CN109736815A - 用于地铁隧道暗挖止水加固的注浆浆液及注浆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于地铁隧道暗挖止水加固的注浆浆液及注浆工艺。该注浆工艺具体是先采用水玻璃—磷酸浆液注浆达到临时止水效果，再采用水泥—水玻璃双液浆注浆达到止水加固地层效果，并确定了配制各浆液的配比：水玻璃—磷酸浆液中，水玻璃浓度25Be'，水酸体积比为25(85％磷酸原材)，磷酸溶液与水玻璃溶液体积比为1:1进行注浆；水泥—水玻璃双液浆中：水灰比为1：1，水玻璃波美度在20Be'，水泥浆液与水玻璃体积比为1:0.75。本发明适用于含水粉细砂层等复杂的地质条件下的地铁暗挖工程，能够达到快速有效止水，加固土层，改善开挖环境的效果。

Description

用于地铁隧道暗挖止水加固的注浆浆液及注浆工艺

技术领域

本发明涉及地铁隧道暗挖止水工程领域，具体是一种用于地铁隧道暗挖止水加固的注浆浆液及注浆工艺；该注浆工艺应用于含水粉细砂层等复杂的地质条件下，快速有效止水，加固土层，改善开挖环境的地铁暗挖工程。

技术背景

随着我国城市经济的飞速发展，城市人口密集程度不断加，给交通出行带来极大的通行压力，为缓解地面交通拥堵现象，我国各大城市建造地铁隧道，通常分为暗挖法、明挖法和盾构法建设。但是在地铁暗挖工程中，常常遇到含水砂层等不稳定且渗水冒水的不良地质条件，流出的水携带大量的泥砂，极易造成开挖掌子面背后流空，导致结构不稳定，出现涌水涌沙现象，甚至出现塌方等严重质量安全事故。

目前我国通常采用超前注浆方式，对开挖掌子面进行加固，来改善不良的地质条件。在注浆浆液的选择方面，通常采用单液水泥浆注浆、化学浆液注浆、双浆液注浆等。但传统的单一浆液注浆往往达不到快速止水，改善工作面地质环境的效果，且没有形成一套成熟的各注浆浆液成分的实验配比数据。

因此，针对地铁暗挖施工遇含水粉细砂层，进行注浆达到止水并加固地层环境，研发地铁隧道暗挖注浆止水加固工艺，确定浆液配合比数据，以达到快速止水，加固地层改善地质环境的效果，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明根据现有技术的不足提供一种用于地铁隧道暗挖止水加固的注浆浆液及工艺，该注浆浆液的选择及浆液的配合比均通过试验优化得到，能够在含水粉细砂层等复杂的地质条件下的地铁暗挖工程，达到快速有效止水，加固土层，改善开挖环境的效果。

本发明提供的技术方案：所述一种用于地铁隧道暗挖止水加固的注浆浆液，其特征在于：包括通过同一套注浆设备先后注入的A浆液和B浆液，其中A浆液是由磷酸溶液与水玻璃溶液在注浆过程中按照体积比1:1的比例配制而成，其中水玻璃的波美度为24～26Be'，磷酸溶液中的水酸比为24～26:1；所述B浆液是由水泥浆液和水玻璃溶液在注浆过程中按照体积比1:0.7～0.8的比例配制而成，其中水泥浆液的水灰比为0.9～1.1：1，水玻璃波美度在19～21Be'。

本发明提供的较优的技术方案：所述A浆液是由磷酸溶液与水玻璃溶液在注浆过程中按照体积比1:1的比例配制而成，其中水玻璃的波美度为25Be'，磷酸溶液中的水酸比为25:1；所述B浆液是由水泥浆液和水玻璃溶液在注浆过程中按照体积比1:0.75的比例配制而成，其中水泥浆液的水灰比为1:1，水玻璃波美度在20Be'。

本发明提供的较优的技术方案：所述A浆液中磷酸溶液中的磷酸采用浓度为85％磷酸。

本发明提供的较优的技术方案：所述A浆液的注入量为B浆液注入量的1/4～1/3。

本发明提供的一种于地铁隧道暗挖止水加固的注浆工艺，其特征在于具体步骤如下：

(1)在进行地铁隧道暗挖之前，根据设计参数确定待挖区域的加固范围，其加固范围为开挖掌子面外缘2～3米的范围，确保开挖掌子面周边形成进尺2～3米连续稳定的加固整体；

