CN112194430B - 植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道注浆用浆液及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道注浆用浆液及应用，由水泥、水及改性剂配置而成，水灰比为1:1～1.5:1，改性剂包括掺量为水泥质量0.5％～1％的铝酸盐和掺量为水泥质量0.2％～0.6％的微生物多糖胶，所述微生物多糖胶为黄原胶。本发明的注浆用环保浆液不会对环境造成污染，且不影响植物的生长，绿色环保，流动度和凝结时间可控，浆液扩散范围可控，可灌性好，抗渗性好、力学性能优越、强度高，能满足植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道超前小导管注浆要求。
Description
技术领域
本发明属于地下工程处理注浆领域，主要涉及一种植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道超前小导管注浆用环保型浆液。
背景技术
随着我国交通路网的不断发展和城市地下轨道交通的完善延拓，越来越多的隧道将不可避免的修建在山地林区、生态公园以及自然保护区等植被生态敏感地区。由于隧道工程的建设会改变地下水环境、打破地层酸碱平衡以及岩土体空间结构等，进而会对周围生态环境产生不可弥补的破坏，尤其对于大断面隧道施工所带来的影响将更为突出。目前，注浆是一种不仅能确保隧道施工安全，还能起到调控地下水的作用，能在一定程度上减小隧道施工对环境的影响的方式。
现阶段工程上注浆常用的材料有：普通水泥浆、水泥-水玻璃双液浆、化学浆液等。其中，普通水泥浆存在浆液结石率低、抗水分散性差等缺陷；水泥-水玻璃双液浆的凝结时间难于把控，浆液灌注工艺较复杂，注浆效果受施工水平影响较大，化学浆液造价高且对环境有一点影响。浅埋暗挖大断面隧道往往预注浆量大，而传统的注浆工艺又无法有效控制浆液的扩散范围的大小，而造成加固区域与植被根系范围重叠扩大，而传统的注浆浆液与植被根系范围重叠之后，会引起地层内酸碱平衡失效以及周边土壤发生挤压致密等现象，最终导致植被枯萎死亡。因此，研制一种植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道超前小导管注浆用环保型浆液已成为本领域工程师亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种适用于植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道超前小导管注浆用的环保型浆液。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道注浆用浆液，由水泥、水及改性剂配置而成，水灰比为1:1～1.5:1，改性剂包括掺量为水泥质量0.5％～1％的铝酸盐和掺量为水泥质量0.2％～0.6％的微生物多糖胶，所述微生物多糖胶为黄原胶。
进一步的，铝酸盐掺量为水泥质量的0.6％～0.8％。
进一步的，微生物多糖胶掺量为水泥质量的0.3％～0.5％。
进一步的，水泥采用普通硅酸盐水泥。
进一步的，水泥细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5％，性能满足GBl75-2007的要求。
进一步的，其流动度大于140mm，胶凝时间在35min以上。
进一步的，析水率小于5％，浆液凝结后28d抗压强度不低于1.7Mpa。
本发明提供的所述注浆用浆液的应用，将其应用于植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道超前小导管施工工艺。
本发明中，黄原胶、铝酸钠与水泥基浆液之间的协同作用如下：
黄原胶分子具有螺旋结构，刚性强，高温稳定性好，极难被酸、碱、盐和酶降解。其作为大分子聚合物贯穿于水泥水化物网络之间，一方面可有效填充浆液内部孔隙，阻止微观孔隙通道连接，提高结石体致密性，如图4的SEM图；另一方面可有效提高结石体的高温稳定性和耐腐蚀性能。
黄原胶分子中具有大量的羟基和少量的羧基，其中，羟基可与水泥基材料浆体中的Ca2+反应形成配位键，羧基可与水泥水化产物中的阳离子Na+、Ca2+、Al3+通过离子键产生化学结合，形成大分子网络交联结构，这些配合物和大分子交联结构增强了浆液内部孔隙和界面，改善了结石体力学性能。
向混合物(黄原胶和水泥基浆液)中添加铝酸钠后，铝酸钠可与混合物中未水合的水泥颗粒反应生成大量的NaOH。这些氢氧化钠可与石膏(水泥中的一种成分)反应生成Na2SO4。同时，铝酸钠将释放大量的氢氧化物并与Ca2+进一步反应，促进硅酸钙的水合并加速反应，进而减少了浆液的胶凝时间，且增强了浆液初始强度。
黄原胶作为稳定剂使用时，由于其具有良好的亲水性和黏性，会吸附在水泥颗粒表面，促进水泥颗粒分散，对水泥进一步的水化反应产生阻碍作用。铝酸钠的掺入，一方面可引入较多的Na+在黄原胶分子链间建立盐桥，有利于黄原胶分子维持其螺旋结构，进而提高结石体高温稳定性、耐腐蚀性以及结石体后期强度；另一方面可促进水泥水化反应，加速浆液凝结，提高结石体早期强度。
本发明的注浆用环保型浆液适用于植被生态敏感区地质条件下的浅埋暗挖大断面隧道超前小导管施工工艺。与现有技术相比，本发明的优点在于：
第一，本发明的注浆用环保浆液不会对环境造成污染，且不影响植物的生长，绿色环保。
第二，本发明的注浆用环保浆液的流动度和凝结时间可控，浆液扩散范围可控，可灌性好。
第三，本发明的注浆用环保浆液具有抗渗性好、力学性能优越、强度高，能满足浅埋暗挖大断面隧道注浆的要求，确保隧道安全通过。
第四，本发明的注浆用环保浆液配制简易，所用材料价格低廉且易于获取，现场施工操作工艺简单，经济性好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中注浆用环保浆液的外观形态照片；
图2为实施例1的注浆用环保浆液的环保性测试结果；
