隨著地下空間的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用，出現(xiàn)了越來(lái)越多的超深基坑、長(zhǎng)距離、大斷面盾構(gòu)或頂管隧道，這對(duì)工程建設(shè)提出了新的挑戰(zhàn)。在現(xiàn)有的多種輔助施工技術(shù)中，注漿技術(shù)在地下結(jié)構(gòu)防滲、基坑加固、防止地面沉降、已建構(gòu)筑物地基處理、頂管減摩頂進(jìn)等方面起著重要的作用。而且，施工工藝的革新、新設(shè)備、新材料的出現(xiàn)，也為注漿技術(shù)的發(fā)展提供了條件。
1 、注漿材料研究現(xiàn)狀
由于地下工程的特點(diǎn)，要求注漿材料具有以下性能：
(1) 凝膠體或固結(jié)體的耐久性和抗?jié)B性較好，受環(huán)境因素的影響小。
(2) 漿液的膠凝或固化時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有較滿意的強(qiáng)度。
(3) 漿液無(wú)毒，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，而且灌注工藝比較簡(jiǎn)單。
(4) 注漿材料的來(lái)源廣泛，價(jià)格相對(duì)低廉，貯存、運(yùn)輸方便。
(5) 要求漿液有一定的抗液化能力，即使在地震情況下也不發(fā)生液化。
1.1 水泥漿液類(lèi)
水泥漿液具有固結(jié)體強(qiáng)度高、耐久性好、材料來(lái)源豐富、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但這種漿液容易離析和沉淀，穩(wěn)定性較差，因而在有特殊要求的地下工程中其使用受到限制。目前比較有研究和應(yīng)用前景的是納米水泥漿液和超細(xì)水泥漿液。納米水泥具有表面能很大、化學(xué)活性很高，高吸氣體性和高混合性的特點(diǎn)，油和水無(wú)法粘附在材料表面。超細(xì)水泥漿液強(qiáng)度高、粒度細(xì)、無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)味、不污染環(huán)境、對(duì)人體無(wú)害且價(jià)格低廉、使用方便，注漿時(shí)的可灌性、膠凝時(shí)間可控性、抗水性、抗?jié)B性、高粘結(jié)性、微膨脹性、觸變性、抗腐蝕性、耐久性等性能十分優(yōu)良，近年來(lái)已成功地應(yīng)用于北京、廣州、深圳、南京等地的地鐵建設(shè)項(xiàng)目中。
1.2 膨潤(rùn)土類(lèi)
膨潤(rùn)土是以鉀、鈣、鈉、蒙脫石為主要成分的黏土礦物，由非常薄的呈扁平狀的晶片層堆疊而成的單體顆粒組成，顆粒間由鈉離子和鈣離子連接而成，具有膨脹性和觸變性。目前，膨潤(rùn)土多側(cè)重于作為輔助劑，利用其膨潤(rùn)作用，研制特殊用途的，注漿材料。
1.3 水玻璃類(lèi)
水玻璃主要成分為 Na 2 SiO 3 ，分為堿性水玻璃和酸性水玻璃。堿性水玻璃漿液的主要缺點(diǎn)是凝膠體有脫水收縮和腐蝕現(xiàn)象，其耐久性較差并對(duì)環(huán)境有污染。酸性水玻璃可在中性區(qū)域內(nèi)凝膠，凝膠體沒(méi)有堿溶出，不存在堿性水玻璃的腐蝕現(xiàn)象和環(huán)境污染問(wèn)題，耐久性較好。目前，水玻璃多作為固化劑，起調(diào)節(jié)凝固時(shí)間的作用，常用于對(duì)初凝及終凝時(shí)間有特殊要求的注漿材料中。
1.4 單液漿
單液漿由粉煤灰、砂、水泥、水、外加劑等材料在攪拌機(jī)中一次拌和而成，這種漿液又可分為惰性漿液和硬性漿液。惰性漿液是未摻加水泥等凝膠物質(zhì)，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均很低的漿液；硬性漿液是摻加了水泥等凝膠物質(zhì)，具備一定的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的漿液。惰性漿液的強(qiáng)度、初凝時(shí)間、泵送性能和含水量密切相關(guān)，含水量多則強(qiáng)度低，泵送性好；含水量少則反之；硬性漿液的上述性能和水灰比密切相關(guān)，水灰比高則強(qiáng)度低，泵送性好；水灰比低則反之。
