CN108716410B

CN108716410B - 机械法联络通道高强弹性壁后注浆浆液及注浆方法

Info

Publication number: CN108716410B
Application number: CN201810487512.3A
Authority: CN
Inventors: 刘干斌; 朱瑶宏; 姚燕明; 周晔; 陈航
Original assignee: Ningbo University
Current assignee: Ningbo Youxin Construction Co ltd
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2038-05-21
Also published as: CN108716410A

Abstract

本发明涉及一种机械法联络通道高强弹性壁后注浆浆液，包括A液和B液，所述A液组分为超细水泥和水，所述B液组分为水玻璃、聚丙烯纤维、环氧树脂类、缓凝剂、絮凝剂、减水剂和水；所述A、B液各组分的体积配比为1∶1～1：0.3，所述A液各组分的重量配比为：超细水泥30～50％，剩余部分为水；所述B液各组分的重量配比为：水玻璃45～50％、聚丙烯纤维0.0％～0.1％、环氧树脂类0.0～0.2％、缓凝剂0.5～3％、絮凝剂0.1～0.2％、减水剂0.4～1.0％，剩余部分为水。本发明的有益效果是：本发明相较于现有的盾构隧道同步注浆、二次注浆浆液，将同步注浆和二次注浆技术合二为一并应用于联络通道隧道壁后注浆，浆液具有较高的流动度、抗拉和抗压强度。

Description

机械法联络通道高强弹性壁后注浆浆液及注浆方法

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，尤其涉及一种机械法联络通道施工时主隧道与联络通道T接部位及联络通道小隧道壁后高强弹性止水注浆浆液及注浆施工方法，属地下工程领域。

背景技术

随着城市地下空间的发展，地铁隧道、地下管廊、海绵城市的开发工程也在快速发展，以地下综合管廊为例，主管廊的旁出是亟待解决的重大难题。在城市地铁工程中，为保证主隧道安全，一般会在两条平行隧道之间设置横向联络通道作为灾害情况下的重要逃生通道，《地铁设计规范》中规定：“单线区间隧道之间，当隧道连贯长度大于600m时，应设联络通道，并在通道两端设双向开启的甲级防火门”，国外相关的规范中均有类似的规定。

关于联络通道施工方法，有条件情况下可考虑与盾构竖井合建采用明挖法施工，除与盾构井合建，联络通道施工须凿除(打开)部分管片，局部结构较为薄弱，是盾构施工中的重点、难点。目前，地铁联络通道一般情况下采用冷冻法施工，而采用该方法施工的联络通道是盾构区间隧道中主要安全风险之一，在其他城市联络通道施工中曾出现过开挖过程中发生涌水塌方导致重大事故的案例。此外，冷冻法联络通道中冻土消融产生的长期沉降已经成为重大质量隐患点，除此之外，冷冻法还有工期长、造价高等缺点，成为掣肘轨道交通快速发展的一大问题。

盾构隧道施工同步注浆、壁后注浆工艺是盾构法隧道施工必不可少的关键工序，是控制地面沉降、隧道稳定性和渗漏的关键。盾构同步注浆、二次注浆工艺是在盾构掘进时及过后，通过注浆泵将具备一定工作性能和强度的浆液注入盾尾的管片环外间隙之中，达到填充管片环外空隙的作用，从而有效控制地面沉降，确保管片的早期稳定，并形成衬砌防水的第一道防线，特别是在管片即将脱出尾盾时，在管片隧道与土体之间就形成一个环形柱状间隙，约为90～140mm，将会导致严重的地表沉降，对隧道止水产生不利影响。近年来，国内外在改善注浆材料方面做了大量的研究工作，申请号201510719840.8的专利公开了《一种改性注浆材料》，该材料由硅酸盐水泥55～65份、聚合物乳液6～9份、外加剂25～35份、消泡稳定剂0.1～0.3、激发剂4～8份、膨润土2～4份、细砂0.2～0.6份、碳酸钠0.2～0.6份等组成。申请号201610429771.1的专利公开了《盾构施工注浆浆液》，该浆液包括45份～150份消石灰，150份～450份粉煤灰，20份～80份膨润土，250份～400份水，900份～1500份砂，1.5份～6.5份外加剂；外加剂包括防水剂、缓凝剂、减水剂、增稠剂。申请号201410837700.6的专利公开了《矩形盾构施工的同步注浆方法及注浆浆液》，该材料包括砂、粉煤灰、膨润土、减水剂、以及水，砂、粉煤灰、膨润土、干粉、减水剂、膨胀剂、以及水，以质量比为60:560:100:25:3:20:360的比例混合。

