CN109252878B - 一种单浆液及使用该单浆液的隧道稳固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单浆液，包括水泥、水玻璃、水和改性剂，其重量份配方为：水：水泥：水玻璃：改性剂＝(60～80)：100：(5～20)：(0.5～5)，水泥为42.5R普硅水泥，水玻璃的波美度为35～52。还公开了其制备方法，步骤为：将水和水泥混合搅拌均匀，制成水泥浆；加入改性剂并搅拌均匀；加入水玻璃并搅拌均匀。还公开了使用该单浆液的隧道稳固方法，步骤为：制备单浆液；布设第一灌浆孔，并进行灌浆；如隧道沉降或抬升未被有效控制，进入下一步骤；布设第二灌浆孔，并进行灌浆：如隧道沉降或抬升未被有效控制，进入下一步骤；进行二次补充灌浆。本发明解决了粉细砂层水泥浆难以灌入和富水中水泥浆容易流失的技术问题。

Description

一种单浆液及使用该单浆液的隧道稳固方法

技术领域

本发明隧道施工技术领域，具体涉及一种单浆液及使用该单浆液的隧道稳固方法。

背景技术

针对隧道基底粉细砂层进行灌浆的稳固处理，特别是动流水地质条件灌浆稳固处理，施工风险较大，易产生工程施工病害问题。目前常用的灌浆稳固处理方法有下述两种：

1、水泥浆单液灌浆法：首先按工程中水灰比加入制浆机中制成单液的水泥浆，而后通过灌浆泵将水泥浆注入至加固部位；

2、水泥—水玻璃双液灌浆法：首先按工程的配合比分别配制水泥浆和水玻璃浆液，而后分别通过不同的灌浆泵送至同一孔口管的管口处，并在孔口管中混合后注入至加固部位。具体流程如下：

对于方法1中的水泥浆单液灌浆法，虽然灌浆工艺简单，操作方便，但其往往会因砂层沉积致密无法灌浆，特别是存在动流水时，灌入的水泥浆液还容易被稀释和流失，而无法起到稳固的效果。

而对于方法2中的水泥—水玻璃双液灌浆法：一方面由于双液浆体的固化时间短，无法在出现沉降的地基部位进行充分地扩散铺展充填，使得形成的灌浆固结体极易在列车振动下产出碎裂，影响稳固处理效果；

另一方面，对运行的地铁隧道进行作业施工，通常需要在当晚地铁停运和次日头班列车开通期间进行作业，作业时间短，双液浆的双制浆双灌浆***的设备安装、拆卸、进退场搬运占用施工工时长，当完成钻孔就无法有充足的时间保证灌浆充填效果。如遇钻孔出现水量大时，不能确保充足的时间进行回灌，列车运行振动就易产生二次沉降的病害问题。

发明内容

本发明提供一种提高在运行地铁隧道内进行隧道沉降的稳定的水泥—水玻璃单浆液，具有不易稀释、离散流失的特性，同时其在富水区粉细砂层能够很好的铺展扩散，解决了粉细砂层水泥浆难以灌入和富水中水泥浆容易流失，无法达到预期加固效果的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明采用了以下技术方案：包括以下步骤：