(2)沿着待挖隧道的外缘设置注浆孔位置，其孔间距为1～2米；

(3)采用二重管直接作为钻杆进行钻孔，外插角15°～25°，达到设计深度；

(4)采用后退式注浆方式通过每个注浆进行加固注浆，首先注入A浆液，将A浆液中的磷酸溶液与水玻璃溶液按照体积比1:1的比例同时注入到二重管中，并通过二重管注入到加固区域进行临时止水，并控制注浆压力在2Mpa以内；其中A浆液中磷酸溶液的水酸体积比为24～26:1，水玻璃溶液的波美度为24～26Be'；

(5)在步骤(4)中二重管退出1/3长度后，开始注入B浆液，将B浆液的中的水泥浆液和水玻璃溶液按照体积比1:0.7～0.8的比例同时注入到重管中，并通过二重管注入到加固区域进行加固止水，直至二重管钻杆全部拔出，压力控制在2Mpa以内；所述B浆液中水泥浆液的水灰比为0.9～1.1：1，水玻璃波美度在19～21Be'；

(6)在注浆完毕之后，采用速凝水泥对注浆完成的注浆孔进行封堵，再重复步骤(4)和步骤(5)致使每个注浆孔注浆完毕，完成注浆加固过程。

本发明较优的技术方案：所述A浆液中水玻璃溶液浓度25Be'，磷酸溶液是采用浓度为85％的磷酸通过水按照水酸体积比为25的比例稀释后得到；所述B浆液中水泥浆液的水灰比为1：1，水玻璃波美度在20Be'。

本发明首先采用水玻璃—磷酸化学浆液注浆，再进行水泥—水玻璃双液浆注浆，比传统的单一浆液注浆更快速、有效、更好的达到止水、加固土层、改善开挖环境的效果；在达到相同效果的前提下，本发明使用的浆液总量少于传统工艺浆液用量，具有较高的经济效益和环境效益。

附图说明

图1是磷酸溶液和水玻璃溶液不同配比下胶凝时间对比图；

图2是不同水灰比下的双浆液初凝时间和单轴抗压强度示意图；

图3是水玻璃波美度对双浆液初凝时间和强度的影响图；

图4是CS体积比对双浆液初凝时间和强度的影响图。

具体实施方案

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例针对某地铁施工车站，该车站长323.6米，有效站台中心里程K43+642.004，标准段宽度为22.1米，有效站台长186米，站台宽13米，拱顶覆土厚度约为12.5m，底板埋深约28.4m。主体结构为地下两层直墙三连拱结构，采用暗挖PBA工法，逆筑法施工。上层为站厅层，下层为站台层，由侧墙、梁、板、柱等构件组成。车站两侧均接矿山法区间。车站区域主要有4层水，潜水、2层层间水和承压水，车站导洞施工经过砂质黏土、粉质黏土、黏质粉土等相对不稳定的地质环境，开挖过程中容易出现流砂、塌方等事故。

为解决在地铁暗挖工程中遇到含水砂层等不稳定且渗水、冒水、流砂的不良地质现象，该项目的技术人员采用本发明中的注浆加固工艺改善掌子面的地质条件，加固地层，止水固沙，确保安全的施工生产环境。

现场采用的注浆设备包括：一台型号为ZLJ-350的钻机，一台型号为DJB的搅拌机，一台型号为SYB-60/5的双液注浆泵。

首先选择注浆参数：注浆采用A、B两种浆液，所述A浆液为水玻璃—磷酸化学浆液注浆，能够达到临时快速止水的效果，其中磷酸溶液是采用浓度85％的磷酸与水按照水酸体积比为25:1的比例稀释得到，水玻璃溶液的浓度为24～26Be'，磷酸溶液与水玻璃溶液的体积比1:1；B浆液为水泥—水玻璃双液浆，其中水泥浆液的水灰比为1：1、水玻璃波美度在22Be'左右、水泥浆液与水玻璃体积比为1:1。

并进行终压的确定，其终压的确定具体如下：

已知的地下水静水压力(全风化地层一般取0.5MPa)计算，设计的注浆压力(终压值)为静水压力的2-3倍，最大可达到3-5倍，即

P’＜P＜(3-5)P’ (1)

式中：P--设计注浆压力(终压值)(Mpa)

P’--注浆处静水压力(Mpa)

由上公式计算可得注浆终压P＝1.5～2.5MPa，结合现场实际，实际取2MPa为注浆终压。

小导管单孔注浆量按下式计算：

Q＝πR2Lnαβ (2)

