專利名稱：：一種盾構隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于盾構隧道施工
技術領域：
，主要提出了一種盾構隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液。
背景技術：
：盾構法是利用盾構機在地面以下掘進開挖隧道的一種施工方法。盾構施工過程中盾構機靠盾構前部的刀盤旋轉掘削土體而掘進，由后部的管片安裝機在盾殼保護下拼裝管片形成隧道支護結構，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，以達到填充管片與地層之間空隙，減少盾構施工對周邊土體擾動，防止隧道和地面的下沉，保護環(huán)境的目的。盾構法施工對城市地面環(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施隧道施工的一種主要手段。而管片背后注漿技術是盾構法隧道施工中必不可少的關鍵技術，隧道管片背后注漿所采用漿材的選擇，關系到工程的成本、施工控制、注漿效果和隧道的質量，對工程質量、安全有著重要作用。目前盾構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間。雙液型漿液是活性漿液，具有初凝時間短，早期強度大，防水性能良好等優(yōu)點。但雙液漿遇水后凝膠時間易改變，后期強度下降，注漿不均勻、注漿量過大，注漿效果難以控制，且施工時須對雙液同時管理，拌漿、注漿設備復雜，管路清洗質量和頻率要求高，易堵管，成本高；同時也存在著一定的適應性差的缺點。單液型漿液根據(jù)漿液的性質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、外加劑等在攪拌機中一次拌合而成，具備一定的早期強度和后期強度。對于單液活性漿液，其初凝時間過短容易發(fā)生堵管現(xiàn)象，對施工控制要求較高。單液惰性漿液主要由粉煤灰、砂、膨潤土、石灰膏、水和外加劑等拌合而成，漿液中沒有摻加水泥等膠凝物質。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)對現(xiàn)有技術和專利文獻檢索發(fā)現(xiàn)，國內外現(xiàn)有的惰性漿液均存在凝結時間長(10h以上)，固結體強度低(28(1抗壓強度<l.OMPa)，體積收縮率(固結收縮率大于5%)大等缺點。因而不能很好的控制地表沉降，使管片結構不穩(wěn)定。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種盾構隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液。該漿液具有凝結時間短，固結強度高，流動性好，穩(wěn)定性好(不離析、泌水率低)，固結體積收縮小，填充性好，能及時有效控制管片上浮，保持管片結構穩(wěn)定。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明所提出的一種盾構隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液質量配比(kg/m3)為消石灰90，粉煤灰410，河砂780，水465，鈉基膨潤土105，F(xiàn)D-3高濃高效減水劑3，其中，粉煤灰與消石灰的質量比為4.56:l，所述的粉煤灰采用II級粉煤灰；消石灰和粉煤灰的總用量與河砂的質量比為1.56;鈉基膨潤土的加入量占用水量的22.8%。漿液各組分說明如下上述所說的消石灰，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，提供一定的固結強度，并且消石灰本身能增加漿液的粘度。同時Ca(0H)2微溶于水，溶于水時放熱，隨著其與粉煤灰中活性成分反應的進行，消石灰不斷的溶解于水中，放出的熱量也越來越多，從而可大大加快漿液的凝結硬化，縮短漿液的凝結時間。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，其用量與粉煤灰的用量成一定比例時，漿液的抗壓強度才能達到最高值，低于或高于此比值時，漿液的抗壓強度均會降低，在本發(fā)明中所用原料中，兩者的質量比為4.56時，火山灰反應最充分，漿液的固結強度最高；另一方面，消石灰與粉煤灰的總用量也是有限制的，因為兩者在漿液中會發(fā)生反應，有一定的固結作用，兩者的體積不穩(wěn)定，發(fā)生收縮，所以當其總用量較大時，漿液的體積也不穩(wěn)定，導致漿液固結后體積收縮率較大。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，即消石灰質量為90kg。上述所說的鈉基膨潤土吸水率大于200%，膨脹指數(shù)大于15ml/2g，粒徑《0.075mm的顆粒質量分數(shù)^85%。鈉基膨潤土的膠質價高(膨潤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，稱為膠質價。膠質價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)，是評價膨潤土形成膠體體系及其穩(wěn)定性的一種指標，它的大小與膨潤土礦的屬型和蒙脫石含量密切相關，鈉基比鈣基、酸性膨潤土的膠質價高，同一屬型的膨潤土，含蒙脫石愈多，膠質價愈高。)，同時鈉基膨潤土膨脹容高，鈉基膨潤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收縮率；但同時膨潤土會降低漿液流動性，加快流動性損失，并且對漿液的抗壓強度也會產(chǎn)生影響。