道右线。结果表明:掺入AB料的同步注浆浆液凝结时间大幅降低,新型同步注浆浆液各材料最佳用量为水410 kg/m^(3)、水泥220 kg/m^(3)、粉煤灰330 kg/m^(3)、砂850 kg/m^(3)、膨润土60 kg/m^(3)、A料20 kg/m^(3)、B液25 kg/m^(3);掺入AB料使硬化同步注浆的表面结构更致密,渗透性能得到改善;与普通同步注浆浆液相比,新型同步注浆浆液有效降低了盾构管片的上浮量,降幅达70.5%。

基于硅灰对注浆材料抗水分散性能影响的外加剂优化研究

为了探究硅灰对富水地层同步注浆材料抗水分散性能的影响,优化注浆材料复合外加剂,配置了5组不同硅灰掺量下以及6组硅灰/聚丙烯酰胺(PAM)/羟乙基纤维素(HEC)复合外加剂不同掺量下的同步注浆材料,分别进行了稠度、流动扩展度、凝结时间和抗水分散性能试验。结果表明:硅灰、HEC和PAM的掺入增加了同步注浆材料的稠度,但是降低了流动性;PAM降低浆液流动性的程度更大,硅灰可以减小浆液的流动性经时损失;硅灰加速了同步注浆材料的凝结,提高了浆液的早期强度。pH值试验、抗冲刷试验和水陆强度比试验结果均表明,三种材料复掺可显著提高同步注浆材料的抗水分散性。当硅灰掺量为1.0%~2.0%,PAM掺量为0.05%,HEC掺量为0.20%~0.30%时,同步注浆材料的稠度、流动性、凝结时间和抗水分散性均达到较优的效果。

郑州市地铁粉质黏土层中盾构渣土制备同步注浆材料特性

为解决地铁区间盾构施工中掘出的盾构渣土难以安置、污染环境、难以回收利用等问题,探讨通过利用盾构区间掘进渣土替代部分中砂制备新型同步注浆材料,实现盾构区间渣土固废资源化利用。以郑州市地铁4号线区段的盾构掘出渣土为研究对象,根据X射线衍射技术(XRD)分析的渣土化学成分组成,选择盾构渣土掺量和水胶比作为影响因素设计调整配比试验,根据不同条件下的试验现象和结果,对比分析地铁盾构渣土掺量及水胶比对材料工作性能以及力学性能的影响;参考规程以稠度、流动度、经时稠度损失、经时流动度损失、分层度、泌水率、结石率等指标评判材料的工作性能,并以3 d抗压强度、28 d空气环境成型抗压强度、28 d水下环境成型抗压强度、水陆抗压比等指标评判材料的工作性能,探讨盾构渣土制备同步注浆材料的可行性。研究结果表明:随着粉质黏土为主的盾构渣土掺量增加,材料的稠度、流动度等工作性能逐渐下降,但盾构渣土在60%替代掺量(质量分数)时能够优化材料级配、加强材料的抗压强度,在无外加剂强化条件下,3 d抗压强度可达到1.17 MPa,28 d空气环境成型抗压强度可达到2.66 MPa;且比表面积较大的盾构渣土改善了传统注浆材料结石率较低以及泌水的问题,结石率可达到96%以上,泌水率为1%左右,但需水量的增加使得该新型同步注浆材料的水胶比较传统注浆材料大,推荐合理的水胶比在1.2~1.3;在无水下抗分散剂强化的情况下,水陆抗压比指标略低于性能要求,其余性能指标均能够达到同步注浆材料性能的规程要求。通过该方法将盾构掘进渣土进行固废资源化利用,具有经济效益、社会效益,材料的性能可调节范围大,具备可行性。

高性能同步注浆材料对富水砂层盾构施工参数的影响研究

以南通市富水砂层轨道交通1号线为工程背景,配制适用于富水砂层的高性能盾构注浆材料,并通过对比研究了高性能注浆材料与现场既有浆液的注浆性能以及对盾构施工参数的影响规律。结果表明:与采用既有浆液的标段相比,使用高性能同步注浆材料的试验段盾构机土舱压力由0.22 MPa升至0.25 MPa,平均推力由12000 kN升至15000 kN,刀盘扭矩由1150 kN·m升至1450 kN·m,注浆量由5.7 m^(3)降为5.2 m^(3),地表沉降仅为8.15 mm,材料成本显著降低,地表沉降得到有效控制。进一步分析各个关键施工参数之间的相互联系,得到注浆量持续降低会对盾构机的土舱压力、推力、扭矩产生一定影响;盾构机保持匀速前进时,盾构机土舱压力、推力、扭矩的变化规律曲线具有一致性。