CN111170711A - 一种凝结时间可控的壁后注浆浆液、注浆工艺及注浆装置 - Google Patents
一种凝结时间可控的壁后注浆浆液、注浆工艺及注浆装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种凝结时间可控的壁后注浆浆液、注浆工艺及注浆装置，该壁后注浆浆液包括水泥砂浆、水玻璃和缓凝剂；缓凝剂的质量为水泥砂浆中水泥质量的1％‑10％；水玻璃添加量为水泥砂浆体积的5％‑10％。本发明还提供了上述壁后注浆工艺。该注浆装置包括第一砂浆罐、与第一砂浆罐通过第一管道连通用于混浆的第二砂浆罐，分别通过第二管道、第三管道与第二砂浆罐连通的第一储料罐、第二储料罐，第二砂浆罐上设置有壁后注浆管；第一管道、第二管道、第三管道上分别设置有流量控制泵。本发明通过调整水玻璃与缓凝剂的掺量调整水泥砂浆的凝结时间，解决了单液浆凝结时间过长所造成的管片上浮、地表下沉、凝结时间过短等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种注浆浆液、注浆工艺及注浆装置，尤其涉及一种凝结时间可控的壁后注浆浆液、注浆工艺及注浆装置。
背景技术
在盾构隧道施工过程中，壁后注浆是填充盾尾空隙、防止地表沉降、稳定衬砌管片的重要工序。但目前多使用硬性浆、惰性浆进行注浆充填，浆液的凝结时间长，注入盾尾空隙后，浆液呈液态流动状态的持续时间长，产生的浮力作用在管片上使得管片发生上浮位移，不利于管片的稳定；在注浆压力的驱使下，也会出现流动至刀盘处的现象，使得盾尾空隙填充不实，同时也会产生地表沉降。并且，在渗透系数较大的土层中，浆液会在凝结过程中流失，造成管片上方与土体间形成空洞，在间隙水丰富的土层，即使地铁或隧道运营时，也会出现渗水等情况，施工单位需要反复的进行二次注浆，造成人力、物力、财力的浪费。
水泥-水玻璃双液浆为瞬凝型浆液，注入后即凝结，虽然可以解决上述浆液流动时间长的问题，但由于目前的注浆管理手段欠缺，双液注浆易发生堵管以及浆液箍住盾尾的现象，严重影响施工效率。
发明内容
发明目的：本发明的第一个目的是提供一种能够防止管片上浮、地表沉降且不易发生堵管的凝结时间可控的壁后注浆浆液；
本发明的第二个目的是提供一种凝结时间可控的壁后注浆工艺；
本发明的第三个目的是提供一种凝结时间可控的壁后注浆装置。
技术方案：本发明的凝结时间可控的壁后注浆浆液，包括水泥砂浆、水玻璃和缓凝剂；所述缓凝剂的质量为水泥砂浆中水泥质量的1％-10％；所述水玻璃的体积为水泥砂浆体积的5％-10％。
优选地，所述缓凝剂的质量为水泥砂浆中水泥质量的5％-10％。
优选地，所述水泥砂浆与水玻璃、缓凝剂在注入注浆管前混合形成所述壁后注浆浆液。
本发明还提供了利用上述凝结时间可控的壁后注浆浆液的注浆工艺，包括以下步骤：
(1)配制水泥砂浆浆液，放入第一砂浆罐；
(2)根据盾尾空隙计算所需水泥砂浆量，取第一砂浆罐中相应量的水泥砂浆注入第二砂浆罐中；
(3)按配方向第二砂浆罐中加入缓凝剂、水玻璃，搅拌后形成所述壁后注浆浆液，通过注浆管注入盾尾空隙。
进一步地，步骤(3)中，根据盾构掘进速度实时调节所述水泥砂浆、缓凝剂、水玻璃的加入量，用于控制浆液凝结时间。
进一步地，步骤(3)中，向所述第二砂浆罐中先加入缓凝剂，后加入水玻璃。
进一步地，步骤(3)中，所述缓凝剂的质量为水泥砂浆中水泥质量的5％-10％；此时，当水泥砂浆与水玻璃的体积比为20:1时，可以控制凝结时间为0.5h-3h。
