專利名稱：：一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于盾構(gòu)隧道施工
技術(shù)領(lǐng)域：
，主要提出了一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液。
背景技術(shù)：
：盾構(gòu)法是利用盾構(gòu)機(jī)在地面以下掘進(jìn)開(kāi)挖隧道的一種施工方法。盾構(gòu)施工過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)靠盾構(gòu)前部的刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)掘削土體而掘進(jìn)，由后部的管片安裝機(jī)在盾殼保護(hù)下拼裝管片形成隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，盾殼脫出管片后，再由盾尾的背后注漿系統(tǒng)向管片與地層間的縫隙中注入漿液，以達(dá)到填充管片與地層之間空隙，減少盾構(gòu)施工對(duì)周邊土體擾動(dòng)，防止隧道和地面的下沉，保護(hù)環(huán)境的目的。盾構(gòu)法施工對(duì)城市地面環(huán)境影響小，施工速度快、安全性高，而成為在城市地鐵隧道以及市政設(shè)施隧道施工的一種主要手段。而管片背后注漿技術(shù)是盾構(gòu)法隧道施工中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)，隧道管片背后注漿所采用漿材的選擇，關(guān)系到工程的成本、施工控制、注漿效果和隧道的質(zhì)量，對(duì)工程質(zhì)量、安全有著重要作用。目前盾構(gòu)隧道管片背后注漿材料主要分為兩大類雙液型和單液型。雙液注漿漿液包含A液和B液兩種漿液，其中A液是含有水泥的砂漿，B液是速凝劑(一般為水玻璃)，根據(jù)A液和B液的配比不同可以控制混合后漿液的硬化時(shí)間。雙液型漿液是活性漿液，具有初凝時(shí)間短，早期強(qiáng)度大，防水性能良好等優(yōu)點(diǎn)。但雙液漿遇水后凝膠時(shí)間易改變，后期強(qiáng)度下降，注漿不均勻、注漿量過(guò)大，注漿效果難以控制，且施工時(shí)須對(duì)雙液同時(shí)管理，拌漿、注漿設(shè)備復(fù)雜，管路清洗質(zhì)量和頻率要求高，易堵管，成本高；同時(shí)也存在著一定的適應(yīng)性差的缺點(diǎn)。單液型漿液根據(jù)漿液的性質(zhì)又分為單液活性漿液和單液惰性漿液。單液活性漿液由粉煤灰、砂、水泥、水、外加劑等在攪拌機(jī)中一次拌合而成，具備一定的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度。對(duì)于單液活性漿液，其初凝時(shí)間過(guò)短容易發(fā)生堵管現(xiàn)象，對(duì)施工控制要求較高。單液惰性漿液主要由粉煤灰、砂、膨潤(rùn)土、石灰膏、水和外加劑等拌合而成，漿液中沒(méi)有摻加水泥等膠凝物質(zhì)。從成本控制和操作的難易程度看，單液漿優(yōu)于雙液漿，惰性漿液優(yōu)于活性漿液。但經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和專利文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的惰性漿液均存在凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)(10h以上)，固結(jié)體強(qiáng)度低(28(1抗壓強(qiáng)度<l.OMPa)，體積收縮率(固結(jié)收縮率大于5%)大等缺點(diǎn)。因而不能很好的控制地表沉降，使管片結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液。該漿液具有凝結(jié)時(shí)間短，固結(jié)強(qiáng)度高，流動(dòng)性好，穩(wěn)定性好(不離析、泌水率低)，固結(jié)體積收縮小，填充性好，能及時(shí)有效控制管片上浮，保持管片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明所提出的一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液質(zhì)量配比(kg/m3)為消石灰90，粉煤灰410，河砂780，水465，鈉基膨潤(rùn)土105，F(xiàn)D-3高濃高效減水劑3，其中，粉煤灰與消石灰的質(zhì)量比為4.56:l，所述的粉煤灰采用II級(jí)粉煤灰；消石灰和粉煤灰的總用量與河砂的質(zhì)量比為1.56;鈉基膨潤(rùn)土的加入量占用水量的22.8%。