富水砂泥岩互层中同步注浆材料的优化应用与地层适应性研究

针对重庆地铁15号线富水砂泥岩互层段盾构施工中同步注浆材料易流失、管片上浮控制难等问题，中国公路工程咨询集团有限公司团队研发了粉煤灰(FA)掺量60-80%的新型注浆材料。通过室内试验优化配比（W/B=0.65，B/S=0.6，水泥-FA-膨润土=3:7:1），现场监测表明70% FA掺量的浆液可使管片上浮控制在1mm内，地表沉降变化≤5.13mm，GPR检测显示注浆体结构均匀致密，为复杂地层盾构施工提供了经济环保的解决方案。

　　

在城市化进程加速的背景下，地铁隧道建设面临日益复杂的地质环境挑战。重庆地铁15号线张家园站至物流园北站区间存在典型的富水砂泥岩互层，这种上软下硬的地层组合自稳性差，加之三次下穿凉滩河，施工中极易引发地表沉降、管片上浮和隧道渗漏等工程风险。传统注浆材料在富水环境下易出现离析、早期强度不足等问题，而普通水泥基材料又存在高碳排放的弊端。如何开发兼具工程适用性和环保效益的同步注浆材料，成为盾构隧道工程领域亟待解决的关键问题。

中国公路工程咨询集团有限公司的研究团队针对这一难题，创新性地利用工业固废粉煤灰(FA)作为主要胶凝组分，系统研究了FA掺量对注浆材料性能的影响规律。通过室内试验优化出水泥-FA-膨润土比例为3:7:1的混合体系，水胶比(W/B)固定为0.65，胶砂比(B/S)控制在0.6，并添加1%减水剂。现场选取FA掺量70%(Mix-Ⅲ)和75%(Mix-Ⅳ)两种配比进行左右线隧道对比应用，结合地表沉降监测、管片变形测量、钻孔验证和地质雷达(GPR)检测等多元手段，全面评估了注浆效果。

研究采用的关键技术包括：1）通过砂浆稠度仪和维卡仪测定新拌浆液的流动性和凝结时间；2）基于GB/T 17671标准测试硬化浆体3d/7d/28d的大气与水下无侧限抗压强度(UCS)；3）采用二等水准测量和全站仪进行地表与管片变形监测；4）运用GSSI SIR-4000地质雷达系统检测管片背后注浆密实度。

研究结果揭示：

1. 材料工作性能：FA掺量增加会延长凝结时间（60%FA初凝8.4h→80%FA初凝10.5h），但能显著降低泌水率（3.2%→1.6%），提高浆液稳定性。

2. 力学性能演变：随FA掺量提升，硬化浆体强度呈下降趋势，但70%FA配比的3d UCS仍达3.0MPa，28d水下/大气强度比>90%，满足富水地层强度要求。

3. 现场应用效果：Mix-Ⅲ注浆段最大地表隆起仅3.14mm，后期沉降变化5.13mm，显著优于Mix-Ⅳ的7.5mm和5.43mm；管片上浮量控制在0.97mm内，沉降速率<0.3mm/d。

4. 质量验证：钻孔取芯显示Mix-Ⅲ注浆饱满度优于Mix-Ⅳ，GPR图像显示其注浆体结构均匀，1605环管片仅1处渗漏点与浆液相关。

该研究创新性地建立了高FA掺量同步注浆材料在富水砂泥岩互层中的适用性评价体系，证实70%FA配比能兼顾工程性能与环保效益。相比传统水泥基材料，该配方减少50%以上水泥用量，每立方米浆体可减排CO₂约200kg，同时消化大量工业固废。研究成果为复杂地层盾构施工提供了技术可靠、经济节约的绿色解决方案，对推动隧道工程可持续发展具有重要意义，相关成果发表于《Results in Engineering》。研究团队特别指出，该材料体系在南京地铁7号线等类似工程中展现出良好推广价值，未来可通过调整FA细度和激发剂类型进一步优化早期强度性能。