一种单浆液，包括水泥、水玻璃、水和用于改善所述水泥性能的改性剂，其中，所述改性剂包括用于提高该单桨液材料早期强度的早强剂，其重量份配方为：

水：水泥＝(60～80)：100；

水玻璃：水泥＝(5～20)：100；

早强剂：水泥＝(0.5～5)：100；

所述水玻璃的波美度为35～52；

其制备步骤为：

将水和水泥加入制浆机中搅拌均匀，制成水泥浆；

往水泥浆内加入改性剂，并搅拌均匀；

往水泥浆内加入水玻璃，并搅拌均匀。

进一步的，所述改性剂还包括用以提高液稠度的增粘剂，所述增粘剂的重量份为：

增粘剂：水泥＝(0.5～5)：100。

进一步的，所述改性剂还包括用以调节浆体稠度的减水剂，所述减水剂的重量份为：

减水剂：水泥＝(0.5～3)：100。

本发明还提供了一种使用上述单浆液的隧道稳固方法，其设备进退场、安装、拆卸时间短，能够有效地确保灌浆用时和灌浆充填量。

一种使用上述单浆液的隧道稳固方法，包括以下步骤：

S1：制备所述单浆液；

S2：布设第一灌浆孔，并进行灌浆：具体步骤包括：

1)在出现不均匀沉降或抬升的隧道管片的侧壁上布设第一灌浆孔，所述第一灌浆孔左右交错分布于不同隧道管片横截面的左半圆侧壁和右半圆侧壁上；

2)通过第一灌浆孔向隧道粉细砂层灌注单浆液，以形成灌浆封水幕体，减控隧道基地流动水的影响；

灌浆前后分别进行隧道沉降速率或抬升速率监测：若沉降速率或抬升速率小于设计值，则施工结束；若大于或等于设计值，则进入到下一施工步骤S3；

S3：布设第二灌浆孔，并进行灌浆：具体步骤包括：

1)在左半圆上第一灌浆孔与右半圆上第一灌浆孔之间的隧道管片侧壁上布设第二灌浆孔，所述第二灌浆孔位于所述第一灌浆孔的邻管片下部；

2)向所述第二灌浆孔灌注单浆液；

灌浆前后分别进行隧道沉降速率或抬升速率监测：若沉降速率或抬升速率小于设计值，则施工结束；若大于或等于设计值，则进入到下一施工步骤S4；

S4：进行二次补充灌浆：扫孔后，通过所述第一灌浆孔或第二灌浆孔进行复灌单浆液操作。

进一步的，在步骤S2或S3中，所述沉降速率或抬升速率的设计值为0.06mm/天。

进一步的，步骤S2中，对第一灌浆孔的灌注采用的对边斜孔灌浆方式，即对左、右半圆侧壁上的第一灌浆孔交替进行灌浆。

进一步的，在步骤S2中，

当隧道管片出现沉降时，所述第一灌浆孔布设于隧道管片下半圆侧壁上；

当隧道管片出现抬升时，所述第一灌浆孔布设于隧道管片上半圆侧壁上；

进一步的，在步骤S3中，隧道管片上半圆侧壁上的所述第一灌浆孔和第二灌浆孔均为原预留于其上的壁后灌浆孔；

隧道管片下半圆侧壁上的第一灌浆孔为原预留于其上的壁后灌浆孔，第二灌浆孔为新开设于隧道管片侧壁靠基底处的基底灌浆孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的单浆液具有不易稀释、离散流失的特性，其在富水区粉细砂层能够很好的铺展扩散，有效地解决了粉细砂层水泥浆难以灌入和富水中水泥浆容易流失，无法达到预期加固效果的技术问题。

本发明的单浆液制备方法，制备工序简单，操作方便。

本发明的隧道稳固方法，可以直接采用简单的单浆液电泵进行灌浆，而无须借助复杂的双浆***灌浆泵，具有施工工艺简单，设备复杂度低等优点，可以大大减少灌浆设备的进退场时间，有效地确保了灌浆用时和灌浆充填量；其使用的单浆液具有不易稀释、离散流失的特性，其在富水区粉细砂层能够很好的铺展扩散，有效地解决了粉细砂层水泥浆难以灌入和富水中水泥浆容易流失，无法达到预期加固效果的技术问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术作进一步地详细说明：

图1是本发明所述的地铁隧道的横截面图；

图2是本发明所述的地铁隧道的纵截面图。

附图说明：

1、隧道管片；2、第一注浆孔；3、第二注浆孔；4、壁后注浆孔；5、基底注浆孔；6、基底道床。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种单浆液，包括水泥、水玻璃、水和改性剂，

其中，所述改性剂包括早强剂，其重量份配方为：

水：水泥＝(60～80)：100；

水玻璃：水泥＝(5～20)：100；

早强剂：水泥＝(0.5～5)：100；

其中，所述水玻璃的波美度为35～52。

单浆液浆体物理力学性能表

该单浆液的可灌性好，其在含水沙层中可扩散挤密充填，达到稳定隧道基底的目的，

由于单液浆先将加入的水玻璃与水泥浆体充分混合均匀后施灌，因此可以显著降低该单浆液浆体固结后二次硬化沉降问题。

该单浆液的加入，使得浆体在富水环境沙层中经列车运行振动仍不易碎裂出现二次沉降的问题。

在实际使用中，当隧道出水率基底当隧道管片外的地层的出水率＞15～20L/分时，可在制备的水泥-水玻璃单浆液中加入一定重量比的增粘剂，以提高单浆液稠度，减少单浆液的流失。其中，该增粘剂可以是无机膨润土或有机类纤维素。