漿液各組分說(shuō)明如下上述所說(shuō)的消石灰，其中Ca(0H)2含量^95.0%，水分<1.0%，粒徑《0.15mm顆粒含量^95%，粒徑《0.075mm顆粒含量^90%。消石灰在漿液中與粉煤灰中活性Si02及八1203發(fā)生火山灰反應(yīng)，提供一定的固結(jié)強(qiáng)度，并且消石灰本身能增加漿液的粘度。同時(shí)Ca(0H)2微溶于水，溶于水時(shí)放熱，隨著其與粉煤灰中活性成分反應(yīng)的進(jìn)行，消石灰不斷的溶解于水中，放出的熱量也越來(lái)越多，從而可大大加快漿液的凝結(jié)硬化，縮短漿液的凝結(jié)時(shí)間。但是消石灰的用量也不是任意的，一方面因其與粉煤灰發(fā)生火山灰反應(yīng)，其用量與粉煤灰的用量成一定比例時(shí)，漿液的抗壓強(qiáng)度才能達(dá)到最高值，低于或高于此比值時(shí)，漿液的抗壓強(qiáng)度均會(huì)降低，在本發(fā)明中所用原料中，兩者的質(zhì)量比為4.56時(shí)，火山灰反應(yīng)最充分，漿液的固結(jié)強(qiáng)度最高；另一方面，消石灰與粉煤灰的總用量也是有限制的，因?yàn)閮烧咴跐{液中會(huì)發(fā)生反應(yīng)，有一定的固結(jié)作用，兩者的體積不穩(wěn)定，發(fā)生收縮，所以當(dāng)其總用量較大時(shí)，漿液的體積也不穩(wěn)定，導(dǎo)致漿液固結(jié)后體積收縮率較大。綜合這些影響因素，本發(fā)明每方漿液控制兩者的總用量為500kg，即消石灰質(zhì)量為90kg。上述所說(shuō)的鈉基膨潤(rùn)土吸水率大于200%，膨脹指數(shù)大于15ml/2g，粒徑《0.075mm的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)^85%。鈉基膨潤(rùn)土的膠質(zhì)價(jià)高(膨潤(rùn)土與水按比例混合后，加適量氧化鎂，使其凝聚形成的凝膠體的體積，稱為膠質(zhì)價(jià)。膠質(zhì)價(jià)顯示試樣顆粒分散與水化程度，是分散性、親水性和膨脹性的綜合表現(xiàn)，是評(píng)價(jià)膨潤(rùn)土形成膠體體系及其穩(wěn)定性的一種指標(biāo)，它的大小與膨潤(rùn)土礦的屬型和蒙脫石含量密切相關(guān)，鈉基比鈣基、酸性膨潤(rùn)土的膠質(zhì)價(jià)高，同一屬型的膨潤(rùn)土，含蒙脫石愈多，膠質(zhì)價(jià)愈高。)，同時(shí)鈉基膨潤(rùn)土膨脹容高，鈉基膨潤(rùn)土的添加可以增加漿體穩(wěn)定性，增大漿體乳度，阻礙砂粒下沉，減緩漿液的材料分離，降低泌水率，使得漿液保水性能較好，在一定程度上，它可以增大同步注漿的可泵性，防止堵泵、堵管現(xiàn)象；另外由于膨潤(rùn)土的吸水性、膨脹性，使?jié){液中自由水減少，有利于降低漿液的固結(jié)收縮率；但同時(shí)膨潤(rùn)土?xí)档蜐{液流動(dòng)性，加快流動(dòng)性損失，并且對(duì)漿液的抗壓強(qiáng)度也會(huì)產(chǎn)生影響。因此當(dāng)膨潤(rùn)土的摻量較小時(shí)，其對(duì)漿液的有利作用得不到充分發(fā)揮，而其摻量較大時(shí)不僅會(huì)使?jié){液流動(dòng)性損失過(guò)快，而且會(huì)降低漿液的固結(jié)體強(qiáng)度，綜合考慮膨潤(rùn)土對(duì)漿液性能的影響規(guī)律，本發(fā)明每方漿液鈉基膨潤(rùn)土最佳摻量為水用量的22.6%。上述所說(shuō)的粉煤灰實(shí)際采用II級(jí)粉煤灰，細(xì)度(0.045mm篩余)《15%，需水量比為96%。因粉煤灰中的化學(xué)成份含有大量活性3102及八1203，火山灰活性高，在漿液中能與上述消石灰中的有效成分Ca(0H)2發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成一種低鈣硅比的凝膠，即CSH(I)，使得漿液具有一定的固結(jié)強(qiáng)度，當(dāng)粉煤灰與消石灰的質(zhì)量比在一個(gè)合適的范圍時(shí)，漿液具有較高的固結(jié)強(qiáng)度。不同的粉煤灰與不同的消石灰的合適質(zhì)量比并不一樣，這與粉煤灰中活性成分Si02及A1203含量以及消石灰中Ca(0H)2含量有關(guān)。在本發(fā)明中，粉煤灰與消石灰的質(zhì)量比在4.56時(shí)，此時(shí)漿液的固結(jié)強(qiáng)度較高。另一方面由于II粉煤灰細(xì)度小，能作為填充料填充漿液孔隙，使?jié){液更致密，提高漿體的固結(jié)率，即降低漿體的固結(jié)收縮率，可起到耐久性和體積穩(wěn)定性的效果。