韩 旭，庞奇林，朱先发，张 伟，宋普涛，王 晶
(1.南通城市轨道交通有限公司，南通 226000；
2.中铁十二局集团第四工程有限公司，西安 710024；
3.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013)
当前国内盾构隧道同步注浆材料种类繁多、材料的性能差异较大，不同注浆材料适用的水文地质环境不同[1-10]。由于尚无成熟的标准、规范对盾构法隧道用注浆材料的选择、性能指标及应用等提出规定，设计文件中鲜有关于盾构法隧道同步注浆材料选择及关键性能控制指标的相关要求，施工过程中注浆材料及原材料的选用、注浆配合比设计、注浆材料生产施工环节等均由施工现场技术人员自行控制。由于人为认知水平的差异，往往存在因注浆材料的选择及应用不当导致注浆施工效果差、注浆后地表沉降严重、渗漏等各类问题，严重影响了盾构施工的质量与工程的安全性。
由此可见，制定一本针对地铁盾构隧道用水泥基注浆材料的产品标准是必须且必要的，这将有利于对地铁盾构隧道用注浆原材料的质量控制，规范水泥基注浆材料的生产和检验，做到地铁盾构隧道用水泥基注浆材料安全适用、经济合理、质量可靠、技术先进，实现地铁盾构隧道用水泥基注浆材料在地铁盾构隧道建设中得到科学、合理、有效地利用。
根据中国工程建设标准化协会《关于印发<2015年工程建设协会标准制订、修订计划>的通知》(建标协字[2015]099号)的要求，批准中国建筑科学研究院与南京易发新材料科技有限公司会同南通城市轨道交通有限公司等有关单位共同编制CECS标准《盾构法隧道同步注浆材料应用技术规程》(以下简称《规程》)。规程于2018年12月18日公告发布，自2019年5月1日起实施。
标准共分7章和3个附录，主要技术内容包括：总则、术语和符号、基本规定、原材料、注浆材料配合比及性能、同步注浆施工、质量检验与验收。
1.1 盾构工程同步注浆材料及其原材料性能要求的提出
通过国内典型盾构工程同步注浆用原材料调研、总结以及充分的试验验证，在广泛征求意见的基础上汇总、归纳、探讨、分析、总结，对盾构工程同步注浆材料及其原材料种类及性能作出要求。
调研发现，现场盾构工程同步注浆材料用水泥以PO42.5等级水泥为主；
砂以河砂为主，规格为中砂；
掺合料以Ⅱ级粉煤灰为主，也有矿粉、石灰石粉等掺合料；
消石灰多为钙质，且CaO+MgO含量大于85%；
膨润土多为钠基。
经充分调研：目前盾构工程施工注浆所用的同步注浆材料主要分为水泥基、消石灰基两大类。
水泥基盾构工程同步注浆材料主要测试浆液密度、泌水率、稠度及其经时损失、流动度及其经时损失、凝结时间、抗压强度、水陆强度比和结石率指标。标准启动会过程中编制组内部一致讨论通过，增加水泥基盾构工程同步注浆材料的分层度指标用于进一步表征其匀质性，增加水陆强度比指标用以表征其抗水分散性能。按照目前常用水泥基同步注浆材料的配合比参数的验证试验结果表明，水泥基盾构工程同步注浆材料浆液湿表观密度均不小于1 800 kg/m3，泌水率均不大于5%，稠度为10～14 cm范围内，浆体的结石率不小于95%，1 d强度不小于0.2 MPa、7 d强度不小于1.5 MPa、28 d强度不小于2.5 MPa。
