CN109704654A - 一种用于隧道壁后填充的组合物、固结液及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于填充泥浆材料技术领域，公开了一种用于隧道壁后填充的组合物、固结液及制备方法；所述组合物主要由如下重量份的原料制备而成：膨润土70份‑80份；羧甲基纤维素可溶盐1份‑2份；碳酸可溶盐0.1份‑1份和聚丙烯酰胺0.1份‑0.6份；所述固结液由水泥浆液和惰性减阻膨润泥浆混合而成；所述水泥浆液由水与水泥按照1：0.8‑1.3的重量比例混合制成；固结时所述固结液的抗压强度为1MPa以上。所述制备方法包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素可溶盐、碳酸可溶盐和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。本发明具有固化强度高、护壁效果好的特点。
Description
技术领域
本发明属于填充泥浆材料技术领域，具体涉及一种用于隧道壁后填充的组合物、固结液及制备方法。
背景技术
壁后注浆指衬砌施做完毕后对衬砌和围岩、初支和二衬之间的空隙进行补充注浆，填充之间的空隙。壁后注浆液的流动性、强度、收缩率、凝胶时间(即开始防水又没硬化的时间)等性能是选择浆液的重要因素，直接关系到地层的沉降、漏水、漏气等性能，必须定期对注入浆液进行试验检查。浆液的主要试验项目有流动度、粘性、析水率、凝胶时间、强度等。施工时必须使用检查合格的计量器，保证配比的准确性。
壁后注浆是盾构施工中一道非常重要的工序,也是盾构施工中主动地层沉降的控制措施，盾尾壁后注浆的主要目的是控制地面沉降，防止向管片内漏水，使土压力作用均匀以及使管片组成的衬砌环早期稳定。但在软土层中，对于沉降的控制，是在盾尾建筑空隙发生同时迅速注浆，根据需要也可在盾壳尾部采用与盾构千斤顶顶进速度连动的同步衬砌壁后注浆法。
随着城市化进程的加速，目前我国地铁、市政项目已广泛采用超大断面、大断面矩形顶管施工。但此类项目的施工目前还没有统一标准的壁后填充材料，而如惰性减阻膨润泥浆类填充材料必不可少，在顶管施工中的作用举足轻重。然而现有的此类填充材料常采用传统的泥浆，其填充固化后效果较差。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种用于隧道壁后填充的组合物、固结液及制备方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种用于隧道壁后填充的组合物，主要由如下重量份的原料制备而成：膨润土70份-80份；羧甲基纤维素可溶盐1份-2份；碳酸可溶盐0.1份-1份和聚丙烯酰胺0.1份-0.6份。
进一步的，所述的一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土70份-80份；羧甲基纤维素可溶盐1份-2份；碳酸可溶盐0.1份-1份和聚丙烯酰胺0.1份-0.6份和水900份-1000份。
进一步的，所述羧甲基纤维素可溶盐为羧甲基纤维素钠；所述碳酸可溶盐为碳酸钠。
进一步的，所述组合物由如下重量份的原料制备而成：膨润土76份；羧甲基纤维素钠1.6份；碳酸钠0.8份和聚丙烯酰胺0.5份和水989份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素可溶盐、碳酸可溶盐和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
进一步的，所述水化的时间为10h以上。
进一步的，制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.04～1.08；粘度：80～110s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：3～5pa；pH值：7～9和注浆压力：360～540Kpa。
一种用于隧道壁后填充的固结液，所述固结液由水泥浆液和惰性减阻膨润泥浆混合而成；所述水泥浆液由水与水泥按照1：0.8-1.3的重量比例混合制成；固结时所述固结液的抗压强度为1MPa以上。
本发明的有益效果为：本发明的一种用于隧道壁后填充的组合物、固结液及制备方法通过采用膨润土、羧甲基纤维素可溶盐、碳酸可溶盐和聚丙烯酰胺制成惰性减阻膨润泥浆可用于对超大断面矩形顶管隧道壁后填充；其可以在顶管顶进过程中，对管节与土体之间形成保护膜，起到护壁作用，且在顶进结束后，采用本发明的固结液对此保护膜进行固化，其抗压强度为1Mpa以上，从而起到保护作用；本发明的工作性能好，操作易实现，成本较低且节省时间；另外，本发明还具有固化强度高、护壁效果好的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐释。
一种用于隧道壁后填充的组合物，主要由如下重量份的原料制备而成：膨润土70份-80份；羧甲基纤维素可溶盐1份-2份；碳酸可溶盐0.1份-1份和聚丙烯酰胺0.1份-0.6份。
进一步的，所述的一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土70份-80份；羧甲基纤维素可溶盐1份-2份；碳酸可溶盐0.1份-1份和聚丙烯酰胺0.1份-0.6份和水900份-1000份。
进一步的，所述羧甲基纤维素可溶盐为羧甲基纤维素钠；所述碳酸可溶盐为碳酸钠。
进一步的，所述组合物由如下重量份的原料制备而成：膨润土76份；羧甲基纤维素钠1.6份；碳酸钠0.8份和聚丙烯酰胺0.5份和水989份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素可溶盐、碳酸可溶盐和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