式中

R——浆液扩散半径m

L——小导管长度m

n——岩体孔隙率

α——充填系数,一般取0.8

β——浆液消耗系数

在注浆参数和终压确定之后，按照以下步骤进行注浆加固：

(1)根据设计参数确定待挖区域的加固范围，其加固范围为开挖掌子面外缘2～3米的范围，确保开挖掌子面周边形成进尺2～3米连续稳定的加固整体；

(2)沿着待挖隧道的外缘设置注浆孔位置，其孔间距为1～2米；

(3)采用二重管直接作为钻杆进行钻孔，外插角15°～25°，达到设计深度；

(4)采用后退式注浆方式通过每个注浆进行加固注浆，首先注入A浆液，将A浆液中的磷酸溶液与水玻璃溶液按照体积比1:1的比例同时注入到二重管中，并通过二重管注入到加固区域进行临时止水，并控制注浆压力在2Mpa以内；

(5)在步骤(4)中二重管退出1/3长度后，开始注入B浆液，将B浆液的中的水泥浆液和水玻璃溶液按照体积比1:0.7～0.8的比例同时注入到重管中，并通过二重管注入到加固区域进行加固止水，直至二重管钻杆全部拔出，压力控制在2Mpa以内；

(6)在注浆完毕之后，采用速凝水泥对注浆完成的注浆孔进行封堵，再重复步骤(4)和步骤(5)致使每个注浆孔注浆完毕，完成注浆加固过程。

按照以上方法，在掌子面进行水泥—水玻璃双浆液注浆，并取得了良好的效果，保障的现场的安全正常施工，加快了施工进度。

本申请的发明人针对注浆浆液的配比参数进行了以下试验：

试验一：水玻璃—磷酸化学浆液配比参数优化试验

本实验采用的实验原材为：以硅酸钠为主要成分的水玻璃溶液，初始水玻璃波美度为39°Be'，模度系数为3；浓度为85％的磷酸。

将浓度为85％的磷酸通过水进行稀释，并通过控制磷酸溶液的水酸体积比和水玻璃的波美度，进行倒杯实验，测试在各种条件下，对比混合浆液的胶凝时间。其中，磷酸稀释的水酸体积比设置为15:1、20:1、25:1、30:1，水玻璃浓度设置为30°Be'、25°Be'、20°Be'、15°Be'，分别按照磷酸溶液与水玻璃溶液体积比为1:1进行倒杯实验，得到各种情况下的胶凝时间如表1和图1所示。

表1磷酸—水玻璃不同配合比下胶凝时间

通过表1和图1可以清晰的得到磷酸—水玻璃不同配合比下胶凝时间的分布情况，根据工程实际情况，综合考虑为避免胶凝时间过短导致注浆管堵塞和能够达到有效的止水效果，最终选择水玻璃浓度25Be'，水酸体积比为25(85％磷酸原材)，磷酸溶液与水玻璃溶液体积比为1:1进行化学浆液注浆。

试验二：水泥—水玻璃双液浆配比参数优化试验

本试验应用地铁暗挖施工中通常采用的P.O42.5R普通硅酸盐水泥配制水泥浆液，水玻璃溶液是以硅酸钠为主要成分；初始水玻璃波美度为39°Be'，模度系数为3。通过改变水泥浆液的水灰比、水玻璃波美度、水泥与水玻璃配比，测试各个条件下双液浆的初凝时间和单轴抗压强度，在试验过程中，试验温度控制在20℃，保持相对湿度95％RH以上,试块养护28天后的单轴抗压强度。

(1)水灰比对双浆液初凝时间和强度的影响；

调制水灰比为0.5、0.75、1.0、1.25、1.5的水泥浆液，分别与波美度为30°Be'的水玻璃浆液，按照水泥浆液：水玻璃＝1:1的比例混合，每组试验各做10次，取平均值，实验结果如表2和图2所示：

表2不同水灰比下的双浆液初凝时间和单轴抗压强度

从表2和图2中可以看出，随着水灰比的增大，初凝时间越长，单轴抗压强度逐步减小。

(2)水玻璃波美度对双浆液初凝时间和强度的影响；

分别调制波美度为39、35、30、25、20、15、10、5°Be'的水玻璃溶液，与水灰比为1:1的水泥浆液，按水泥浆液：水玻璃＝1:1的比例混合，每组试验各做10次，取平均值，实验结果如表3和图3所示：