现有盾构隧道同步注浆、二次注浆技术均是针对大直径圆形或矩形盾构隧道施工的，其可以较好地适应于大空间作业环境。由于机械法联络通道盾构隧道直径为3150mm，其作业空间狭小，且盾构机内部空间小，无法采用大直径盾构隧道施工中的同步注浆和二次注浆技术，而是将同步注浆和二次注浆技术合二为一，在管片拼装完成后立即直接进行壁后注浆，尤其是T接部位采用的是主隧道与联络通道小隧道非连接模式，需要在T接部位的主隧道与联络通道小隧道上分别进行注浆以形成注浆密封加固体，将该端口进行密封止水。由于地铁主隧道列车运营后将发生一定的沉降，而机械法联络通道施工的小隧道内无其加附加荷载，两者沉降不一致，可能使得该端口注浆密封加固体产生一定的拉裂，使得防水效果变差而产生渗漏，对主隧道安全运行不利，故提出一种适用于机械法联络通道T接部位高强弹性止水注浆浆液及其工艺尤为重要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种机械法联络通道高强弹性壁后注浆浆液及注浆方法。

这种机械法联络通道高强弹性壁后注浆浆液，包括A液和B液，所述A液组分为超细水泥和水，所述B液组分为水玻璃、聚丙烯纤维、环氧树脂类、缓凝剂、絮凝剂、减水剂和水；所述A、B液各组分的体积配比为1∶1～1∶0.3，所述A液各组分的重量配比为：超细水泥30～50％，剩余部分为水；所述B液各组分的重量配比为：水玻璃45～50％、聚丙烯纤维0.0％～0.1％、环氧树脂类0.0～0.2％、缓凝剂0.5～3％、絮凝剂0.1～0.2％、减水剂0.4～1.0％，剩余部分为水。

作为优选：所述超细水泥的比表面积：不小于400m²/千克；凝结时间：R型不早于10分钟，初终凝间隔时间不大于10分钟；H型不早于25分钟，初终凝间隔时间不大于30分钟；平均粒径：小于5mm，最大粒径不超过30mm；膨胀率：水灰比为0.6时，28天水泥砂浆限制膨胀率在0.02～0.05％；各龄期强度不低于以下数值表：

作为优选：所述聚丙烯纤维为WK-1型，尺寸为2～3mm，抗拉强度为500MPa以上，断裂伸长15～25％，弹性模量>3800MPa；所述水玻璃的Be为38；所述的环氧树脂为6002双酚A型液态环氧树脂；所述缓凝剂为磷酸氢二钠；所述的絮凝剂为聚丙烯酰胺，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂；所述水为自来水。

这种机械法联络通道高强弹性壁后注浆浆液的注浆方法，包括以下步骤：

第一步、开启注浆孔：在T接部位盾构隧道混凝土管片、盾构隧道复合管片以及联络通道钢管片、联络通道混凝土管片上预留设置注浆孔，利用封头封闭，注浆前开启封头，准备注浆；

第二步、配制浆液：浆液包括A液和B液，A液组分主要为超细水泥和水，B液组分主要为水玻璃和外掺剂；壁后注浆施工配置至少一台双液注浆***，A、B两种浆液各自有输浆管路；两条管路同时进入混合器，如没有混合器，同时进入Y型管，并进入注浆管，注浆管口管孔之间严密封堵；管口设置两个闸门即止浆阀和泄浆阀，设置至少一个压力表；

第三步、双液注浆：在双液注浆时先凿除封头，接通管路，并将配制好的A液和B液分别倒入注浆筒内；当需要注浆时，启动注浆泵，通过一台注浆泵两条管路同时接上Y型接头从孔口混合注入孔底充填扩散到管节和土层之间；在注入注浆浆液的过程中，控制各个注浆孔的注浆量和注浆压力，通过注浆浆液填充管节和土层之间的间隙；

第四步、停止注浆：在一个注浆孔内注入预定的浆液量后，关闭注浆，及时清洗管路，再进行下一个注浆孔注浆。

作为优选：注浆压力是根据水压P₀，即水压大，则注浆压力大，反之则小：

初始压力P_a＝P₀+(0.1～0.3)MPa

注浆压力P_b＝P₀+(0.3～0.5)MPa

所述的每环注浆量为

式(1)中K为扩大系数，D为开挖直径，d为管片外直径，l为每环宽；

每个孔排浆流量v计算：

式(2)中n为每环管片注浆孔数量。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种适用于机械法联络通道高强弹性壁后注浆浆液，相较于现有的盾构隧道同步注浆、二次注浆浆液，将同步注浆和二次注浆技术合二为一并应用于联络通道隧道壁后注浆，浆液具有较高的流动度、抗拉(抗折)和抗压强度，配合T接部位盾构隧道混凝土管片、盾构隧道复合管片以及联络通道钢管片、联络通道混凝土管片上设置注浆孔，向管节和土层之间的间隙均匀的注入注浆浆液，合理的控制各个注浆孔的注浆量以及注浆压力，加固土层的强度，能够很好地解决非连接模式的主隧道与联络通道小隧道T接部位及联络通道小隧道的变形和止水问题。

