上千次试验 造就隧道管片超强“金钟罩”

2022年2月，北京城市副中心地下59米处，中铁十四局建设者正在有序忙碌。

“‘京华号’盾构机已掘进2700多米，第三方监测数据显示，地表沉降量始终控制在2毫米以内，管片上浮量也始终控制在10毫米以内。”在国产最大直径盾构机操作室内，盾构机长黄鲁自豪地说。

在掘进过程中，随着“京华号”盾构机的推进，两种浆液在盾尾后方混合，通过8个注浆口，快速注入管片壁后的环形间隙，仅10多秒就成为胶凝状，并在短短的30分钟内就形成早期强度，为隧道管片提供更加坚固的“金钟罩”。

这是国内首次应用超大直径泥水平衡盾构同步双液注浆关键技术，为了这项成果，中铁十四局建设者联合铁建重工、高校等已经开展了3年的探索与研究。

2020年9月，搭载了同步双液注浆系统的国产首台16米级超大直径盾构机“京华号”下线。与此同时，在反复的方案论证和大量调查研究的基础上，关于超大直径泥水盾构同步双液注浆关键技术的研究，正在北京东六环驻地西北角的实验室全力推进。

“围绕同步双液浆基础材料、配合比、注浆工艺参数等技术难题，我们前后共进行了上千次的室内试验、近百次的室外试验。”回忆起当时的日子，现场技术研究人员舒计城博士用“循环往复”来形容。

“试验过程中，一个小数值的变动都会影响试验效果。”舒计城回忆，为遴选出性能较优的基础材料，他们从全国乃至国外选取了20余种产品作为双液浆的基本材料，并对它们的性能指标进行试验。

这种精益求精的创新精神还体现在对浆液胶凝时间的控制上。“两种浆液混合后，会产生一个胶凝反应。而这个胶凝状态，既要具有良好的扩散性能，又要避免堵管。”舒计城解释说，就是固结得不能太快也不能太慢。

通过反复试验，研发团队将胶凝时间控制在了30秒。为追求更优的效果，研发团队随后提出，把时间控制在10秒左右。功夫不负有心人。4个月后，4组胶凝时间控制在10秒—12秒的最优配合比被确定。

配合比有了，怎么直观地验证数据的有效性？为更加真实地模拟盾构机在地下掘进时同步注双液浆的机理，并在始发之前对注浆系统全环节进行实操检验，他们大胆提出了开展“双液浆原型试验”的想法。

他们选好原型试验段，利用钢板和亚克力板定型制作双液注浆套筒，并发明了一种同步注入双液浆原型试验装置，在双液注浆时，观测注浆量、注浆压力、浆液种类等方面对注浆效果等方面的影响，对浆液的配比进行验证。

“这又是一次前所未有的创新之举。”中铁十四局北京东六环项目盾构副经理孙长松说，“在试验过程中，我们设置了3个断面，每个断面都设置压力传感器，在同步双液注浆过程中，对盾尾的孔隙水压力和土压力进行监测。”

盾构机24小时施工，研发人员也会围绕浆液流动状态、监测数据等进行全过程观测。根据原型试验，结合试验效果，他们对注浆孔布设、配比参数进行了及时调整。

“京华号”盾构机正式掘进后，研发人员对200米试验段进行了实时监测。根据第三方监测结果，同步双液浆的有效性得到了验证。

“相比单液注浆，管片上浮得到有效控制，且随工艺的优化，上浮范围还在收窄。”2021年9月，经中国工程院院士钱七虎等组成的专家组认定，该技术填补了我国超大直径泥水盾构隧道同步双液注浆的空白。

目前，依托北京东六环改造工程运用的同步双液注浆技术，项目正全面形成各项成果，已申报发明专利6项、实用新型3项，技术论文2篇。

“我们还将继续开展相关的研究，并应用于更多的超大直径盾构隧道，进而推动国内盾构施工技术的发展。”完成了该项技术的舒计城又有了新的方向。(记者 矫 阳)

标签：