因此當膨潤土的摻量較小時，其對漿液的有利作用得不到充分發(fā)揮，而其摻量較大時不僅會使?jié){液流動性損失過快，而且會降低漿液的固結體強度，綜合考慮膨潤土對漿液性能的影響規(guī)律，本發(fā)明每方漿液鈉基膨潤土最佳摻量為水用量的22.6%。上述所說的粉煤灰實際采用II級粉煤灰，細度(0.045mm篩余)《15%，需水量比為96%。因粉煤灰中的化學成份含有大量活性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，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強度，當粉煤灰與消石灰的質量比在一個合適的范圍時，漿液具有較高的固結強度。不同的粉煤灰與不同的消石灰的合適質量比并不一樣，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。在本發(fā)明中，粉煤灰與消石灰的質量比在4.56時，此時漿液的固結強度較高。另一方面由于II粉煤灰細度小，能作為填充料填充漿液孔隙，使?jié){液更致密，提高漿體的固結率，即降低漿體的固結收縮率，可起到耐久性和體積穩(wěn)定性的效果。上述所說的河砂實際細度模數(shù)為O.61.2，屬于特細砂，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砂或特細砂比較合適。由施工經(jīng)驗可知，一般砂越細漿液的可泵性和可注性越好，且砂越細，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)生化學反應，吸水率很小，其體積穩(wěn)定性好，一定用量的砂對保持漿液體積穩(wěn)定性起到了相當大的作用，從這種意義上說，要求漿液中砂的含量越多，漿液的體積穩(wěn)定性越好，但是過多的砂用量，因為砂粒沒有足夠的漿體包裹，使得砂粒間的摩擦力增大，降低漿液的流動性，且此時即使?jié){液流動度不大仍然會出現(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系，當其比例偏低或偏高時，漿液的性能均會受到影響，尤其對漿液的稠度、抗壓強度和固結收縮率率將產(chǎn)生不良影響；同時漿液的密度很大程度上取決于砂的密度，可以通過調節(jié)砂的用量來控制漿液的表觀密度，一般盾構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，即每方漿液砂的最佳用量為780kg，此時既可以保證漿液的流動性，也可以控制漿液固結收縮率，同時還能保證漿液的密度滿足要求。上述所說的水為生活用水。水的用量對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，漿液的流動性越好，但同時漿液的凝結時間也越長，泌水率越大，離析現(xiàn)象越嚴重，抗壓強度越低，固結收縮率越大。反之，亦然。因此合適的用水量對控制漿液的性能是非常重要的。通過試驗驗證，綜合以上對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，當用量低于此用量時，漿液的流動性較差，不符合注漿材料的可泵性和可注性要求，而高于此用量時，漿液中因為游離水太多，導致漿液的泌水率很高，離析現(xiàn)象嚴重，漿液固結后體積收縮率高，同時使得漿液的凝結時間延長。上述所說的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%。通過調節(jié)FD-3的摻量可以改善漿液的粘稠度，提高抗離析性，增加潤滑性，并且能提高漿液固結體強度。但是當其摻量過大時，由于其減水效應，會增大漿液的泌水率，不利于漿液的穩(wěn)定，另外會延長漿液的凝結時間。因此在以上消石灰、粉煤灰、砂、膨潤土、水的用量基礎上，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，漿液所能達到的性能指標為(見表1)表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上述密度、稠度、抗壓強度的試驗方法均按照"建筑砂漿基本性能試驗方法"(JGJ/T70-90)進行試驗。上述抗壓強度的試驗方法JGJ/70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》中規(guī)定的方法進行。上述凝結時間是按照"水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢測方法"(GB/T1346-2001)中水泥凈漿凝結時間的測試方法進行試驗。這是考慮到漿液中砂子為特細砂，粒度很細，忽略它的阻力，采用測試水泥初、終凝時間的方法測試砂漿的凝結時間。上述流動度的測試方法是按"水泥膠砂流動度測定方法"(T0507-2005)將漿液裝入錐筒內垂直提起錐筒后，待漿液流動停止，測漿液不同垂直方向的攤開寬度并取其平均值即為漿液的流動度。上述泌水率是指拌制漿液后用容量筒量出一定體積漿液，靜置若干小時待析水量趨于穩(wěn)定后，再測量漿液上浮水的體積，并計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。上述固結收縮率按照體積法測試用游標卡尺測量一組28d齡期的漿液試件尺寸，并計算實際體積，試模標準容積和實際體積值的差值與試模標準容積之比即為漿液的固結收縮率。本發(fā)明具有合適的粘稠度，使得漿液在擴散過程中能控制在一定的范圍內，有較好的充填性，且不易被泥水或地下水稀釋；固結體強度高，凝結時間較短并且可調性好，漿液硬化后體積收縮小即固結收縮率小，同時密度大，注漿后能使隧道管片與圍巖共同作用形成一體化的構筑物，保持管片結構穩(wěn)定，從而能及時有效控制管片上浮。