1.5 雙液漿
雙液漿是由水泥砂漿等攪拌成的 A 液與由水玻璃等組成的 B 液混合而成的漿液，根據(jù)初凝時(shí)間不同分為緩結(jié)型和瞬凝型。盾構(gòu)隧道同步注漿施工中漿液的膠凝時(shí)間越長(zhǎng)，越容易發(fā)生漿液向土倉(cāng)泄漏和向土體內(nèi)流失的情況，導(dǎo)致限定范圍的填充困難，而且在未初凝前，漿液容易被地下水稀釋產(chǎn)生離析，因此，多采用瞬凝型漿液注漿。但如果膠凝時(shí)間過(guò)短，也會(huì)造成注漿尚未完成，漿液便已失去流動(dòng)性，導(dǎo)致填充效果不佳。所以，應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)速度、注漿量等情況，對(duì)雙液漿各成分配比進(jìn)行優(yōu)化，控制雙液漿的膠凝時(shí)間，使注漿效果達(dá)到最佳。
2 、注漿技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
注漿技術(shù)是指通過(guò)一定的壓力將能凝固的漿液注入結(jié)構(gòu)物和地基的縫隙中，改善被灌體的力學(xué)性能、滿足防滲等功能要求。有時(shí)也稱為灌漿技術(shù)。
2.1 高壓旋噴注漿
高壓旋噴注漿技術(shù)是利用壓縮空氣流保護(hù)的高壓水射束，對(duì)土體進(jìn)行沖刷切割，同時(shí)灌注水泥漿液，漿液在噴嘴外呈射流狀沖擊和破壞土體，使?jié){液與土體攪拌混合形成固結(jié)體，從而起到加固地基、基坑防滲、既有構(gòu)筑物糾偏等作用。固結(jié)體的形狀和尺寸與噴射方式及持續(xù)時(shí)間有關(guān)，有時(shí)需要復(fù)噴。
該注漿技術(shù)具有適用范圍廣，固結(jié)體成形好，強(qiáng)度高，施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
2.2 壓密灌漿
壓密灌漿又稱為靜壓注漿，是指用一定的壓力向土體等注入比重較大的漿液，在壓力傳遞作用下，注入的漿液沿地基應(yīng)力場(chǎng)中的最小主應(yīng)力面或弱應(yīng)力分布區(qū)延伸，填充空隙，起到加固土體的作用。靜壓注漿的特點(diǎn)是施工便捷、工期短、成本低。既可以用于地基加固工程，又可用于基坑止水帷幕工程。壓密灌漿與充填灌漿不同，充填灌漿是利用泥漿本身的重力進(jìn)行灌漿充填，不允許產(chǎn)生新的裂縫，如果對(duì)細(xì)小的裂縫充填不好，就不能形成連續(xù)的泥墻防滲體。
2.3 劈裂注漿
劈裂注漿是在充填灌漿的基礎(chǔ)上，使用一定的壓力有控制地劈開(kāi)土體灌注漿液，形成連續(xù)泥墻，可以起到加固土體和防滲的作用。其優(yōu)點(diǎn)是可以就地取材、工藝簡(jiǎn)單、工效高、工期短、效果好、投資省，對(duì)土壩等構(gòu)筑物的加固具有很大價(jià)值。
2.4 盾構(gòu)隧道同步注漿
隧道盾構(gòu)法的同步注漿是在盾構(gòu)掘進(jìn)的同時(shí)，通過(guò)注漿泵的壓送作用，將漿液灌注入盾尾的管片環(huán)外間隙之中，達(dá)到填充管片環(huán)外空隙、固定管片位置、減少地面沉降、充當(dāng)環(huán)外第一道防水線的目的，并確保管片襯砌早期和后期的穩(wěn)定性。注漿方式因地質(zhì)條件和盾構(gòu)形式的不同而存在差異，對(duì)于穩(wěn)定性較好的地層，由于土體比較穩(wěn)定，可以保持較長(zhǎng)時(shí)間，但對(duì)于穩(wěn)定性較差的地層，在脫離盾尾后短時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生一定程度的坍塌，甚至造成較大的地面沉降，并影響管片的防水效果，可見(jiàn)注漿方式的選擇十分重要。
