一种富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液及制备方法与流程

本发明涉及盾构领域，具体地说涉及一种富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液及制备方法。

背景技术：

盾构施工过程中，随着盾尾脱离管片，管片和地层间立即产生空隙，大小通常为2cm左右，空隙填充不及时将会引起地表沉降和管片上浮等危害，常用的处理措施是伴随着盾尾脱离管片向空隙中同步注入注浆料。为降低同步注浆料对盾尾刷的影响，工程中常选用惰性或半惰性同步注浆料(此类注浆料的初凝时间通常大于5h)。富水地层盾构施工应用表明，新灌注的未凝结同步注浆料极易被大量的地下水稀释，其各方面性能均会明显劣化，主要包括凝结时间的延迟和结石率的降低，最终导致泥浆倒灌盾体、地表沉降量增加、管片上浮和二次注浆量增加等不利现象发生。为此寻求合适的技术方案，解决同步注浆液在富水地质极易被稀释劣化的难题，是保证富水地质盾构施工质量的重要措施。

专利cn107827422b公开了一种海底盾构隧道的高防水同步注浆浆液，其提出的技术方案主要是解决同步注浆液硬化后抗海水侵蚀和耐久性问题，并未明确新灌注未凝结同步注浆液抗水稀释技术措施；专利cn106904888b公开了一种高保水性盾构施工预拌同步注浆料，其技术方案实施的目的是提升同步注浆液自身的保水性能，提高同步注浆液结石率。

但目前，尚未见公开专利和文献明确技术方案如何有效提升新灌注未凝结同步注浆液抗地下水稀释，而在盾构隧道施工中，经常遇到富水地质，新拌未凝结同步注浆液在富水地质极易被稀释劣化，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有优异的抗水稀释能力和流动性，易于形成高强泥膜，触变大的富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液及制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液，按重量份，包括以下原料：二氧化硅0.5～1份、凹凸棒土2～4份、膨润土15～25份、再生微粉30～40份、减水缓凝剂0.1～0.3份、消泡剂0.05～0.1份、润滑泵送剂0.05～0.1份、降滤失剂0.1～0.5份、水35～55份。

进一步地，所述二氧化硅的比表面积大于120m²/g。

进一步地，所述凹凸棒土的比表面积大于150m²/g，胶质价大于45ml/15g。

进一步地，所述膨润土为钙基膨润土或钠基膨润土，钙基膨润土的过筛率大于98％，钠基膨润土的过筛率大于95％。

进一步地，所述再生微粉为废砖再生微粉、废弃混凝土再生微粉和石粉中的任意一种或任意两种以上的按任意比例混合的混合物，比表面积大于400m²/g。

进一步地，所述减水缓凝剂为糖钙、葡萄糖酸盐、柠檬酸和木质磺酸盐中的任意一种或任意两种以上的按任意比例混合的混合物。

进一步地，所述消泡剂为聚醚型消泡剂。

进一步地，所述泵送润滑剂为聚丙烯酰胺或聚氧化乙烯，聚丙烯酰胺为阴离子型，平均分子量不大于400万，聚氧化乙烯的分子量不大于100万。

进一步地，所述降滤失剂为羧甲基纤维素、磺酸盐共聚物、接枝淀粉、腐殖酸钾中的任意一种或任意两种以上的按任意比例混合的混合物。

所述富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液的制备方法，包括以下步骤：

(1)取减水缓凝剂、消泡剂、润滑泵送剂和降滤失剂，加入部分水，在搅拌速度不低于200r/min的条件下搅拌处理，制成a浆料；

(2)取二氧化硅、凹凸棒土、膨润土和再生微粉，加入剩余的水，在搅拌速度不低于500r/min的条件下搅拌处理，制成b浆料；

(3)将a浆料和b浆料混合，搅拌处理后得到所述富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液。

本发明的主要技术原理为：

(1)采用再生微粉替代天然河砂作为同步注浆液体的骨架支撑体系，对再生微粉的颗粒级配进行科学设计，可使同步注浆液内部骨架紧密堆积，表观密度最大，有效的增大了同步注浆液硬化后的结石率；同时，再生微粉具备一定的水化活性，遇水凝结硬化后可形成一定量的胶凝材料，从而完全代替了水泥和粉煤灰等胶凝组分，使同步注浆液硬化后的强度达2.5mpa以上，满足使用要求。

(2)再生微粉存在颗粒棱角较多，极易导致同步注浆液内摩擦阻力增大，为增大体系的流动性，本发明引入了减水缓凝剂组分和润滑泵送剂组分，其在不显著增大体系用水量的同时，可显著降低体系屈服应力，增大体系流动性和可泵送性；为消除减水缓凝剂组分和润滑泵送剂组分引入的气泡，采用了加入消泡剂组分的措施。

(3)凹凸棒土和膨润土吸水膨化后会形成大量胶团状结构，增加体系粘度，提升同步注浆液体系稳定，更为重要的是，大量的胶团会在地层表面固结形成初始的泥膜结构，泥膜结构的形成将有效的阻止地下水向同步注浆液的渗入。