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其最大的特點是克服了現(xiàn)有惰性漿液凝結時間長，固結體強度低，體積收縮率大的缺點，實現(xiàn)了充填性、流動性、固結強度三者之間的良好匹配，漿液性能已達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)點外，還有其自身的特點，其施工方便，漿液質量容易控制，不容易發(fā)生堵管現(xiàn)象，漿液配料簡單，漿液單價較低，能明顯降低工程成本，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。實施例漿液拌制過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、膨潤土溶液和添加劑，繼續(xù)攪拌1.5min左右，檢測漿液質量達到漿液指標后送入儲漿6槽。以上所述的原材料中消石灰、粉煤灰不能有結塊現(xiàn)象。嚴格控制砂顆粒粒徑，細度模數(shù)O.61.2。以上所述的原材料計量誤差要控制在規(guī)范要求范圍內；以上所述鈉基膨潤土應提前一天拌制成溶液，再與其他原材料進行混合時，材料混合的總用水量應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)，總的攪拌時間控制在2min左右，漿液不能有成團結塊現(xiàn)象。實施例1某地鐵區(qū)間隧道施工，該隧道長1343公里，盾構隧道穿越地層主要為淤泥質粘土、粘土、粉質粘土(局部夾多量粉性土)，該土層靈敏度高，受擾動后易沉降。該隧道采用土壓平衡式盾構機，注漿方式為同步注漿。漿液配比(kg/m3)為消石灰90，鈉基膨潤土105，粉煤灰410，細砂780，水:465，F(xiàn)D-3:3。采用該配比得到的漿液性能指標為密度為1850kg/m稠度為10.9cm，凝結時間為6h48min，泌水率為0.8%，流動度為118mm，固結收縮率為0.75%，28天抗壓強度為5.7MPa。實際效果比較應用本實施例，隧道管片表面干燥，沒有明顯的漏漿和滲漏水現(xiàn)象；漿液具有較好的保水潤滑性，在注漿期間未出現(xiàn)堵管現(xiàn)象；使用區(qū)間未進行二次注漿，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，管片沒有上浮現(xiàn)象，因此本發(fā)明注漿效果良好。在經(jīng)濟方面，本發(fā)明漿液價格為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)濟性。權利要求一種盾構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隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液質量配比(kg/m3)為消石灰90，粉煤灰410，河砂780，水465，鈉基膨潤土105，F(xiàn)D-3高濃高效減水劑3，其中，粉煤灰與消石灰的質量比為4.56∶1，所述的粉煤灰采用II級粉煤灰；消石灰和粉煤灰的總用量與河砂的質量比為1.56；鈉基膨潤土的加入量占用水量的22.8％。2.根據(jù)權利要求1所述的一種盾構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)權利要求1所述的一種盾構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土吸水率(2h)>200，膨脹指數(shù)^10ml/2g。4.根據(jù)權利要求1所述的一種盾構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度(0.045mm篩余)《15%。5.根據(jù)權利要求1所述的一種盾構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砂，其細度模數(shù)為0.61.2，含泥量小于1.2%。6.根據(jù)權利要求1所述的一種盾構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)權利要求1所述的一種盾構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)明屬于盾構隧道施工
技術領域：
，主要提出的一種盾構隧道管片背后注漿用高性能惰性漿液,質量配比(kg/m3)為消石灰90，粉煤灰410，河砂780，水465，鈉基膨潤土105，F(xiàn)D-3高濃高效減水劑3，其中，粉煤灰與消石灰的質量比為4.56∶1，粉煤灰采用II級粉煤灰；消石灰和粉煤灰的總用量與河砂的質量比為1.56；鈉基膨潤土的加入量占用水量的22.8％。本發(fā)明克服了現(xiàn)有惰性漿液凝結時間長，固結體強度低，體積收縮率大的缺點，實現(xiàn)了充填性、流動性、固結強度三者之間的良好匹配，且其施工方便，漿液質量容易控制，漿液配料簡單，漿液單價較低，能明顯降低工程成本，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。文檔編號C04B28/10GK101774794SQ201010030159公開日2010年7月14日申請日期2010年1月13日優(yōu)先權日2010年1月13日發(fā)明者張煒,張迅,李治國,楊立新,賀雄飛,鄒翀,陳洪光,高軍申請人:中鐵隧道集團有限公司