表3水玻璃波美度对双浆液初凝时间和强度的影响

从表3和图3中可以看出，随着水玻璃波美度的增加，双浆液的初凝时间先减小后增加，在波美度为20Be'左右时，初凝时间最短；单轴抗压强度随波美度的增加略有增加，但变化不大。

(3)水泥浆液与水玻璃溶液体积比对双浆液初凝时间和强度的影响；

在水灰比控制为1:1，水玻璃浓度控制为35°Be'的情况下，分别将水泥浆液和水玻璃溶液按体积比为1:1、1:0.75、1:0.5、1:0.25混合，每组试验各做10次，取平均值，实验结果如表4和图4所示：

表4 CS体积比对双浆液初凝时间和强度的影响

从表4和图4可以看出，随水泥浆液和水玻璃溶液的体积比的增大，初凝时间逐步减小，而单轴抗压强度基本没有变化。

通过上述实验数据并结合工程实际，可以总结出，水泥—水玻璃双浆液注浆中的参数选择为：水灰比为1：1、水玻璃波美度在20Be'左右、水泥浆液与水玻璃体积比为1:0.75。

以上所述，只是本发明的一个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种用于地铁隧道暗挖止水加固的注浆浆液，其特征在于：包括通过同一套注浆设备先后注入的A浆液和B浆液，其中A浆液是由磷酸溶液与水玻璃溶液在注浆过程中按照体积比1:1的比例配制而成，其中水玻璃的波美度为24～26Be'，磷酸溶液中的水酸比为24～26:1；所述B浆液是由水泥浆液和水玻璃溶液在注浆过程中按照体积比1:0.7～0.8的比例配制而成，其中水泥浆液的水灰比为0.9～1.1：1，水玻璃波美度在19～21Be'。

2.根据权利要求1所述的一种用于地铁隧道暗挖止水加固的注浆浆液，其特征在于：所述A浆液是由磷酸溶液与水玻璃溶液在注浆过程中按照体积比1:1的比例配制而成，其中水玻璃的波美度为25Be'，磷酸溶液中的水酸比为25:1；所述B浆液是由水泥浆液和水玻璃溶液在注浆过程中按照体积比1:0.75的比例配制而成，其中水泥浆液的水灰比为1:1，水玻璃波美度在20Be'。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于地铁隧道暗挖止水加固的注浆浆液，其特征在于：所述A浆液中磷酸溶液中的磷酸采用浓度为85％磷酸。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于地铁隧道暗挖止水加固的注浆浆液，其特征在于：所述A浆液的注入量为B浆液注入量的1/4～1/3。

5.一种于地铁隧道暗挖止水加固的注浆工艺，其特征在于具体步骤如下：

(1)在进行地铁隧道暗挖之前，根据设计参数确定待挖区域的加固范围，其加固范围为开挖掌子面外缘2～3米的范围，确保开挖掌子面周边形成进尺2～3米连续稳定的加固整体；

(2)沿着待挖隧道的外缘设置注浆孔位置，其孔间距为1～2米；

(3)采用二重管直接作为钻杆进行钻孔，外插角15°～25°，达到设计深度；

(4)采用后退式注浆方式通过每个注浆进行加固注浆，首先注入A浆液，将A浆液中的磷酸溶液与水玻璃溶液按照体积比1:1的比例同时注入到二重管中，并通过二重管注入到加固区域进行临时止水，并控制注浆压力在2Mpa以内；其中A浆液中磷酸溶液的水酸体积比为24～26:1，水玻璃溶液的波美度为24～26Be'；

(5)在步骤(4)中二重管退出1/3长度后，开始注入B浆液，将B浆液的中的水泥浆液和水玻璃溶液按照体积比1:0.7～0.8的比例同时注入到重管中，并通过二重管注入到加固区域进行加固止水，直至二重管钻杆全部拔出，压力控制在2Mpa以内；所述B浆液中水泥浆液的水灰比为0.9～1.1：1，水玻璃波美度在19～21Be'；

(6)在注浆完毕之后，采用速凝水泥对注浆完成的注浆孔进行封堵，再重复步骤(4)和步骤(5)致使每个注浆孔注浆完毕，完成注浆加固过程。

6.根据权利要求5所述的一种于地铁隧道暗挖止水加固的注浆工艺，其特征在于：所述A浆液中水玻璃溶液浓度25Be'，磷酸溶液是采用浓度为85％的磷酸通过水按照水酸体积比为25的比例稀释后得到；所述B浆液中水泥浆液的水灰比为1：1，水玻璃波美度在20Be'。