在上述实施例，所述改性剂还包括用以调节浆体稠度的减水剂，所述减水剂的重量份为：减水剂：水泥＝(0.5～3)：100。当浆液依设计压力值施灌难以注入时，可加入减水剂进行调节浆体粘度。单桨液中加入减水剂，在不减低水泥用量的条件下改善浆体的稠度，便于将浆体灌入含水率低的地层。其中，该减水剂可以是有机类高效减水剂。

本发明的单浆液通过利用增粘剂和减水剂分别调节浆体稠度，可以适应不同地层的灌注需求。

本发明还公开了一种使用上述单浆液的隧道稳固方法，包括以下步骤：

S1：利用权利要求4中所述的制备方法制备单浆液；

S2：布设第一灌浆孔，并进行灌浆：具体步骤包括：

1)在出现不均匀沉降或抬升的隧道管片的侧壁上布设第一灌浆孔，所述第一灌浆孔左右交错分布于不同隧道管片横截面的左半圆侧壁和右半圆侧壁上；

2)通过第一灌浆孔向隧道粉细砂层灌注单浆液，以形成灌浆封水幕体，减控隧道基地流动水的影响；

灌浆前后分别进行隧道沉降速率或抬升速率监测：若沉降速率或抬升速率小于设计值，则施工结束；若大于或等于设计值，则进入到下一施工步骤S3；

S3：布设第二灌浆孔，并进行灌浆：具体步骤包括：

1)在左半圆上第一灌浆孔与右半圆上第一灌浆孔之间的隧道管片侧壁上布设第二灌浆孔，如图1-2所示，所述第二灌浆孔位于所述第一灌浆孔的邻管片下部；

2)向所述第二灌浆孔灌注单浆液；

灌浆前后分别进行隧道沉降速率或抬升速率监测：若沉降速率或抬升速率小于设计值，则施工结束；若大于或等于设计值，则进入到下一施工步骤S4；

S4：进行二次补充灌浆：扫孔后，通过所述第一灌浆孔或第二灌浆孔进行复灌单浆液操作。

本发明的隧道注浆稳固方法，可以直接采用简单的单浆液电泵进行灌浆，而无须借助复杂的双浆***灌浆设备，具有施工工艺简单，设备复杂度低等优点，可以大大减少可灌浆设备的进退场时间，有效地确保了灌浆用时和灌浆充填量；其使用的单浆液具有不易稀释、离散流失的特性，其在富水区粉细砂层能够很好的铺展扩散，有效地解决了粉细砂层水泥浆难以灌入和富水中水泥浆容易流失，无法达到预期加固效果的技术问题。

其中，隧道管片的左半圆侧壁指其横截面竖直轴线左半部圆所对应的侧壁，右半圆侧壁指其横截面竖直轴线右半部圆所对应的侧壁；相应的，其横截面水平轴线上半部圆所对应的侧壁则为上半圆侧壁，其横截面水平轴线上半部圆所对应的侧壁则为上半圆侧壁。

其中，所述沉降速率或抬升速率的设计值为0.06mm/天。

具体的，当隧道管片出现沉降时，所述第一灌浆孔布设于隧道管片下半圆侧壁上；

当隧道管片出现抬升时，所述第一灌浆孔布设于隧道管片上半圆侧壁上。

如图1-图2所示，隧道管片上半圆侧壁上的所述第一灌浆孔和第二灌浆孔均为原预留于管片上的壁后灌浆孔；隧道管片下半圆侧壁上的所述第一灌浆孔为原预留于管片上的壁后灌浆孔，第二灌浆孔为隧道靠基底处新开的基底灌浆孔，该第二灌浆孔位于隧道管片最下端的基底道床两侧。对于沉降量不大时，需尽量避免在靠基底处的管片上新开基底灌浆孔，代之以直接利用原有壁后灌浆孔进行灌浆加固处理。