进一步的，所述水化的时间为10h以上。
进一步的，制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.04～1.08；粘度：80～110s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：3～5pa；pH值：7～9和注浆压力：360～540Kpa。
一种用于隧道壁后填充的固结液，所述固结液由水泥浆液和惰性减阻膨润泥浆混合而成；所述水泥浆液由水与水泥按照1：0.8-1.3的重量比例混合制成；固结时所述固结液的抗压强度为1MPa以上。
具体如下：
本发明的组合物用于超大断面矩形顶管隧道壁后填充，因其主要材料为膨润土，并在顶管顶进过程中，对管节与土体之间形成保护膜，起到护壁作用，且在顶进结束后，对此保护膜进行固化，故称此组合物制成的泥浆为惰性减阻膨润泥浆。其具体在施工中的应用分以下几个方面：
1.惰性减阻膨润泥浆的制备
优选地，本发明的组合物所使用材料及配合比为：膨润土：羧甲基纤维素钠：碳酸钠：聚丙烯酰胺：水(质量比)＝76.0：1.6：0.8：0.5：989。膨润土采用非开挖钠基膨润土，其检验指标应满足《膨润土》GB/T 20973-2007标准要求。羧甲基纤维素钠其检验指标应满足《食品添加剂羧甲基纤维素钠》GB 1904-2005标准要求。碳酸钠其检验指标应满足《食品添加剂碳酸钠》GB 1886-2008标准要求。聚丙烯酰胺其检验指标应满足《水处理剂聚丙烯酰胺》GB 17514-1998标准要求。水应使用饮用水。配制好的惰性减阻膨润泥浆应使其充分水化，水化时间不少于12小时。
2.惰性减阻膨润泥浆在施工顶进过程中的控制
根据顶管管节设置注浆孔压注惰性减阻膨润泥浆，填充管道的外周空隙以减少地层损失控制地面沉降和减少顶进阻力。
顶进时压浆要及时，确保形成完整、有效的泥浆套，必须遵循“先压后顶、随顶随压、及时补浆”的原则。
顶进施工中，惰性减阻膨润泥浆的用量主要取决于管道周围间隙的大小及周围土层的特性，由于泥浆的流失及地下水等的作用，泥浆的实际用量一般取理论值的3～5倍，在施工中还需根据土质情况、顶进状况及地面沉降的要求等做适当的调整。
泥浆性能指标：比重：1.04～1.08；粘度：80～110s胶体率≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：3～5pa；pH值：7～9和注浆压力：360～540Kpa。
3.惰性减阻膨润泥浆在顶进结束后的固化
当首环管节顶进至设计管位后，通过预埋注浆管注入水泥浆对管节背后触变泥浆进行固结。固化浆液采用1：1的水泥浆液，通过注浆孔置换管节外壁浆液，根据不同的水土压力确定注浆压力。根据室内试验检测惰性减阻膨润泥浆与固化浆液混合后36小时抗压强度大于1Mpa。
具体使用效果
以下施工的项目就是采用的惰性减阻膨润泥浆，但此惰性减阻膨润泥浆的使用并不局限于该类型顶管隧道施工。
1、工程概况
天津黑牛城道新八大里地区配套地下工程项目，位于天津市河西区黑牛城道与内江路交口。该标段包括南北两个集散厅、一个过街通道、一个下沉式广场。过街通道下穿黑牛城道连接南北集散厅，下沉广场与北集散厅相连，南集散厅将来与正在修建的地铁11号线内江路站出入口相连，该施工仅针对过街通道顶管。北集散厅作为顶管始发井，南集散厅作为顶管接收井。过黑牛城道地下通道长度92.6m，设计结构形式为矩形圆倒角钢筋混凝土管节，结构净空宽度9m，高度6.15m，覆土厚度8.17m。顶管采用C50预制钢筋砼管，结构外尺寸为10400＊7550mm，壁厚为700mm，每节管节长度为1.5m。地下顶管通道主要穿越粉土、粉质粘土层。地下通道及集散厅地下水位较高，初见水位埋深2.10～2.40m。静止水位埋深1.10～1.50m。表层地下水属潜水类型，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化，一般年变幅在0.50～1.00m左右。
2、惰性减阻膨润泥浆在本工程的实际应用
本工程于2016年9月开始顶管始发同年11月顶管接收。在施工过程中一直使用本惰性减阻膨润泥浆，在顶进过程中一直保持预期的顶进速率，顶进效果良好。同时对地表沉降、管线沉降、管节拱顶沉降持续进行实时检测，直至检测到顶管接收100天后，各项监测数据变化速率均小于等于0.02mm/d。
本工程使用惰性减阻膨润泥浆取得了良好的经济效益和社会效益，表现如下：
经济效益：这种新材料的应用，工作性能好，操作易实现，成本较低，节约时间。
社会效益：大大改进了顶管隧道壁后沿用的传统泥浆效果，得到了各界同仁及各级领导的好评。着实提高了我公司在天津市场的知名度，对我公司在天津的进一步工作打下了良好的基础。
实施例1
一种用于隧道壁后填充的组合物，主要由如下重量份的原料制备而成：膨润土70份；羧甲基纤维素钾1份；碳酸钾0.1份和聚丙烯酰胺0.1份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钾、碳酸钾和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆；所述水化的时间为10h。
实施例2
一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土80份；羧甲基纤维素钾2份；碳酸钾1份和聚丙烯酰胺0.6份和水1000份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钾、碳酸钾和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆；所述水化的时间为12h。