步骤(3)中，水玻璃的体积为水泥砂浆体积的5％-10％，相较于水泥-水玻璃浆液中1:1的体积比，在达到同样凝结时间的前提下，节省水泥用量，更为经济。
进一步地，步骤(2)中，根据盾构机掘进速度换算出形成的所述盾尾空隙，填充所述盾尾空隙所需的水泥砂浆量为所述盾尾空隙体积的1.2-1.5倍。
进一步地，步骤(3)中水玻璃的波美度为30-40°Bé，二氧化硅与氧化钠含量的比值为2.8-3。
本发明还提供了上述凝结时间可控的壁后注浆工艺使用的装置，包括用于储存水泥砂浆的第一砂浆罐、与第一砂浆罐通过第一管道连通用于制备壁后注浆浆液的第二砂浆罐，分别通过第二管道、第三管道与第二砂浆罐连通的第一储料罐、第二储料罐，所述第二砂浆罐上设置有壁后注浆管；所述第一管道、第二管道、第三管道上分别设置有流量控制泵。
有益效果：本发明与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本发明在通入壁后注浆管注浆前使水玻璃、缓凝剂与水泥砂浆混合形成的注浆浆液，使得浆液的凝结时间可控，防止了管片上浮、地表沉降且不易发生堵管。2、在达到同样凝结时间的前提下，本发明的水玻璃和缓凝剂的添加比例节省了水泥用量。3、在不改变原有注浆管路的情况下，本发明的壁后注浆装置实现了水泥-水玻璃-缓凝剂复合浆液的单管注入，优化了原有双液浆双管单头的注入方式。4、注浆装置具有同时储存水泥砂浆与复合浆液的功能，并可在复合浆液罐中实施配制复合浆液，实现对浆液凝结时间的实时控制。5、本发明的壁后注浆工艺，在通过壁后注浆管注浆前，调整水玻璃与缓凝剂的掺量调整水泥砂浆的凝结时间，使得注入盾尾空隙的浆液相对单液浆迅速失去流动状态，避免了管片上浮，防止了地表沉降，降低了凝结时间过短易造成堵管的风险，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的壁后注浆装置示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本发明的壁后注浆浆液，包括水泥砂浆、水玻璃、缓凝剂；本发明的水泥砂浆可采用现场搅拌方式配置或购买商品浆液，本实施例的水泥砂浆为实验室自行配置，具体配方如表1所示，水泥砂浆的配方可以为：水泥50-150kg/m3、粉煤灰250-400kg/m3、砂850-1100kg/m3、膨润土50-120kg/m3、水350-500kg/m3。本实施例的水玻璃的波美度为30-40°Bé，水玻璃中二氧化硅与氧化钠含量的比值为2.8-3，缓凝剂为磷酸二氢钠，还可以为其他常用缓凝剂；本实施例中添加的缓凝剂的质量为水泥砂浆中水泥质量的10％；添加的水玻璃的体积为水泥砂浆体积的5％。
表1水泥砂浆实验室配方
| 配比 | 水泥 | 粉煤灰 | 砂 | 膨润土 | 水 |
| 含量(kg/m<sup>3</sup>) | 60 | 300 | 1000 | 120 | 495 |
将本实施例的壁后注浆浆液应用于盾构隧道施工过程中的壁后注浆：首先配置本实施例的水泥砂浆，按照本实施例的添加比例向水泥砂浆中依次加入缓凝夜、水玻璃，搅拌均匀后通过注浆管注浆，测得凝结时间为150min。
实施例2
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例的缓凝剂添加量为水泥砂浆中水泥质量的5％；水玻璃的添加量为水泥砂浆体积的5％，按实施例1的测试方法，测得凝结时间为35min。
实施例3