2、本发明采用超细水泥灌浆材料，具有良好的渗透性及可灌性，而普通水泥注浆过程中，水泥随着凝结硬化，体积会产生收缩，出现微小裂隙，这些裂隙形成地下水通道，造成注浆后渗水或滴水，相对于比普通硅酸盐水泥，本发明的高强弹性壁后注浆浆液具有更高的强度及耐久性，不存在老化现象。

3、本发明由无毒无害的无机材料组成，其化学组成决定了其对水、土壤、空气等周围环境无污染，相对于普通硅酸盐水泥而言，具有更高的安全性，属于绿色环保型建材产品。施工方便，易于操作，且比有机化学灌浆液价格便宜，灌浆后不会老化，具有良好的耐久性，可适用于任何一种灌浆设备，可采用任一种灌浆方法进行灌浆施工，因而具有更高的经济性。

4、本发明聚丙烯纤维较大的比表面积能使其与砂浆基体增大接触面积，使砂浆与纤维能牢固结合，共同承担荷载，有助于提高砂浆的抗冲击性，在纤维体积率为0.0％～0.1％时有明显的抗裂与增韧效果，其掺入可有效提高砂浆、混凝土的抗裂能力、大大提高混凝土的抗渗性能，显著提高混凝土的抗冲击性能、耐磨性能和韧性。

5、本发明环氧树脂能使注浆材料强度更高，磷酸氢二钠能使A、B液双液浆的凝固时间根据需要控制。

6、本发明具有高强、早强、抗分散、高可注性等优点，在充填性、流动性、凝结时间的控制上明显优于目前市场上的同类产品；本发明配比的注浆浆液保证了浆液的流动性，满足盾构机械化施工的要求；能在规定的时间内固化，从而控制地表沉降在最小范围内，具有较高的强度和较低的体积收缩率和渗透系数，既可取得满意的变形控制又可以注浆止水作用。

附图说明

图1机械法联络通道壁后注浆示意图；

图2机械法联络通道壁后注浆孔布置示意图；

附图标记说明：1-盾构隧道混凝土管片；2-盾构隧道复合管片；3-管片间连接体系；4-联络通道钢管片；5-联络通道混凝土管片；6-注浆浆液；7-注浆孔；8-复合管片钢管片段、9-复合管片混凝土管片段；10-预留加固体箱；11-主隧道结构；12-联络通道结构；13-双液注浆***。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例一

本实施例中，所述的机械法联络通道高强弹性壁后注浆浆液的双浆液A、B液各组分的体积配比为1∶1、1:0.7、1:0.5和1:0.3，水灰比为1:1，即超细水泥与水的质量比为50％，水玻璃Be值为38，聚丙烯纤维0.1％，环氧树脂类0.0～0.2％、缓凝剂0.5～2％、絮凝剂0.1～0.2％、减水剂0.4～1.0％，剩余部分为水。

表2各组分下的初凝时间

表3各组分下的初凝时间试验(含环氧树脂)

表4各组分下的强度结果表

表5各组分下的强度结果表(环氧树脂)

实施例二

如图1和2所示，机械法联络通道高强弹性壁后注浆，包括主隧道结构11和联络通道结构12，主隧道结构11包括盾构隧道混凝土管片1、盾构隧道复合管片2、管片间连接体系3、复合管片钢管片段8和复合管片混凝土管片段9，联络通道结构12包括联络通道钢管片4、联络通道混凝土管片5。在主隧道结构11管片上设置多个注浆孔7，利用双液注浆***13采用壁后注浆方式向多个注浆孔7同时向安装好的管节和土层之间注入注浆浆液6。

在此具体实施例中，必须配置至少一台双液注浆***13，所述A、B两种浆液各自有输浆管路；两条管路同时进入混合器，如没有混合器，必须同时进入Y型管，并进入注浆管，注浆管口管孔之间必须严密封堵。所述的管口必须设置两个闸门即止浆阀和泄浆阀，至少设置一个压力表。

实施例三

宁波轨道交通3号线一期工程南部商务区站～鄞州区政府站区间联络通道，南部商务区站～鄞州区政府站起点里程ZDK7+794.800，终点里程为ZDK8+754.100，隧道长度约959.3m。联络通道里程为ZDK8+214.377，该处埋深为16.94m、线间距为17m。该联络通道采用机械法施工。主隧道直径6200，管片厚350，在联络通道洞口周边布设8个注浆孔。联络通道开挖直径3290mm，小管片直径3150mm，环宽550mm，联络通道小管片每环布设5个注浆孔。