消石灰基盾构工程同步注浆材料主要测试浆液密度、泌水率、稠度、抗压强度、结石率等性能指标。标准启动会过程中编制组内部一致讨论通过，增加消石灰基盾构工程同步注浆材料的分层度指标用于进一步表征其匀质性，尝试增加pH指标用以表征其抗水分散性能。系统的调研结果表明，消石灰基盾构同步注浆材料浆液湿表观密度均不小于1 800 kg/m3，泌水率几乎均不大于5%，结石率均不小于95%，稠度在8～14 cm范围内，凝结时间范围相对较大，且波动无明显规律相对离散。由pH值试验结果可知，利用pH值结果评价消石灰基盾构同步注浆材料的试验方法仍不够成熟。此次标准制定过程中，试验方法和盾构同步注浆原材料及相应的配合比均参数的确定，主要参考的是目前实际盾构工程常用的原材料和配合比参数。为了避免试验结果受试验条件和人为主观因素的影响，主编单位按照开题的任务分工，分别安排不同的编制组成员单位进行验证试验。但由于部分性能指标及试验方法是新提出的，其科学性和可操作性仍需要验证。相对成熟的性能指标及试验方法，考虑水泥基同步注浆材料与石灰基同步注浆材料的强度较低，凝结时间可控，水陆强度比等部分性能试验方法相对科学、可行。因此，标准规定的盾构注浆材料的性能指标主要应以实际验证性试验结果为依据。而对于评价水下不分散性能的pH值指标及试验方法，以及消石灰基的注浆材料的凝结时间指标及试验方法，考虑其试验结果离散性大、试验方法可操作性较差，潜在的人为试验误差相对较大，故标准暂未规定相应的性能指标参数要求及对应的试验方法。
经充分验证，并经广泛征求意见以及审查会专家讨论一致通过后形成的同步注浆材料性能指标如表1所示。水泥基单液同步注浆浆液硬化后的性能应符合表2的规定。
表1 同步注浆浆液的性能要求
表2 水泥基单液同步注浆浆液硬化后的性能要求
同时，规定消石灰基单液同步注浆材料24 h抗剪屈服强度不应小于1 200 Pa。水泥-水玻璃双液同步注浆材料的浆液配合比和浆液性能应满足施工和设计要求，并应通过试验确定。
1.2 盾构工程注浆材料推荐配合比关键参数与配合比设计方法的提出
在充分调研的基础上汇总、归纳、分析、总结，提出了初步的盾构工程注浆材料推荐配合比关键参数与配合比设计方法。通过广泛内部征求意见，反复讨论研究，形成盾构工程注浆材料推荐配合比关键参数与配合比设计方法。在征求意见稿阶段，根据试验结果，确定较为典型的现场盾构注浆材料施工配合比参数如下：
水泥基盾构注浆材料现场施工配合比控制范围为：水胶比0.45～0.79，胶砂比0.45～0.75，水泥占胶凝材料质量分数0.17～0.26，膨润土占胶凝材料质量分数0.14～0.18，设计湿表观密度1 817～1 908 kg/m3。
石灰基盾构注浆材料现场施工配合比控制范围为：水胶比0.58～0.7，胶砂比0.36～0.69，消石灰占胶凝材料质量分数0.17～0.19，膨润土占胶凝材料质量分数0.09～0.14，设计湿表观密度1 830～1 910 kg/m3。
在全国范围内征求意见过程中，相关专家提出：在采用一定增稠剂、絮凝剂等外加剂手段或其他膨润土替代材料时，可降低膨润土掺量。膨润土掺量占胶凝材料用量低至5%时，同步注浆材料浆液施工性能依旧满足要求，经核验后，将注浆材料膨润土掺量推荐控制值降低为5%。
征求意见过程中，参考相关专家提出的意见，水泥或消石灰用量宜只规定掺量下限，两者掺量下限可达15%，且不宜规定上限。水泥或消石灰掺量超过征求意见稿中暂定推荐指标上限范围时，盾构注浆材料浆液施工性能依旧满足要求，且施工后注浆效果良好。经核实后将注浆材料水泥及消石灰推荐掺量均调整为不小于15%。
标准审查过程中与会专家一致认为，消石灰基盾构注浆材料水胶比控制上限控制指标偏低，已有很多消石灰基盾构注浆材料水胶比达0.8的盾构施工案例，且盾构注浆效果良好，建议将消石灰基盾构注浆材料水胶比上限控制为0.8。同时部分专家提出，部分消石灰基注浆材料中胶砂比可低至0.3，也有部分消石灰基注浆材料未采用砂，其胶砂比可达1/1，且这两种情况下注浆效果均达到了预期的要求。由于现在关于消石灰基盾构注浆材料的填充、固结机理的研究尚不明确，为避免标准对先进产品应用的限制，鼓励先进，经审查会讨论后一致同意，将胶砂比推荐参数调整为不小于0.3。
综上，盾构注浆材料配合比推荐参数如表3及表4所示。
表3 水泥基同步注浆材料配合比推荐参数
