淺談水泥-水玻璃雙液漿在砂卵石地層暗挖施工中的配比

許虎

摘 要 水泥-水玻璃雙液注漿技術(shù)以其凝固速率可控性強(qiáng)、技術(shù)簡便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在巖土工程中得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合北京地鐵10號線二期11標(biāo)西局站-六里橋站區(qū)間暗挖注漿加固實(shí)例，進(jìn)行了水泥-水玻璃不同配比下凝結(jié)試驗(yàn)，得出了水泥-水玻璃溶液在砂卵石地層中最佳注漿參數(shù)。經(jīng)過工程施工的實(shí)際驗(yàn)證，對其他相關(guān)工程具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 雙液注漿;水泥-水玻璃;砂卵石地層注漿;參數(shù)配比

前言

北京地鐵10號線二期11標(biāo)西局-六里橋站區(qū)間位于北京市豐臺區(qū)六里橋附近，隧道埋深15～17米，地質(zhì)條件復(fù)雜，暗挖施工拱頂部位主要為砂卵石、純石子堆積層（以前為潛水層，由于地下水水位下降導(dǎo)致無水無砂僅余粒徑5～200mm的純石子堆積層，極不穩(wěn)定）。在注漿中既要達(dá)到一定的擴(kuò)散半徑保證開挖安全，又不能讓漿液的擴(kuò)散半徑過大造成浪費(fèi)。根據(jù)以前經(jīng)驗(yàn)采用35be的水玻璃，水泥漿與水玻璃的比例為1∶1（體積比）。但實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，此種漿液配比凝固速度過快（十幾秒），達(dá)不到足夠的擴(kuò)散半徑就凝固了，而且注漿泵稍有停頓就容易出現(xiàn)堵管，每榀注漿25根小導(dǎo)管平均耗時(shí)3小時(shí)左右，影響施工進(jìn)度。因此，我們在現(xiàn)場做了水泥與水玻璃的配合比試驗(yàn)，以確定適合此種地質(zhì)條件的最佳配比。

1水泥-水玻璃注漿的化學(xué)原理

水泥與水玻璃的主要化學(xué)反應(yīng)為：

Ca（OH2）+NaO·nSiO2+mH2O→Ca·nSiO2·mH2O+NaOH

水泥本身的凝結(jié)和硬化主要是水泥水化析出凝膠性的膠體物質(zhì)所引起的，在硅酸三鈣的水化過程中產(chǎn)生氫氧化鈣：

3CaO·SiO2+nH2O=2CaO·SiO2·（n-1）H2O+Ca（OH）2

水泥-水玻璃雙液漿中水泥與水玻璃的化學(xué)反應(yīng)快，水泥本身的水解化學(xué)反應(yīng)要慢得多。根據(jù)這一原理做了水泥水玻璃在不同配比下的膠凝試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。試驗(yàn)中根據(jù)施工，現(xiàn)場實(shí)際條件，采用了固定水灰比，固定水泥漿與水玻璃溶液體積比，只改變水玻璃溶液中水玻璃比例的方法[1]。

2試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

從表一中可以看出水泥漿與水玻璃溶液在不同濃度下初凝時(shí)間變化不是特別大，從9S至169S;終凝時(shí)間從23S化到14069S相差600多倍，這個(gè)變動(dòng)相當(dāng)大。以此可以說明：①過稀的水玻璃溶液達(dá)不到加速水泥固結(jié)的目的;②水玻璃溶液的濃度對水泥漿的初凝速度影響不大;③水泥的膠凝時(shí)間隨著水玻璃溶液濃度的變小而增大。

過長的終凝時(shí)間會使得注漿過程中跑漿漏漿非常嚴(yán)重，造成材料浪費(fèi)而且達(dá)不到理想的注漿效果;而且由于工期緊任務(wù)重，我們只能選擇適合實(shí)際施工工序銜接的配比。在北京地鐵10號線二期11標(biāo)西局站-六里橋站區(qū)間右線暗挖工程施工中，注漿主要是對開挖面拱頂部位注漿，砂卵石層和純石子堆積層的擴(kuò)散系數(shù)不同，注漿要求要有0.3米左右的擴(kuò)散半徑，又要達(dá)到不能擴(kuò)散太遠(yuǎn)照成材料浪費(fèi)，這就要求水泥的初凝和終凝之間有一段合適的時(shí)間差。從表一中顯示數(shù)據(jù)來看在水玻璃溶液中水玻璃濃度低到一定程度后，水泥的終凝時(shí)間是成幾何倍數(shù)增大，因此過稀的水玻璃濃度不適合本工程，因而沒有做更精水玻璃濃度下的水泥膠凝試驗(yàn)。

根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際工序銜接需要，水泥的終凝時(shí)間最好不超過半小時(shí)，對照表一中試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇在砂卵石地層注漿選用：水灰比1∶1，水玻璃溶液與水泥漿比例 1∶1，水玻璃溶液為1∶6（水玻璃∶水）;在純石子堆積層注漿選用：水灰比1∶1，水玻璃溶液與水泥漿比例1∶1，水玻璃溶液為1∶4（水玻璃∶水）;其原因如下：該濃度下可以彌補(bǔ)實(shí)際施工中工人在現(xiàn)場配制水玻璃溶液時(shí)的誤差，水玻璃溶液稍濃或稍稀都不會使水泥的終凝時(shí)間變化太大。選用整數(shù)配比而不繼續(xù)追求理論上的最佳配比，方便現(xiàn)場施工及實(shí)際操作。在該濃度下初凝和終凝之間的時(shí)間差正合適，水泥漿的擴(kuò)散半徑能比較好的控制在一定范圍內(nèi)，不至于過大或過小;

可操作性較好，在施工中一旦發(fā)生機(jī)械故障或其他特殊情況，有足夠的時(shí)間沖洗輸漿管，不至于造成注漿設(shè)備或高壓輸漿管損壞。通過實(shí)際施工證明，所采用的注漿參數(shù)是適合本工程實(shí)際條件的[2]。

3確定合理參數(shù)

在實(shí)際工程施工中選擇合理的注漿參數(shù)有以下要求：

保證工程質(zhì)量?？紤]實(shí)際施工操作效果，允許一定的誤差范圍，不至于影響工程質(zhì)量或施工安全?？紤]施工中操作方便，節(jié)省工序時(shí)間，保證工期。從經(jīng)濟(jì)角度考慮施工成本，盡量節(jié)省材料。

4結(jié)束語

本文在前人的研究基礎(chǔ)上，對較大范圍內(nèi)水玻璃濃度下水泥漿的膠凝時(shí)間做了試驗(yàn)，得出了適合砂卵石及純石子堆積層注漿的合適配比，并經(jīng)過實(shí)際施工進(jìn)行了驗(yàn)證。水泥-水玻璃雙液漿注漿施工中，不能完全照搬前人的施工經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際施工所用的材料、所遇到的地質(zhì)層、具體的施工要求和施工條件，現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)確定

參考文獻(xiàn)

[1] 楊殿棟.雙液注漿固結(jié)法處理隧洞塌方技術(shù)[J].甘肅水利水電技術(shù)，2000，36（3）：194-197.

[2] 胡權(quán)周.雙液注漿固結(jié)砂卵石層止水施工技術(shù)的應(yīng)用[J].山西建筑，2003，29（13）：47-48.