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例的缓凝剂的添加量为水泥砂浆中水泥质量的8％；水玻璃的添加量为水泥砂浆体积的5％，按实施例1的测试方法，测得凝结时间为100min。
实施例4
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例的缓凝剂的添加量为水泥砂浆中水泥质量的6％；水玻璃的添加量为水泥砂浆体积的5％，按实施例1的测试方法，测得凝结时间为40min。
实施例5
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例的缓凝剂的添加量为水泥砂浆中水泥质量的8％；水玻璃的添加量为水泥砂浆体积的10％，按实施例1的测试方法，测得凝结时间为50min。
实施例6
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例的缓凝剂的添加量为水泥砂浆中水泥质量的1％；水玻璃的添加量为水泥砂浆体积的10％，按实施例1的测试方法，测得凝结时间为9min。
对比例1
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例未添加缓凝剂；水玻璃的添加量为水泥砂浆体积的10％，按实施例1的测试方法，测得凝结时间为7min。
对比例2
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例未添加缓凝剂；水玻璃的添加量为水泥砂浆体积的5％，按实施例1的测试方法，测得凝结时间为2.7min。
由对比例1、2可知，按照实施例1的测试方法，当未加入缓凝剂时，虽然水泥砂浆与水玻璃在通过壁后注浆管注浆前混合，但是凝结时间仍然比较短暂，不利于工程施工。现有注浆工艺中单液浆注浆一般为14小时左右凝结，浆液在盾尾空隙中窜入刀盘处，对管片产生浮力造成管片上浮，且容易造成地表沉降；而双液浆单管注浆一般在3分钟内直接凝结，极易造成堵管的发生。而由实施例1～6可知，本申请的注浆浆液可以有效的解决上述问题。
实施例7
本发明提供了利用实施例1的壁后注浆浆液进行注浆的注浆工艺，包括以下步骤：
(1)配制同步注浆的水泥砂浆，通过砂浆车运送至双舱式砂浆罐中的第一砂浆罐；
(2)根据盾构机掘进速度换算出形成的盾尾充填空隙，利用流量控制泵抽取第一砂浆罐中相应量的砂浆至第二砂浆罐中；为了满足充填率的要求，所需浆液体积为形成的盾尾空隙体积的1.2倍，填充所述盾尾空隙所需的水泥砂浆量可以是所述盾尾空隙体积的1.2-1.5倍；
(3)按配方向第二砂浆罐中加入缓凝剂，采用搅拌装置充分搅拌后，加入水玻璃，再次进行充分搅拌形成复合浆液，通过注浆管注入盾尾空隙；其中，水泥砂浆、缓凝剂和水玻璃的注入量根据掘进速度通过流量控制泵实时调节；水玻璃和缓凝剂分别储存于第一储料罐和第二储料罐；
在掘进过程中，当掘进速度加快时，等比例增大各流量控制泵的进料量，同时减小缓凝剂添加量，以缩短复合浆液凝结时间，也可以适度增大水玻璃添加量；同理，当掘进速度减慢时，等比例减小各流量控制泵的进料量，同时增大缓凝剂添加量，以延长复合浆液凝结时间，也可以适度减小水玻璃添加量。
实施例8