上述所說(shuō)的河砂實(shí)際細(xì)度模數(shù)為O.61.2，屬于特細(xì)砂，含泥量小于1.2%。為了4滿足施工的可泵性和可注性要求，同步注槳用砂一般使用細(xì)砂或特細(xì)砂比較合適。由施工經(jīng)驗(yàn)可知，一般砂越細(xì)漿液的可泵性和可注性越好，且砂越細(xì)，漿液因各組分比重差別太大而產(chǎn)生的離析現(xiàn)象越少，因此本發(fā)明采用特細(xì)砂為填充料，有利于提高漿液的抗離析性；另外在漿液中，砂一般不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，吸水率很小，其體積穩(wěn)定性好，一定用量的砂對(duì)保持漿液體積穩(wěn)定性起到了相當(dāng)大的作用，從這種意義上說(shuō)，要求漿液中砂的含量越多，漿液的體積穩(wěn)定性越好，但是過(guò)多的砂用量，因?yàn)樯傲](méi)有足夠的漿體包裹，使得砂粒間的摩擦力增大，降低漿液的流動(dòng)性，且此時(shí)即使?jié){液流動(dòng)度不大仍然會(huì)出現(xiàn)離析現(xiàn)象，因此砂的用量與漿液中的粉料消石灰和粉煤灰的總用量存在一定的比例關(guān)系，當(dāng)其比例偏低或偏高時(shí)，漿液的性能均會(huì)受到影響，尤其對(duì)漿液的稠度、抗壓強(qiáng)度和固結(jié)收縮率率將產(chǎn)生不良影響；同時(shí)漿液的密度很大程度上取決于砂的密度，可以通過(guò)調(diào)節(jié)砂的用量來(lái)控制漿液的表觀密度，一般盾構(gòu)隧道管片背后注漿用漿液的表觀密度^1800kg/m3。綜上所述，每方漿液砂用量與消石灰和粉煤灰的總用量之比控制在1.56時(shí)，即每方漿液砂的最佳用量為780kg，此時(shí)既可以保證漿液的流動(dòng)性，也可以控制漿液固結(jié)收縮率，同時(shí)還能保證漿液的密度滿足要求。上述所說(shuō)的水為生活用水。水的用量對(duì)惰性漿液的性能影響比較大。在其它組分用量一定的情況下，水用量越大，漿液的流動(dòng)性越好，但同時(shí)漿液的凝結(jié)時(shí)間也越長(zhǎng)，泌水率越大，離析現(xiàn)象越嚴(yán)重，抗壓強(qiáng)度越低，固結(jié)收縮率越大。反之，亦然。因此合適的用水量對(duì)控制漿液的性能是非常重要的。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，綜合以上對(duì)其它組分用量的探討，本發(fā)明每方漿液水的最佳用量為465kg，當(dāng)用量低于此用量時(shí)，漿液的流動(dòng)性較差，不符合注漿材料的可泵性和可注性要求，而高于此用量時(shí)，漿液中因?yàn)橛坞x水太多，導(dǎo)致漿液的泌水率很高，離析現(xiàn)象嚴(yán)重，漿液固結(jié)后體積收縮率高，同時(shí)使得漿液的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。上述所說(shuō)的FD-3高濃高效減水劑為水劑，其密度1.17士0.02g/cm3，減水率>12%。通過(guò)調(diào)節(jié)FD-3的摻量可以改善漿液的粘稠度，提高抗離析性，增加潤(rùn)滑性，并且能提高漿液固結(jié)體強(qiáng)度。但是當(dāng)其摻量過(guò)大時(shí)，由于其減水效應(yīng)，會(huì)增大漿液的泌水率，不利于漿液的穩(wěn)定，另外會(huì)延長(zhǎng)漿液的凝結(jié)時(shí)間。因此在以上消石灰、粉煤灰、砂、膨潤(rùn)土、水的用量基礎(chǔ)上，本發(fā)明每方漿液FD-3高濃高效減水劑的用佳用量為3kg。根據(jù)以上材料配比，漿液所能達(dá)到的性能指標(biāo)為(見(jiàn)表1)表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上述密度、稠度、抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)方法均按照"建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法"(JGJ/T70-90)進(jìn)行試驗(yàn)。上述抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)方法JGJ/70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的方法進(jìn)行。