同步注漿需要控制的參數(shù)包括盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)的注漿量、注漿壓力和注漿速度。注漿量的大小直接影響到地面和周邊環(huán)境的隆沉變形，目前理論上只是根據(jù)盾尾間隙來(lái)計(jì)算同步注漿量的大小，施工時(shí)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制，以降低其對(duì)周邊環(huán)境的影響。同步注漿能彌補(bǔ)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)盾尾空隙以及盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整等因素的影響所產(chǎn)生的土層損失，實(shí)踐表明，注漿壓力一般控制在 1.1~1.2 倍的靜止土壓力，此條件下注漿對(duì)周?chē)翆又皇翘畛涠皇桥眩苁棺{達(dá)到理想的效果。施工時(shí)，盾構(gòu)推進(jìn)速度、注漿量、漿液初凝時(shí)間等因素決定并影響著注漿的速度，合理控制注漿速度可以有效地減小盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)地面的變形，保護(hù)周邊環(huán)境。月前，國(guó)內(nèi)外對(duì)同步注漿技術(shù)的研究主要集中在注漿材料配比的優(yōu)化、同步注漿施工工藝革新、注漿壓力和注漿量對(duì)周邊環(huán)境影響的評(píng)價(jià)、注漿效果的檢測(cè)等方面。
2.5 頂管減摩注漿
長(zhǎng)距離頂管施工注漿，既可以起潤(rùn)滑作用，減小頂進(jìn)時(shí)的摩擦阻力；又可以起填補(bǔ)和支撐作用，填補(bǔ)施工時(shí)管道與土體間產(chǎn)生的空隙，能減小土體變形，防止土體坍塌，使隧洞更穩(wěn)定。隨著頂管推進(jìn)，注漿的效果將明顯下降，因而要對(duì)后面的管段不斷補(bǔ)漿，以防止摩擦阻力增大。該項(xiàng)注漿技術(shù)在頂管施工中的應(yīng)用越來(lái)越多，研究也不斷深入：李萬(wàn)才對(duì)注漿減摩原理、注糊料的性質(zhì)及注漿工藝進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究／對(duì)頂管工程的施工具有積極的參考價(jià)值；魏綱等研究了頂管注漿材料的組成及其性能，并對(duì)注漿過(guò)程中漿液與管道以及周?chē)馏w之間的相互作用機(jī)理進(jìn)行了分析，探討了漿液在土體中的滲流以及注漿對(duì)土層移動(dòng)的影響。實(shí)踐證明，根據(jù)不同的工程及土質(zhì)條件，配制相應(yīng)的潤(rùn)滑漿液并通過(guò)完善注漿工藝，減摩效果可達(dá)到 50 ％以上。
1 、注漿材料研究現(xiàn)狀
由于地下工程的特點(diǎn)，要求注漿材料具有以下性能：
(1) 凝膠體或固結(jié)體的耐久性和抗?jié)B性較好，受環(huán)境因素的影響小。
(2) 漿液的膠凝或固化時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有較滿意的強(qiáng)度。
(3) 漿液無(wú)毒，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，而且灌注工藝比較簡(jiǎn)單。
(4) 注漿材料的來(lái)源廣泛，價(jià)格相對(duì)低廉，貯存、運(yùn)輸方便。
(5) 要求漿液有一定的抗液化能力，即使在地震情況下也不發(fā)生液化。
1.1 水泥漿液類(lèi)
水泥漿液具有固結(jié)體強(qiáng)度高、耐久性好、材料來(lái)源豐富、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但這種漿液容易離析和沉淀，穩(wěn)定性較差，因而在有特殊要求的地下工程中其使用受到限制。目前比較有研究和應(yīng)用前景的是納米水泥漿液和超細(xì)水泥漿液。納米水泥具有表面能很大、化學(xué)活性很高，高吸氣體性和高混合性的特點(diǎn)，油和水無(wú)法粘附在材料表面。超細(xì)水泥漿液強(qiáng)度高、粒度細(xì)、無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)味、不污染環(huán)境、對(duì)人體無(wú)害且價(jià)格低廉、使用方便，注漿時(shí)的可灌性、膠凝時(shí)間可控性、抗水性、抗?jié)B性、高粘結(jié)性、微膨脹性、觸變性、抗腐蝕性、耐久性等性能十分優(yōu)良，近年來(lái)已成功地應(yīng)用于北京、廣州、深圳、南京等地的地鐵建設(shè)項(xiàng)目中。