图3为采用实施例1的注浆用环保浆液注浆后植被分蘖期的生长情况；
图4为本发明的注浆用环保型浆液与纯水泥浆液结石体的SEM图：(a)本发明的注浆用环保浆液SEM；(b)纯水泥浆液SEM。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明的植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道超前小导管注浆用环保型浆液，主要由水泥、水及改性剂配置而成，水灰比优选为1:1～1.5:1。改性剂主要包括掺量为水泥质量0.5％～1％，优选0.6％～0.8％的铝酸盐和掺量为水泥质量0.2％～0.6％，优选0.3％～0.5％的微生物多糖胶，微生物多糖胶为黄原胶。在上述掺量范围内，铝酸盐和黄原胶可以达到本发明的协同作用，效果最佳。
在一个优选的实施例中，水泥采用普通硅酸盐水泥(42.5)，水泥细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5％，性能满足(GBl75-2007)标准的有关要求。铝酸盐为铝酸钠试剂纯，Al2O3含量不低于45％。微生物多糖胶可以采用食品级汉生胶，有效物质含量99％，这样更环保。
本发明的注浆用环保型浆液的流动度大于140mm，胶凝时间在35min以上，析水率小于5％，浆液凝结后28d抗压强度不低于1.7MPa。该浆液满足稳定性高、收缩率小、抗渗性能好、强度高和经济性好的要求，能根据施工要求及地质条件调整配比。
实施例1：
本实施例的植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道超前小导管注浆用环保型浆液，该注浆用环保浆液主要由水泥、水及改性剂组成，水灰比为1.5:1。水泥为普通硅酸盐水泥(42.5)，该水泥细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5％，水泥的质量为2.5kg，水的加入量为3.75kg。该注浆用环保浆液中还添加有改性剂，改性剂主要包括铝酸钠和黄原胶，其中铝酸钠的掺入量为17.5g(为浆液中水泥质量的0.7％)，黄原胶的掺入量为5g(为浆液中水泥质量的0.2％)。
外观形态照片如图1。对该注浆用环保浆液的比重、流动度、初凝时间、抗压强度、结石率以及浆液凝结后的3d抗压强度、7d抗压强度和28d抗压强度进行测试，浆液的测试结果见表2所示。
实施例2：
一种植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道注浆用环保浆液，该注浆用环保浆液主要由水泥、水及改性剂组成，水灰比为1:1。水泥为普通硅酸盐水泥(42.5)，该水泥细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5％，水泥的质量为2.5kg。水的加入量为2.5kg。该注浆用环保浆液中还添加有改性剂，改性剂主要包括铝酸钠和黄原胶，其中铝酸钠的掺入量为12.5g(为浆液中水泥质量的0.5％)，黄原胶的掺入量为5g(为浆液中水泥质量的0.2％)。
对该注浆用环保浆液的比重、流动度、初凝时间、抗压强度、结石率以及浆液凝结后的3d抗压强度和7d抗压强度进行测试，浆液的测试结果见表2所示。
表1为本发明实施例1和2中两种浆液的配比列表，表2为本发明实施例1和2中两种浆液的性能测试结果。
表1注浆用环保浆液正交设计各组配比
| 实施例 | 浆液比重(kg) | 水泥质量(kg) | 铝酸钠(g) | 黄原胶(g) |
| 实施例1 | 1.38 | 2.5 | 17.5 | 5 |
| 实施例2 | 1.55 | 2.5 | 12.5 | 5 |
表2注浆用环保浆液性能测试结果
上述实施例的注浆用环保浆液截锥圆模测得流动度在140mm以上，流动度适宜，若流动度太小不利于浆液的灌注；若流动度太大，导致浆液扩散太远，造成浪费，也易对植被根系造成影响。初凝时间在35min以上，凝结时间应适宜，初凝时间太短不利于灌注，终凝时间太长不利于早期强度的产生，影响开挖工效。28d抗压强度不低于1.7Mpa，能满足工程要求，使浅埋暗挖大断面隧道安全通过植被生态敏感区。
对该注浆用环保浆液的对植被生长(分蘖期)和环保性进行测试，浆液的测试结果见图2和图3所示。本发明浆液的测试结果满足规范《土壤环境质量农用地土壤污染管控标准(试行)》(GB15618-2018)中的相关要求，对植物生长影响小，可以很好地满足植被生态敏感区注浆的要求。
综上，本发明的填充膏浆流动度适中、结石率高、凝结时间可控，可以很好地满足植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道注浆的要求。采用本发明的浆液可以有效控制浆液的扩散范围，避免加固区域与植被根系范围重叠扩大，不会对土壤进行较大影响。本发明的注浆浆液为中性，不会引起地层内酸碱平衡失效以及周边土壤发生挤压致密等现象。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (1)
1.一种植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道注浆用浆液的应用，其特征在于，所述注浆用浆液由水泥、水及改性剂组成，水灰比为1.5:1，水泥为普通硅酸盐水泥42.5，该水泥细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%，水泥的质量为2.5kg，水的加入量为3.75kg，改性剂由铝酸钠和黄原胶组成，其中铝酸钠的掺入量为17.5g，黄原胶的掺入量为5g；
所述注浆用浆液的比重为1.38g/cm3，流动度为240mm，28d抗压强度为1.73MPa，初凝时间为65min，结石率为89%；
将所述注浆用浆液应用于植被生态敏感区浅埋暗挖大断面隧道超前小导管施工工艺。
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