当第一灌浆孔、第二灌浆孔灌浆完成时，在其管口处安上灌浆防喷涌装置。具体的，其该防喷涌装置包括固设于其孔口处的套管，和与套管外径匹配的盖帽。当需要进行二次补充灌浆时，只需卸下盖帽，并对原第二灌浆孔扫孔，或直接利用管片原壁后灌浆孔进行二次补充灌浆即可。

为更好地说明本发明的内容，下面结合具体实施例进行阐释：

具体实施例1：

某运行盾构地铁隧道，处于富水粉-细沙层地质环境，粉-细沙层含水量在23～31％，饱和度84～100％，沙粒直径0.075～0.25mm占38～73％，透水性好。地铁运行多年，受地铁运行振动影响，隧道基底粉细沙层出现掏蚀流失，导致地铁结构出现不均匀沉降，最大沉槽位约15-17cm，随运行时间的影响，沉降速率加速，沉降量加大，直接影响轨道的安全行驶。

该实施例中，采用如下重量份配方的单浆液进行灌浆加固：

水：水泥＝80：100；

水玻璃：水泥＝1.8：100；

早强剂：水泥＝5：100；

其中，早强剂选自无机正盐或酸式盐化合物(如：醋酸钠、磷酸钠、铝酸钠的亚盐及酸式盐)，水玻璃的波美度为35～42，水泥为普硅水泥，混合单浆液的凝胶时间＜15分钟。

在进行壁后灌浆过程中，隧道整体有上抬趋势，最大上抬量+2.2mm，列车运行有所回落，沉降速率得到明显有效的控制。

隧道基底充填灌浆，在进行新孔钻孔时，可获得邻比扩散的水泥结石芯样和水泥-粉沙结石芯样，占总孔数87.7％，最长水泥岩样月37cm。说明浆液有效扩散，充填隧道基底。经统计4个月的监测数据，灌浆处理后的隧道沉降速率平均在0.002mm/d(即0.002mm/天)，除个别位置，均满足基础设计规范要求。

对沉降速率部满足设计要求的个别部位进行二次补充灌浆后，经连续4个月的监测，沉降速率平均值：0.02mm/d，小于设计要求的0.06mm/d，达到处理稳定的目的，该工程处理：壁后灌浆上、下行线共360m，隧道基底灌浆320m，道床加固300m。

具体实施例2：

某建成运行一年的盾构隧道，受到车振动影响，隧道基底泥-沙层出现沉降，不均匀沉降量约2.0cm。为控制隧道沉降，确保地铁安全运行，采用单浆液进行灌浆加固。本次处理仅对隧道下半圆侧壁的壁后灌浆孔进行灌浆，具体的，可以选择位于4点钟方位和8点钟方位的壁后灌浆孔进行灌浆，其灌浆压力0.4mpa。该灌浆过程中采用单浆液的重量份配方如下：

水：水泥＝(60～80)：100；

水玻璃：水泥＝(0.8～1.6)：100；

早强剂：水泥＝3：100；

减水剂：水泥＝1:100；

其中，早强剂选自无机正盐或酸式盐化合物(如：醋酸钠、磷酸钠、铝酸钠的亚盐及酸式盐)；减水剂选自有机类高效减水剂，比如：聚羧酸减水剂、FS10分散剂、Tamol-131分散剂等，该有机高效减水剂是现有常用的有机减水剂；水玻璃的波美度为35～40。

根据灌浆前、后的监测数据反应，有效地控制了隧道的沉降。

具体实施例3：

在建铺轨的盾构隧道，受背后突发性水压力增大，隧道结构出现上浮，隧道管片出现错台，最大错台量3～5cm。为确保隧道结构安全和顺利铺轨，利用原结构位于上半圆侧壁上的壁后灌浆孔进行灌浆加固，该灌浆过程中采用单浆液的重量份配方如下：