1.2 膨潤(rùn)土類(lèi)
膨潤(rùn)土是以鉀、鈣、鈉、蒙脫石為主要成分的黏土礦物，由非常薄的呈扁平狀的晶片層堆疊而成的單體顆粒組成，顆粒間由鈉離子和鈣離子連接而成，具有膨脹性和觸變性。目前，膨潤(rùn)土多側(cè)重于作為輔助劑，利用其膨潤(rùn)作用，研制特殊用途的，注漿材料。
1.3 水玻璃類(lèi)
水玻璃主要成分為 Na 2 SiO 3 ，分為堿性水玻璃和酸性水玻璃。堿性水玻璃漿液的主要缺點(diǎn)是凝膠體有脫水收縮和腐蝕現(xiàn)象，其耐久性較差并對(duì)環(huán)境有污染。酸性水玻璃可在中性區(qū)域內(nèi)凝膠，凝膠體沒(méi)有堿溶出，不存在堿性水玻璃的腐蝕現(xiàn)象和環(huán)境污染問(wèn)題，耐久性較好。目前，水玻璃多作為固化劑，起調(diào)節(jié)凝固時(shí)間的作用，常用于對(duì)初凝及終凝時(shí)間有特殊要求的注漿材料中。
1.4 單液漿
單液漿由粉煤灰、砂、水泥、水、外加劑等材料在攪拌機(jī)中一次拌和而成，這種漿液又可分為惰性漿液和硬性漿液。惰性漿液是未摻加水泥等凝膠物質(zhì)，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均很低的漿液；硬性漿液是摻加了水泥等凝膠物質(zhì)，具備一定的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的漿液。惰性漿液的強(qiáng)度、初凝時(shí)間、泵送性能和含水量密切相關(guān)，含水量多則強(qiáng)度低，泵送性好；含水量少則反之；硬性漿液的上述性能和水灰比密切相關(guān)，水灰比高則強(qiáng)度低，泵送性好；水灰比低則反之。
1.5 雙液漿
雙液漿是由水泥砂漿等攪拌成的 A 液與由水玻璃等組成的 B 液混合而成的漿液，根據(jù)初凝時(shí)間不同分為緩結(jié)型和瞬凝型。盾構(gòu)隧道同步注漿施工中漿液的膠凝時(shí)間越長(zhǎng)，越容易發(fā)生漿液向土倉(cāng)泄漏和向土體內(nèi)流失的情況，導(dǎo)致限定范圍的填充困難，而且在未初凝前，漿液容易被地下水稀釋產(chǎn)生離析，因此，多采用瞬凝型漿液注漿。但如果膠凝時(shí)間過(guò)短，也會(huì)造成注漿尚未完成，漿液便已失去流動(dòng)性，導(dǎo)致填充效果不佳。所以，應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)速度、注漿量等情況，對(duì)雙液漿各成分配比進(jìn)行優(yōu)化，控制雙液漿的膠凝時(shí)間，使注漿效果達(dá)到最佳。
2 、注漿技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
注漿技術(shù)是指通過(guò)一定的壓力將能凝固的漿液注入結(jié)構(gòu)物和地基的縫隙中，改善被灌體的力學(xué)性能、滿足防滲等功能要求。有時(shí)也稱為灌漿技術(shù)。
2.1 高壓旋噴注漿
高壓旋噴注漿技術(shù)是利用壓縮空氣流保護(hù)的高壓水射束，對(duì)土體進(jìn)行沖刷切割，同時(shí)灌注水泥漿液，漿液在噴嘴外呈射流狀沖擊和破壞土體，使?jié){液與土體攪拌混合形成固結(jié)體，從而起到加固地基、基坑防滲、既有構(gòu)筑物糾偏等作用。固結(jié)體的形狀和尺寸與噴射方式及持續(xù)時(shí)間有關(guān)，有時(shí)需要復(fù)噴。
該注漿技術(shù)具有適用范圍廣，固結(jié)體成形好，強(qiáng)度高，施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
2.2 壓密灌漿
壓密灌漿又稱為靜壓注漿，是指用一定的壓力向土體等注入比重較大的漿液，在壓力傳遞作用下，注入的漿液沿地基應(yīng)力場(chǎng)中的最小主應(yīng)力面或弱應(yīng)力分布區(qū)延伸，填充空隙，起到加固土體的作用。靜壓注漿的特點(diǎn)是施工便捷、工期短、成本低。既可以用于地基加固工程，又可用于基坑止水帷幕工程。壓密灌漿與充填灌漿不同，充填灌漿是利用泥漿本身的重力進(jìn)行灌漿充填，不允許產(chǎn)生新的裂縫，如果對(duì)細(xì)小的裂縫充填不好，就不能形成連續(xù)的泥墻防滲體。