如图1所示，1、第一储料罐；2、第二储料罐；3、双舱式砂浆罐；4、第一砂浆罐；5、第二砂浆罐；6、流量控制泵；7、注浆管。本发明提供了实施例7的壁后注浆工艺使用的壁后注浆装置，包括由第一砂浆罐4、第二砂浆罐5构成的双舱式砂浆罐3，水泥砂浆放入第一砂浆罐4内，第二砂浆罐5用于混浆，第二砂浆罐5侧壁上设置有壁后注液管，待混浆完成形成壁后注浆浆液后同步注浆；在第二砂浆罐5外侧设置有第一储料罐1、第二储料罐2，分别用于放置水玻璃及缓凝剂，在第一砂浆罐4与第二砂浆罐5之间连接有用于向第二砂浆罐5注入水泥砂浆的第一管道，在第一储料罐1、第二储料罐2分别与第二砂浆罐5之间连接有第二管道、第三管道，分别在第一管道、第二管道和第三管道上设置有流量控制泵6，分别用于实时调节通过三路管道向第二砂浆罐5的注入量；注入第二砂浆罐5中的水泥砂浆、水玻璃和缓凝剂混合搅拌，形成壁后注浆浆液，后通过壁后注浆管7注浆。本发明注浆装置在不改变原有注浆管路的情况下，实现水泥-水玻璃-缓凝剂复合浆液的单管注入，简化了原有双液浆双管单头的注入方式。采用流量控制泵6对水泥砂浆、水玻璃、缓凝剂的添加量进行控制，可根据实际所需凝结时间以及盾构掘进速度，对配比进行实时调整。
Claims (10)
1.一种凝结时间可控的壁后注浆浆液，其特征在于，包括水泥砂浆、水玻璃和缓凝剂；所述缓凝剂的质量为水泥砂浆中水泥质量的1％-10％；所述水玻璃的体积为水泥砂浆体积的5％-10％。
2.根据权利要求1所述的凝结时间可控的壁后注浆浆液，其特征在于，所述水泥砂浆与水玻璃、缓凝剂在通过注浆管注浆前混合形成所述壁后注浆浆液。
3.一种利用权利要求1所述凝结时间可控的壁后注浆浆液的注浆工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制水泥砂浆浆液，放入第一砂浆罐；
(2)根据盾尾空隙计算所需水泥砂浆量，取第一砂浆罐中相应量的水泥砂浆注入第二砂浆罐中；
(3)按配方向第二砂浆罐中加入缓凝剂、水玻璃，搅拌后形成所述壁后注浆浆液，通过注浆管注入盾尾空隙。
4.根据权利要求3所述凝结时间可控的注浆工艺，其特征在于，步骤(3)中，根据盾构掘进速度实时调节所述水泥砂浆、缓凝剂、水玻璃的加入量，用于控制浆液凝结时间。
5.根据权利要求3所述的凝结时间可控的壁后注浆工艺，其特征在于，步骤(3)中，向所述第二砂浆罐中先加入缓凝剂，后加入水玻璃。
6.根据权利要求3所述的凝结时间可控的壁后注浆工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述缓凝剂的质量为水泥砂浆中水泥质量的1％-10％。
7.根据权利要求3所述的凝结时间可控的壁后注浆工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述水玻璃的体积为水泥砂浆体积的5％-10％。
8.根据权利要求3所述的凝结时间可控的壁后注浆工艺，其特征在于，步骤(2)中，根据盾构机掘进速度换算出形成的所述盾尾空隙，填充所述盾尾空隙所需的水泥砂浆量为所述盾尾空隙体积的1.2-1.5倍。
9.根据权利要求3所述的凝结时间可控的壁后注浆工艺，其特征在于，步骤(3)中，当水泥砂浆与水玻璃的体积比为20:1时，向水泥砂浆中加入水泥质量5％-10％的缓凝剂，凝结时间为0.5h-3h。
10.一种权利要求3所述凝结时间可控的壁后注浆工艺使用的注浆装置，其特征在于，包括用于储存水泥砂浆的第一砂浆罐、与第一砂浆罐通过第一管道连通用于制备所述壁后注浆浆液的第二砂浆罐，分别通过第二管道、第三管道与第二砂浆罐连通的第一储料罐、第二储料罐，所述第二砂浆罐上设置有壁后注浆管；所述第一管道、第二管道、第三管道上分别设置有流量控制泵。
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