淺析水泥水玻璃雙漿液在隧道施工中的應(yīng)用

許念東

中鐵十五局集團(tuán)第一工程有限公司 陜西 西安 710018

引言

雙液注漿工法技術(shù)是水玻璃結(jié)合普通注漿工藝技術(shù)發(fā)展起來的，現(xiàn)已得到廣泛的應(yīng)用并取得很好的效果。雙液注漿技術(shù)能夠?qū)⒉煌刭|(zhì)填充密實(shí)，改變原土體和物理性質(zhì)，增加土體的密度，提高土體抗壓強(qiáng)度和止水性能，達(dá)到順利、安全通過全風(fēng)化石英巖富水軟弱圍巖的目的。除此之外，以水泥漿和水玻璃為主劑的液體漿材，不僅能夠提高注漿的結(jié)石率，還可以加快水泥漿液的凝結(jié)速度，具有快速排水的效果。

1 水泥水玻璃雙液漿的反應(yīng)機(jī)理

1.1 水泥和水玻璃的反應(yīng)機(jī)理

水泥出現(xiàn)凝結(jié)以及硬化現(xiàn)象的原因是水泥水化的過程中，會析出具有凝膠性的膠體物質(zhì)。通常情況下，水泥水化反應(yīng)的過程中會生成氫氧化鈣、硅酸二鈣以及硅酸三鈣，然后再在反應(yīng)物中加入水玻璃，水玻璃會與液體中氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有一定強(qiáng)度的凝膠體水化硅酸鈣，這在一定程度上提升了水泥的水化速度，縮短了水泥凝結(jié)以及硬化的時間。除此之外，在水玻璃和氫氧化鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程中，會生成大量的膠體物質(zhì)，還會增加結(jié)石體的強(qiáng)度。因此，氫氧化鈣與水玻璃的化學(xué)反應(yīng)在一定程度上增加了水泥水玻璃雙漿液結(jié)石體的最初強(qiáng)度，且水泥自身的水化作用決定了漿液結(jié)石體的后期強(qiáng)度。而在水泥水化反應(yīng)過程中，其生成的氫氧化鈣和水玻璃的量是一定的，這樣一來，在水玻璃加入的量過多的情況下，整個體系就會被慢慢稀釋，從而降低固結(jié)體的強(qiáng)度。

1.2 磷酸氫二鈉的作用機(jī)理

在制備水泥水玻璃雙液漿的過程中，還必須加入磷酸氫二鈉，由于漿液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程需要2到3秒的時間就可以完成，而化學(xué)反應(yīng)的外在表現(xiàn)是雙液漿會瞬間出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，因此，施工的可操作性比較差。而在加入磷酸氫二鈉的情況下，水泥顆粒的表面會形成一層抗溶解性能極強(qiáng)的磷酸鈣，水泥正常水化的過程就會被放慢。因此，Ca(OH)2析出的速度也會變慢，化學(xué)反應(yīng)的時間有所延長，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的幾分鐘甚至是幾十分鐘的時間內(nèi)可以任意調(diào)節(jié)雙液漿的凝結(jié)時間[1]。

2 水泥水玻璃漿液特點(diǎn)

水泥水玻璃漿液膠凝時間短，且可在幾秒鐘到幾十分鐘內(nèi)得到準(zhǔn)確控制。膠凝時間與水泥品種、水泥漿水灰比、水玻璃溶液濃度、水玻璃溶液與水泥漿的體積比和漿液溫度有關(guān)。

3 注漿的施工工藝控制

隧道施工中的水泥水玻璃雙液漿注漿技術(shù)主要分為掌子面超前注漿以及地表注漿兩大類。通常情況下，在隧道埋深小于30m時，可采用地表注漿加固，在隧道埋深大于60m時，宜采用隧道掌子面超前注漿，隧道埋深為30m到60m時，應(yīng)根據(jù)工程具體情況選擇注漿類型。除此之外，水泥水玻璃雙液漿的注漿堵水過程要求先注無水孔，再注水孔。在無水地段可從拱腳處向上逐孔向上注漿，注漿的速度是從快到慢，并逐孔做好注漿記錄，其工藝流程如圖2所示。

圖2 注漿施工工藝流程

注漿壓力應(yīng)根據(jù)巖性、注漿目的、施工條件、涌水壓力等因素應(yīng)在現(xiàn)場試驗(yàn)確定，注漿壓一般為0.5∽1Mpa。在注漿開始時，施工技術(shù)人員應(yīng)采用分級升壓控制注漿壓力，不能將壓力值直接升級到規(guī)定的最大數(shù)值，應(yīng)該由低到高逐漸提升，并選擇間歇式注漿方法。準(zhǔn)備注漿前，在施工現(xiàn)場依據(jù)實(shí)際注漿測定水泥水玻璃雙液漿的凝膠時間，并與試驗(yàn)室室內(nèi)試驗(yàn)所測得的凝膠時間進(jìn)行對比，得出施工中實(shí)際凝膠時間比試驗(yàn)室測出的時間稍長。一般而言，間歇時間控制在3到8分鐘內(nèi)。另外，灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿，施工技術(shù)人員應(yīng)先查明原因，并根據(jù)具體情況，采取表面封堵、低壓濃漿、限流、限量、間歇灌漿等方法處理[2]。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，我國的隧道施工技術(shù)得到了一定的發(fā)展。在隧道施工的過程中，采用水泥水玻璃雙液漿注漿堵水的技術(shù)是十分可行的，水泥水玻璃雙液漿因其特性，能夠使?jié){液的凝固時間在可控范圍內(nèi)，并使其在滲水區(qū)段內(nèi)凝結(jié)在一起，不僅具有堵水防滲的作用，還有良好的加固效果，在很大程度上降低了隧道工程的施工難度。

[1] 趙慧鋼.淺析水泥水玻璃雙液漿在隧道中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013,(28):192.

[2] 劉彥林.水泥-水玻璃漿液注漿在隧道施工中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2008,35(3):75-77.