2.3 劈裂注漿
劈裂注漿是在充填灌漿的基礎(chǔ)上，使用一定的壓力有控制地劈開(kāi)土體灌注漿液，形成連續(xù)泥墻，可以起到加固土體和防滲的作用。其優(yōu)點(diǎn)是可以就地取材、工藝簡(jiǎn)單、工效高、工期短、效果好、投資省，對(duì)土壩等構(gòu)筑物的加固具有很大價(jià)值。
2.4 盾構(gòu)隧道同步注漿
隧道盾構(gòu)法的同步注漿是在盾構(gòu)掘進(jìn)的同時(shí)，通過(guò)注漿泵的壓送作用，將漿液灌注入盾尾的管片環(huán)外間隙之中，達(dá)到填充管片環(huán)外空隙、固定管片位置、減少地面沉降、充當(dāng)環(huán)外第一道防水線的目的，并確保管片襯砌早期和后期的穩(wěn)定性。注漿方式因地質(zhì)條件和盾構(gòu)形式的不同而存在差異，對(duì)于穩(wěn)定性較好的地層，由于土體比較穩(wěn)定，可以保持較長(zhǎng)時(shí)間，但對(duì)于穩(wěn)定性較差的地層，在脫離盾尾后短時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生一定程度的坍塌，甚至造成較大的地面沉降，并影響管片的防水效果，可見(jiàn)注漿方式的選擇十分重要。
同步注漿需要控制的參數(shù)包括盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)的注漿量、注漿壓力和注漿速度。注漿量的大小直接影響到地面和周邊環(huán)境的隆沉變形，目前理論上只是根據(jù)盾尾間隙來(lái)計(jì)算同步注漿量的大小，施工時(shí)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制，以降低其對(duì)周邊環(huán)境的影響。同步注漿能彌補(bǔ)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)盾尾空隙以及盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整等因素的影響所產(chǎn)生的土層損失，實(shí)踐表明，注漿壓力一般控制在 1.1~1.2 倍的靜止土壓力，此條件下注漿對(duì)周?chē)翆又皇翘畛涠皇桥眩苁棺{達(dá)到理想的效果。施工時(shí)，盾構(gòu)推進(jìn)速度、注漿量、漿液初凝時(shí)間等因素決定并影響著注漿的速度，合理控制注漿速度可以有效地減小盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)地面的變形，保護(hù)周邊環(huán)境。月前，國(guó)內(nèi)外對(duì)同步注漿技術(shù)的研究主要集中在注漿材料配比的優(yōu)化、同步注漿施工工藝革新、注漿壓力和注漿量對(duì)周邊環(huán)境影響的評(píng)價(jià)、注漿效果的檢測(cè)等方面。
2.5 頂管減摩注漿
長(zhǎng)距離頂管施工注漿，既可以起潤(rùn)滑作用，減小頂進(jìn)時(shí)的摩擦阻力；又可以起填補(bǔ)和支撐作用，填補(bǔ)施工時(shí)管道與土體間產(chǎn)生的空隙，能減小土體變形，防止土體坍塌，使隧洞更穩(wěn)定。隨著頂管推進(jìn)，注漿的效果將明顯下降，因而要對(duì)后面的管段不斷補(bǔ)漿，以防止摩擦阻力增大。該項(xiàng)注漿技術(shù)在頂管施工中的應(yīng)用越來(lái)越多，研究也不斷深入：李萬(wàn)才對(duì)注漿減摩原理、注糊料的性質(zhì)及注漿工藝進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究／對(duì)頂管工程的施工具有積極的參考價(jià)值；魏綱等研究了頂管注漿材料的組成及其性能，并對(duì)注漿過(guò)程中漿液與管道以及周?chē)馏w之間的相互作用機(jī)理進(jìn)行了分析，探討了漿液在土體中的滲流以及注漿對(duì)土層移動(dòng)的影響。實(shí)踐證明，根據(jù)不同的工程及土質(zhì)條件，配制相應(yīng)的潤(rùn)滑漿液并通過(guò)完善注漿工藝，減摩效果可達(dá)到 50 ％以上。