上述凝結(jié)時(shí)間是按照"水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢測(cè)方法"(GB/T1346-2001)中水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間的測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)。這是考慮到漿液中砂子為特細(xì)砂，粒度很細(xì)，忽略它的阻力，采用測(cè)試水泥初、終凝時(shí)間的方法測(cè)試砂漿的凝結(jié)時(shí)間。上述流動(dòng)度的測(cè)試方法是按"水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法"(T0507-2005)將漿液裝入錐筒內(nèi)垂直提起錐筒后，待漿液流動(dòng)停止，測(cè)漿液不同垂直方向的攤開(kāi)寬度并取其平均值即為漿液的流動(dòng)度。上述泌水率是指拌制漿液后用容量筒量出一定體積漿液，靜置若干小時(shí)待析水量趨于穩(wěn)定后，再測(cè)量漿液上浮水的體積，并計(jì)算上浮水體積與漿液總體積的比值。泌水率是衡量漿液穩(wěn)定性的指標(biāo)之一。泌水率的大小反映了漿液抗離析性能的高低，泌水率越大，表示漿液抗離析性越差，漿液穩(wěn)定性越差。上述固結(jié)收縮率按照體積法測(cè)試用游標(biāo)卡尺測(cè)量一組28d齡期的漿液試件尺寸，并計(jì)算實(shí)際體積，試模標(biāo)準(zhǔn)容積和實(shí)際體積值的差值與試模標(biāo)準(zhǔn)容積之比即為漿液的固結(jié)收縮率。本發(fā)明具有合適的粘稠度，使得漿液在擴(kuò)散過(guò)程中能控制在一定的范圍內(nèi)，有較好的充填性，且不易被泥水或地下水稀釋；固結(jié)體強(qiáng)度高，凝結(jié)時(shí)間較短并且可調(diào)性好，漿液硬化后體積收縮小即固結(jié)收縮率小，同時(shí)密度大，注漿后能使隧道管片與圍巖共同作用形成一體化的構(gòu)筑物，保持管片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而能及時(shí)有效控制管片上浮。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其最大的特點(diǎn)是克服了現(xiàn)有惰性漿液凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，固結(jié)體強(qiáng)度低，體積收縮率大的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了充填性、流動(dòng)性、固結(jié)強(qiáng)度三者之間的良好匹配，漿液性能已達(dá)到單液活性漿液的性能，屬于高性能惰性漿液。與活性漿液(包括雙液漿和單液活性漿)相比，本發(fā)明除了具有活性漿液的優(yōu)點(diǎn)外，還有其自身的特點(diǎn)，其施工方便，漿液質(zhì)量容易控制，不容易發(fā)生堵管現(xiàn)象，漿液配料簡(jiǎn)單，漿液?jiǎn)蝺r(jià)較低，能明顯降低工程成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例漿液拌制過(guò)程先按照漿液配合比稱量原材料，將所有的粉料和砂加入拌漿桶，干拌45sec左右，使干料混合均勻，然后加入水、膨潤(rùn)土溶液和添加劑，繼續(xù)攪拌1.5min左右，檢測(cè)漿液質(zhì)量達(dá)到漿液指標(biāo)后送入儲(chǔ)漿6槽。以上所述的原材料中消石灰、粉煤灰不能有結(jié)塊現(xiàn)象。嚴(yán)格控制砂顆粒粒徑，細(xì)度模數(shù)O.61.2。以上所述的原材料計(jì)量誤差要控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)；以上所述鈉基膨潤(rùn)土應(yīng)提前一天拌制成溶液，再與其他原材料進(jìn)行混合時(shí)，材料混合的總用水量應(yīng)扣除該溶液中的用水量。以上所述漿液攪拌要充分均勻，攪拌要連續(xù)，總的攪拌時(shí)間控制在2min左右，漿液不能有成團(tuán)結(jié)塊現(xiàn)象。實(shí)施例1某地鐵區(qū)間隧道施工，該隧道長(zhǎng)1343公里，盾構(gòu)隧道穿越地層主要為淤泥質(zhì)粘土、粘土、粉質(zhì)粘土(局部夾多量粉性土)，該土層靈敏度高，受擾動(dòng)后易沉降。該隧道采用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，注漿方式為同步注漿。漿液配比(kg/m3)為消石灰90，鈉基膨潤(rùn)土105，粉煤灰410，細(xì)砂780，水:465，F(xiàn)D-3:3。