水：水泥＝(60～80)：100；

水玻璃：水泥＝(1.5～2.0)：100；

早强剂：水泥＝3：100；

增粘剂：水泥＝3：100；

其中，早强剂选自无机正盐或酸式盐化合物(如：醋酸钠、磷酸钠、铝酸钠的亚盐及酸式盐)；增粘剂选自无机膨润土或有机类纤维素，如纳基膨润土、钙基膨润土、锂基膨润土，该增粘剂是现有常用的增粘剂；水玻璃的波美度为35～42。

根据灌浆前、后的监测数据反应，经处理有效抑制隧道上浮，确保隧道的安全和铺轨进行，经监测隧道稳定满足要求。

本发明所述的单浆液稳固隧道粉细砂层的施工方法的其它内容参见现有技术，在此不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种使用单浆液的隧道稳固方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：制备所述单浆液；所述单浆液包含水泥、水玻璃、水和用于改善所述水泥性能的改性剂，其中，所述改性剂包括用于提高该单浆液 早期强度的早强剂，其重量份配方为：

水：水泥＝(60～80)：100；

水玻璃：水泥＝(5～20)：100；

早强剂：水泥＝(0.5～5)：100；

所述水玻璃的波美度为35～52；

其制备步骤为：将水和水泥加入制浆机中搅拌均匀，制成水泥浆；往水泥浆内加入改性剂，并搅拌均匀；往水泥浆内加入水玻璃，并搅拌均匀；所述改性剂还包括用以调节单浆液稠度的减水剂，所述减水剂的重量份为：减水剂：水泥＝(0.5～3)：100；

所述改性剂还包括用以提高单浆液稠度的增粘剂，所述增粘剂的重量份为：增粘剂：水泥＝(0.5～5)：100；所述增粘剂是无机膨润土或有机类纤维素；

S2：布设第一灌浆孔，并进行灌浆：具体步骤包括：

1)在出现不均匀沉降或抬升的隧道管片的侧壁上布设第一灌浆孔，所述第一灌浆孔左右交错分布于不同隧道管片横截面的左半圆侧壁和右半圆侧壁上；

2)通过第一灌浆孔向隧道粉细砂层灌注单浆液，以形成灌浆封水幕体；

灌浆前后分别进行隧道沉降速率或抬升速率监测：若沉降速率或抬升速率小于设计值，则施工结束；若大于或等于设计值，则进入到下一施工步骤S3；

S3：布设第二灌浆孔，并进行灌浆：具体步骤包括：

1)在左半圆上第一灌浆孔与右半圆上第一灌浆孔之间的隧道管片侧壁上布设第二灌浆孔，所述第二灌浆孔位于所述第一灌浆孔所夹短弧上；

2)向所述第二灌浆孔灌注单浆液；

灌浆前后分别进行隧道沉降速率或抬升速率监测：若沉降速率或抬升速率小于设计值，则施工结束；若大于或等于设计值，则进入到下一施工步骤S4；

S4：进行二次补充灌浆：扫孔后，通过所述第一灌浆孔或第二灌浆孔进行复灌单浆液操作。

2.根据权利要求1所述的使用单浆液的隧道稳固方法，其特征在于：步骤S2或S3中，所述沉降速率或抬升速率的设计值为0.06mm/天。

3.根据权利要求1所述的使用单浆液的隧道稳固方法，其特征在于：步骤S2中，对第一灌浆孔的灌注采用的对边斜孔灌浆方式，即对左、右半圆侧壁上的第一灌浆孔交替进行灌浆。

4.根据权利要求1所述的使用单浆液的隧道稳固方法，其特征在于：步骤S2中，当隧道管片出现沉降时，所述第一灌浆孔布设于隧道管片下半圆侧壁上；

当隧道管片出现抬升时，所述第一灌浆孔布设于隧道管片上半圆侧壁上。

5.根据权利要求4所述的使用单浆液的隧道稳固方法，其特征在于：步骤S3中，

隧道管片上半圆侧壁上的所述第一灌浆孔和第二灌浆孔均为原预留于其上的壁后灌浆孔；

隧道管片下半圆侧壁上的第一灌浆孔为原预留于其上的壁后灌浆孔，第二灌浆孔为新开设于隧道管片侧壁靠基底处的基底灌浆孔。

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