1、双液浆组成

本实施例中，A、B液各组分的体积配比为1∶1，水灰比为1:1，即超细水泥与水的质量比为50％，水玻璃Be值为38，聚丙烯纤维0.1％，环氧树脂类0.0、缓凝剂0.5％、絮凝剂0.1％，剩余部分为水。

2、每环注浆量(K扩大系数)

每个孔排浆流量计算：

因此，每孔注浆量160L。

各注浆泵排浆流量45～80L/min，初凝时间2min～4min。

3、注浆压力

注浆过程中，合理地选择与控制注浆压力，适时地变换浆液配合比，并使它们之间很好地配合，是保证注浆质量的重要因素。根据二次注浆经验，水泥-水玻璃双液浆注浆压力为0.3MPa。

水-水玻璃浆液的胶凝，充塞过程不同于水泥浆液。水泥-水玻璃注浆压力控制通常根据该段所需浆量，一开始就在短时间内浆压力升到最大允许压力，并一直保持到注浆结束。在规定压力下，每一级浓度浆液的累计吸浆量达到一定限度后，调换浆液配比，逐级加浓，随着浆液浓度的逐级增加，裂隙逐渐被填充，单位吸浆量逐渐减少，直到结束标准时，即结束注浆。

Claims

1.一种机械法联络通道高强弹性壁后注浆浆液，其特征在于，包括A液和B液，所述A液组分为超细水泥和水，所述B液组分为水玻璃、聚丙烯纤维、环氧树脂类、缓凝剂、絮凝剂、减水剂和水；所述A、B液各组分的体积配比为1∶1～1∶0.3，所述A液各组分的重量配比为：超细水泥30～50％，剩余部分为水；所述B液各组分的重量配比为：水玻璃45～50％、聚丙烯纤维0.0％～0.1％、环氧树脂类0.0～0.2％、缓凝剂0.5～3％、絮凝剂0.1～0.2％、减水剂0.4～1.0％，剩余部分为水；所述超细水泥的比表面积：不小于400m²/千克；凝结时间：R型不早于10分钟，初终凝间隔时间不大于10分钟；H型不早于25分钟，初终凝间隔时间不大于30分钟；平均粒径：小于5mm，最大粒径不超过30mm；膨胀率：水灰比为0.6时，28天水泥砂浆限制膨胀率在0.02～0.05％；所述聚丙烯纤维为WK-1型，尺寸为2～3mm，抗拉强度为500MPa以上，断裂伸长15～25％，弹性模量>3800MPa；所述水玻璃的Be为38；所述的环氧树脂为6002双酚A型液态环氧树脂；所述缓凝剂为磷酸氢二钠；所述的絮凝剂为聚丙烯酰胺，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂；所述水为自来水。

2.一种如权利要求1所述的机械法联络通道高强弹性壁后注浆浆液的注浆方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、开启注浆孔：在T接部位盾构隧道混凝土管片(1)、盾构隧道复合管片(2)以及联络通道钢管片(4)、联络通道混凝土管片(5)上预留设置注浆孔(7)，利用封头封闭，注浆前开启封头，准备注浆；

第二步、配制浆液：浆液包括A液和B液，A液组分主要为超细水泥和水，B液组分主要为水玻璃和外掺剂；壁后注浆施工配置至少一台双液注浆***(13)，A、B两种浆液各自有输浆管路；两条管路同时进入混合器，如没有混合器，同时进入Y型管，并进入注浆管，注浆管口管孔之间严密封堵；管口设置两个闸门即止浆阀和泄浆阀，设置至少一个压力表；

第三步、双液注浆：在双液注浆时先凿除封头，接通管路，并将配制好的A液和B液分别倒入注浆筒内；当需要注浆时，启动注浆泵，通过一台注浆泵两条管路同时接上Y型接头从孔口混合注入孔底充填扩散到管节和土层之间；在注入注浆浆液(6)的过程中，控制各个注浆孔(7)的注浆量和注浆压力，通过注浆浆液(6)填充管节和土层之间的间隙；

第四步、停止注浆：在一个注浆孔(7)内注入预定的浆液量后，关闭注浆，及时清洗管路，再进行下一个注浆孔(7)注浆。

3.根据权利要求2所述的机械法联络通道高强弹性壁后注浆浆液的注浆方法，其特征在于，所述第三步中，注浆压力是根据水压P₀，即水压大，则注浆压力大，反之则小：

初始压力P_a＝P₀+(0.1～0.3)MPa

注浆压力P_b＝P₀+(0.3～0.5)MPa

每环注浆量为

每个孔排浆流量v计算：

式(2)中n为每环管片注浆孔数量。