采用該配比得到的漿液性能指標(biāo)為密度為1850kg/m稠度為10.9cm，凝結(jié)時(shí)間為6h48min，泌水率為0.8%，流動(dòng)度為118mm，固結(jié)收縮率為0.75%，28天抗壓強(qiáng)度為5.7MPa。實(shí)際效果比較應(yīng)用本實(shí)施例，隧道管片表面干燥，沒(méi)有明顯的漏漿和滲漏水現(xiàn)象；漿液具有較好的保水潤(rùn)滑性，在注漿期間未出現(xiàn)堵管現(xiàn)象；使用區(qū)間未進(jìn)行二次注漿，漿液有效地控制了地面沉降，保持了管片穩(wěn)定，沉降量在+2咖-15!11111，管片沒(méi)有上浮現(xiàn)象，因此本發(fā)明注漿效果良好。在經(jīng)濟(jì)方面，本發(fā)明漿液價(jià)格為130元/V較原施工方案同步注漿采用的單液活性漿液價(jià)格為160元/m3，明顯便宜，因此本發(fā)明成本較低，具有更好的經(jīng)濟(jì)性。權(quán)利要求一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液，其特征在于本發(fā)明所提出的一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液質(zhì)量配比(kg/m3)為消石灰90，粉煤灰410，河砂780，水465，鈉基膨潤(rùn)土105，F(xiàn)D-3高濃高效減水劑3，其中，粉煤灰與消石灰的質(zhì)量比為4.56∶1，所述的粉煤灰采用II級(jí)粉煤灰；消石灰和粉煤灰的總用量與河砂的質(zhì)量比為1.56；鈉基膨潤(rùn)土的加入量占用水量的22.8％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液，其特征在于所用消石灰，Ca(0H)2含量^95.0%，水分<1.0%，粒徑《0.15mm顆粒含量^95%，粒徑《0.075mm顆粒含量^90%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液，其特征在于所用膨潤(rùn)土吸水率(2h)>200，膨脹指數(shù)^10ml/2g。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液，其特征在于所用粉煤灰細(xì)度(0.045mm篩余)《15%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液，其特征在于所用河砂為特細(xì)砂，其細(xì)度模數(shù)為0.61.2，含泥量小于1.2%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液，其特征在于所用水為生活用水。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液，其特征在于FD-3，密度1.17±0.02g/cm3，減水率^12%。全文摘要本發(fā)明屬于盾構(gòu)隧道施工
技術(shù)領(lǐng)域：
，主要提出的一種盾構(gòu)隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液,質(zhì)量配比(kg/m3)為消石灰90，粉煤灰410，河砂780，水465，鈉基膨潤(rùn)土105，F(xiàn)D-3高濃高效減水劑3，其中，粉煤灰與消石灰的質(zhì)量比為4.56∶1，粉煤灰采用II級(jí)粉煤灰；消石灰和粉煤灰的總用量與河砂的質(zhì)量比為1.56；鈉基膨潤(rùn)土的加入量占用水量的22.8％。本發(fā)明克服了現(xiàn)有惰性漿液凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，固結(jié)體強(qiáng)度低，體積收縮率大的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了充填性、流動(dòng)性、固結(jié)強(qiáng)度三者之間的良好匹配，且其施工方便，漿液質(zhì)量容易控制，漿液配料簡(jiǎn)單，漿液?jiǎn)蝺r(jià)較低，能明顯降低工程成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。文檔編號(hào)C04B28/10GK101774794SQ201010030159公開(kāi)日2010年7月14日申請(qǐng)日期2010年1月13日優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日發(fā)明者張煒,張迅,李治國(guó),楊立新,賀雄飛,鄒翀,陳洪光,高軍申請(qǐng)人:中鐵隧道集團(tuán)有限公司