实施例3
一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土70份；羧甲基纤维素钠1份；碳酸钠0.1份和聚丙烯酰胺0.1份和水900份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钠、碳酸钠和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆；所述水化的时间为13h。
实施例4
一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土80份；羧甲基纤维素钠2份；碳酸钠1份和聚丙烯酰胺0.6份和水1000份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钠、碳酸钠和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
所述水化的时间为14h；制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.04；粘度：80s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：3pa；pH值：7和注浆压力：360Kpa。
实施例5
一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土72份；羧甲基纤维素钠1.2份；碳酸钠0.5份和聚丙烯酰胺0.4份和水920份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钠、碳酸钠和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
所述水化的时间为12h；制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.08；粘度：110s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：5pa；pH值：9和注浆压力：540Kpa。
实施例6
一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土76份；羧甲基纤维素钠1.4份；碳酸钠0.6份和聚丙烯酰胺0.5份和水960份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钠、碳酸钠和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
水化的时间为12h；制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.06；粘度：100s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：4pa；pH值：8和注浆压力：400Kpa。
实施例7
一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土76份；羧甲基纤维素钠1.6份；碳酸钠0.8份和聚丙烯酰胺0.5份和水989份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钠、碳酸钠和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
所述水化的时间为10h；制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.06；粘度：105s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：4pa；pH值：9和注浆压力：480Kpa。
实施例8
一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土72份；羧甲基纤维素钠1.5份；碳酸钠1份和聚丙烯酰胺0.6份和水920份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钠、碳酸钠和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
所述水化的时间为14h；制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.04；粘度：85s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：4pa；pH值：7.5和注浆压力：410Kpa。
实施例9
一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土73份；羧甲基纤维素钠1.6份；碳酸钠0.6份和聚丙烯酰胺0.3份和水940份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钠、碳酸钠和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
所述水化的时间为14h；制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.05；粘度：82s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：3pa；pH值：7和注浆压力：450Kpa。