表4 消石灰基同步注浆材料配合比推荐参数
1.3 盾构工程同步注浆材料及其原材料性能试验方法的提出
盾构工程同步注浆材料用原材料均有相应的国家标准或行业标准，故同步注浆材料用原材料试验方法均参照相关国家或行业标准进行。
盾构工程同步注浆材料的性能试验主要参照国内现行混凝土、砂浆、灌浆料、水泥土等试验方法进行，并通过验证性试验对试验方法的可行性及推荐性能指标的合理性进行分析。对有争议的试验方法，通过广泛的征求意见、集思广益并结合验证试验，分析提出合理试验方法。对于可行性差的用于标准盾构工程同步注浆材料抗水分散性能的pH试验方法以及用于测试消石灰基同步注浆材料的凝结时间的试验方法。由于暂无更合理的试验手段，此次标准编制中暂没有纳入。标准审查会期间，各与会专家对盾构工程同步注浆材料及其原材料性能试验规定的试验方法表示肯定，并指出会后需仔细核对试验方法中出现的公式的单位和量纲，以确保单位使用的合理、准确、统一性。
1.4 盾构工程同步注浆材料生产、施工及验收
在广泛调研的基础上，参照国家标准《盾构法隧道施工与验收规范》GB 50446[11]等国内相关标准，并结合盾构工程同步注浆材料的性能特点及不同施工环境特点，以保证盾构工程同步注浆质量为目的，对盾构工程同步注浆材料生产、施工及验收提出要求，并在广泛征求意见的基础上，归纳、总结、分析，对盾构工程同步注浆材料生产、施工及验收作出合理的规定。审查会期间，部分专家对注浆施工一般规定、同步注浆材料检验批次、注浆施工注意事项及验收中个别条文提出意见，并为标准进一步修改完善提供建议。
《规程》是我国盾构工程同步注浆材料方面的第一本重要的技术性标准，适用于我国盾构工程同步注浆材料的制备、生产、施工、设计与质量控制。
《规程》发布实施后，仍将为我国的地铁隧道等盾构工程注浆材料及其施工后质量的控制与提升提供技术支撑，避免盾构工程同步注浆材料参差不齐、盾构工程同步注浆施工质量无章可依的局面，进一步提升盾构工程质量，减少因盾构同步注浆材料及应用不合理产生的实际注浆量高、注浆施工难度大、注浆施工进度慢等直接及间接经济损失，具有良好的经济效益。
《规程》发布实施后，可规范、提升盾构注浆工程质量，避免因注浆材料使用不当导致的注浆填充密实性差、注浆效果差等问题，避免由此引发的渗漏、沉降等工程质量问题以及可能引起的安全事故等社会问题，其社会效益显著。
1)消石灰基盾构工程同步注浆材料的抗水分散性能、凝结时间性能暂无科学、可操作性的试验方法，在标准发布实施后，需进一步深入研究，尽快确定性能指标要求及对应的试验方法。
2)由于现阶段存在研究成果相对较少、注浆材料成本较高、工程现场实际使用较少等情况，该标准中未包含针对滨海环境、盐渍土等具有侵蚀性介质环境的，具有抗腐蚀性能要求的同步注浆材料的有关性能要求和规定。但随着我国各地地铁工程的加速推进，盾构注浆材料的防腐蚀指标也是不得不考虑的指标，而且随着注浆材料及施工技术的进步、新材料与新工艺的发展，在后续的标准修订中，会结合工程实际情况纳入经济性良好、施工性能良好的耐腐蚀型盾构工程同步注浆材料产品。
3)继续开展消石灰基盾构工程同步注浆材料注浆效果的调研工作。消石灰基盾构工程同步注浆材料具有强度低、强度增长缓慢的特点，在江浙等地区应用广泛。调研发现当前该种浆料盾构注浆施工效果较好，但部分学者对该种浆料的填充、支撑机理仍有一定的质疑。前期调研过程中有关专家指出，该种浆料早期对盾构空隙的填充与支撑作用主要由浆料中的砂粒之间的嵌锁作用来完成，对于相应的试验方法能否科学反映这种嵌锁作用，仍存疑问。因此，关于消石灰基盾构工程同步注浆材料早期对盾构空隙的填充与支撑机理，后续的研究工作仍有待加强。
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