(4)表面积大于120m²/g的二氧化硅首先可进一步填充泥膜中的空隙，使形成的泥膜更为致密，进一步减少地下水向同步注浆液中的渗入；更为重要的是，二氧化硅辅助膨润土可实现浆体的触变调控，其显著特点是制备出的浆体触变较大，停止流动后，体系粘度会骤增，可有效阻止地下水对同步注浆液的稀释。

(5)利用降滤失剂大分子链对固相颗粒的吸附联结作用，增加了泥膜的刚度，提升泥膜在高地下水压下的抗冲破能力。

本发明的有益效果体现在：

(1)利用二氧化硅和膨润土等分散于水溶液后，形成浆体触变大的特性，制备出了大触变同步注浆液，其具备的显著特征是浆液停止流动后，粘度骤增，利用此特性可有效阻止水对新灌注同步注浆液的稀释，有效地避免了漏浆现象的出现，保证了同步注浆质量。

(2)协同利用膨润土的成膜特性、二氧化硅的密实填充作用和降滤失剂的泥膜刚度增强作用，在地层表面形成致密泥膜，阻止地下水向隧道的渗透，从根本上解决了地下水向新灌注同步注浆液的渗透，并且让同步注浆液具备抗水压冲蚀能力，可有效提升带压地层盾构施工质量，显著地规避了地表沉降和盾尾喷涌风险，让惰性或半惰性同步注浆液适用工况进一步扩大。

(3)采用减水缓凝的制浆思路，保证了浆体具备良好的流动性，满足长距离泵送施工的基本要求，极大地延长了同步注浆料可泵送时间，降低了同步注浆施工难度，减少了因时间过长导致的浆体性能劣化现象出现，避免了大量的同步注浆液浪费。

(4)大量使用再生微粉作为同步注浆料的骨料和胶凝组分，降低了高能耗胶凝组分的应用，扩大了建筑废弃物的利用，环保效益突出。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

以下实施例所述抗水稀释同步注浆液均采用本发明提供的配方组分，实施例和对比例所使用的各种原料，如未作特别说明，均为本领域公知的市售产品：

本发明富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液，按重量份，由以下原料制成：二氧化硅0.5～1份、凹凸棒土2～4份、膨润土15～25份、再生微粉30～40份、减水缓凝剂0.1～0.3份、消泡剂0.05～0.1份、润滑泵送剂0.05～0.1份、降滤失剂0.1～0.5份、水35～55份。

其中，二氧化硅的比表面积大于120m²/g。

其中，凹凸棒土的比表面积大于150m²/g，胶质价大于45ml/15g。

其中，膨润土为过筛率大于98％的钙基膨润土或过筛率大于95％的钠基膨润土。

其中，再生微粉为废砖再生微粉、废弃混凝土再生微粉和石粉中的任意一种或任意两种以上的按任意比例混合的混合物，比表面积大于400m²/g。

其中，减水缓凝剂为糖钙、葡萄糖酸盐、柠檬酸和木质磺酸盐中的任意一种或任意两种以上的按任意比例混合的混合物。

其中，消泡剂为聚醚型消泡剂。

其中，泵送润滑剂为聚丙烯酰胺或聚氧化乙烯，聚丙烯酰胺为阴离子型，平均分子量不大于400万，聚氧化乙烯的分子量不大于100万。

其中，降滤失剂为羧甲基纤维素、磺酸盐共聚物、接枝淀粉、腐殖酸钾中的任意一种或任意两种以上的按任意比例混合的混合物。

以下实施例和对比例所述抗水稀释同步注浆液均采用本发明专利提供的方法进行制备，具体步骤为：

(1)取减水缓凝剂、消泡剂、润滑泵送剂和降滤失剂，加入一半水，在搅拌速度不低于200r/min的条件下搅拌处理，制成a浆料；

(2)取二氧化硅、凹凸棒土、膨润土和再生微粉，加入剩余一半水，在搅拌速度不低于500r/min的条件下搅拌处理，制成b浆料；

(3)将a浆料和b浆料混合，搅拌处理后得到所述富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液。

下面提供本发明富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液的8个实施例和5个对比例，实施例1-8和对比例1-5的组成如表1所示：

表1实施例和对比例富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液的组成(单位：重量份)

实施例1-8和对比例1-5富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液的性能测试结果如表2所示：

表2实施例和对比例中富水地质盾构施工用抗水稀释同步注浆液性能测试结果p

表2备注说明：1、盾构同步注浆液适用稠度范围为不大于140mm；2、盾构同步注浆液适宜的初凝时间为6～12h；3、泥膜越薄越致密其滤失量通常也越低，说明同步注浆液抵抗水稀释能力越强，通常30min滤失量以不大于15ml为宜；4、盾构同步注浆液结石率通常以不低于95％为宜；5、盾构同步注浆液硬化后的抗压强度通常以不低于2.5mpa为宜。

从以上可以看出，实施例1-8为采用本发明获得的同步注浆液，其各项性能均满足同步注浆液基本使用要求，最为主要的是具备了较大的触变和明显的抗水稀释能力，本发明提供的同步注浆液已在昆明地铁1号线、贵阳地铁3号线和广州地铁1号线等盾构施工工程中获得成功应用。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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