实施例10
一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土74份；羧甲基纤维素钠1.4份；碳酸钠0.6份和聚丙烯酰胺0.5份和水970份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钠、碳酸钠和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
所述水化的时间为14h；制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.04；粘度：94s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：4pa；pH值：8.1和注浆压力：500Kpa。
实施例11
一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土74份；羧甲基纤维素钠1.4份；碳酸钠0.6份和聚丙烯酰胺0.3份和水960份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钠、碳酸钠和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
所述水化的时间为12h；制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.06；粘度：86s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：4pa；pH值：7和注浆压力：400Kpa。
实施例12
一种用于隧道壁后填充的组合物，由如下重量份的原料制备而成：膨润土80份；羧甲基纤维素钠2份；碳酸钠1份和聚丙烯酰胺0.6份和水1000份。
一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素钠、碳酸钠和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
所述水化的时间为14h；制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.07；粘度：101s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：5pa；pH值：7.2和注浆压力：520Kpa。
实施例8
一种用于隧道壁后填充的固结液，所述固结液由水泥浆液和惰性减阻膨润泥浆混合而成；所述水泥浆液由水与水泥按照1：0.8的重量比例混合制成；固结时所述固结液的抗压强度为1MPa以上。
实施例9
一种用于隧道壁后填充的固结液，所述固结液由水泥浆液和惰性减阻膨润泥浆混合而成；所述水泥浆液由水与水泥按照1：1.3的重量比例混合制成；固结时所述固结液的抗压强度为1MPa以上。
实施例10
一种用于隧道壁后填充的固结液，所述固结液由水泥浆液和惰性减阻膨润泥浆混合而成；所述水泥浆液由水与水泥按照1：1的重量比例混合制成；固结时所述固结液的抗压强度为1MPa以上。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (8)
1.一种用于隧道壁后填充的组合物，其特征在于：主要由如下重量份的原料制备而成：膨润土70份-80份；羧甲基纤维素可溶盐1份-2份；碳酸可溶盐0.1份-1份和聚丙烯酰胺0.1份-0.6份。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧道壁后填充的组合物，其特征在于：由如下重量份的原料制备而成：膨润土70份-80份；羧甲基纤维素可溶盐1份-2份；碳酸可溶盐0.1份-1份和聚丙烯酰胺0.1份-0.6份和水900份-1000份。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于隧道壁后填充的组合物，其特征在于：所述羧甲基纤维素可溶盐为羧甲基纤维素钠；所述碳酸可溶盐为碳酸钠。
4.根据权利要求3所述的一种用于隧道壁后填充的组合物，其特征在于：所述组合物由如下重量份的原料制备而成：膨润土76份；羧甲基纤维素钠1.6份；碳酸钠0.8份和聚丙烯酰胺0.5份和水989份。
5.一种权利要求1-4任意一项所述的一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，其特征在于：包括步骤：将膨润土、羧甲基纤维素可溶盐、碳酸可溶盐和聚丙烯酰胺用水混合均匀，水化后，得到惰性减阻膨润泥浆。
6.根据权利要求5所述一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，其特征在于：所述水化的时间为10h以上。
7.根据权利要求5所述的一种用于隧道壁后填充的组合物的制备方法，其特征在于：制得的惰性减阻膨润泥浆的性能指标如下：比重：1.04～1.08；粘度：80～110s；胶体率：≥98％；失水率：≤10％；泥皮厚：≤2mm/30min；静切力：3～5pa；pH值：7～9和注浆压力：360～540Kpa。
8.一种用于隧道壁后填充的固结液，其特征在于：所述固结液由水泥浆液和权利要求7中所述的惰性减阻膨润泥浆混合而成；所述水泥浆液由水与水泥按照1：0.8-1.3的重量比例混合制成；固结时所述固结液的抗压强度为1MPa以上。
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