基于雙液灌漿技術(shù)的南方隧道圍巖加固應(yīng)用綜述

黃 皓 陳智科

（廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程系， 廣西 南寧 530007）

0 引言

南方地區(qū)地下水豐富，我國(guó)南方隧道在施工期間由地下水引發(fā)的主要地質(zhì)災(zāi)害是涌水和滲水，灌漿加固技術(shù)是解決這一工程問(wèn)題的有效手段之一。灌漿加固可有效提高砂層的物理力學(xué)性質(zhì)，砂土體力學(xué)性能依賴于注漿材料力學(xué)性質(zhì)，二者成線性關(guān)系[1]，施工使用范圍廣泛。利用顆粒流模型對(duì)灌漿過(guò)程進(jìn)行模擬，土體灌漿后，漿體進(jìn)入土體顆?？紫?，漿液在高壓下可以劈裂充填，土體孔隙率降低，增加土體密實(shí)性，從而降低了土層的滲透系數(shù)[2]。由于實(shí)際灌漿應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，本文嘗試對(duì)適用各類富水地層的灌漿加固模式和灌漿參數(shù)選擇進(jìn)行綜合論述，為南方地區(qū)的隧道施工提供參考。

1 單液灌漿和雙液灌漿

隧道動(dòng)土地區(qū)為了提高土體及圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，必要時(shí)對(duì)土體及圍巖進(jìn)行灌漿加固，通常的灌漿方式為灌漿灌漿或者雙液灌漿。單液灌漿是最傳統(tǒng)的灌漿方式，所謂的單液指的是以水泥為主要的灌漿材料，通過(guò)配置好的水泥漿液注入需要加固的土體或者圍巖中，填塞并且驅(qū)走縫隙中的水分，從而達(dá)到粘固周圍土體，加固和堵水的作用。單液灌漿的優(yōu)點(diǎn)是材料來(lái)源廣泛，材料價(jià)格低，工藝成熟，但單液灌漿在南方地區(qū)富水地層進(jìn)行加固時(shí)效果卻不理想。這是由于地下水流速較快，傳統(tǒng)水泥漿液容易被稀釋、分散而無(wú)法凝固成結(jié)石體，喪失其堵水的作用[3]。

雙液灌漿是適用范圍更廣泛的另一種灌漿方式，所謂的雙液通常采用的是以水泥或水泥膠和水玻璃做為主要的灌漿材料，將兩種材料混合在一起進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成水泥膠，水泥膠和水泥漿相比，其凝結(jié)的速度更快，能在短時(shí)間內(nèi)迅速凝結(jié)且強(qiáng)度高，迅速堵塞流水通道，達(dá)到快速堵漏和止水的目的。與單液灌漿相比，雙液灌漿的材料來(lái)源也十分廣泛，價(jià)格較低，但與單液灌漿需較長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間不同，其反應(yīng)凝結(jié)的時(shí)間能極大的縮減，故而在南方地區(qū)特別是在富水地層有著更為廣泛的應(yīng)用且防漏止水效果更好。比如在廣州地鐵一號(hào)線楊箕至體育西路區(qū)間的隧道施工就采用了雙液灌漿法來(lái)解決隧道施工過(guò)程中的涌水問(wèn)題[4]。

鑒于南方地區(qū)多有富水土層，因此在對(duì)此類地層進(jìn)行灌漿加固時(shí)，選用灌漿材料一方面應(yīng)具有不分散的特性，另一方面能迅速凝固形成具有一定強(qiáng)度的加固體[5]。水泥-水玻璃雙液灌漿材料豐富，價(jià)格低廉，對(duì)地下水和環(huán)境無(wú)污染，凝膠時(shí)間可在幾秒至幾十分鐘之間調(diào)節(jié)，終凝后的結(jié)石率在98%以上，對(duì)大孔隙地層和有壓地下水適應(yīng)能力強(qiáng)，在地下水流速較大的地層中可達(dá)到快速堵漏的目的，因此廣泛運(yùn)用于富水場(chǎng)地的涌水工程治理中[6-7]。

2 水泥-水玻璃雙液灌漿參數(shù)優(yōu)化

水泥-水玻璃漿液凝膠時(shí)間的長(zhǎng)短和結(jié)石強(qiáng)度決定了其可注性、流動(dòng)性及施工過(guò)程的可操作性，雙液漿中水玻璃的模數(shù)、水玻璃濃度、水灰比和外加劑等均會(huì)對(duì)其凝膠時(shí)間和結(jié)石強(qiáng)度造成影響，灌漿時(shí)應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際狀況選擇合理的參數(shù)。

2.1 水玻璃的模數(shù)

水玻璃的模數(shù)對(duì)水泥漿的凝結(jié)時(shí)間和結(jié)石強(qiáng)度有影響。當(dāng)水玻璃的模數(shù)較小時(shí)，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)石體的強(qiáng)度低；當(dāng)模數(shù)較大時(shí)，凝結(jié)時(shí)間短，結(jié)石體強(qiáng)度高。為了防止凝結(jié)時(shí)間慢或者在泥漿在管里就發(fā)生凝結(jié)的問(wèn)題，模數(shù)不宜取太小也不宜取太大。對(duì)于南方隧道施工圍巖加固來(lái)說(shuō)，水玻璃模數(shù)以2.41～2.8為宜[8]。

2.2 水玻璃濃度和水灰比

水玻璃濃度和水灰比對(duì)凝膠時(shí)間有重要影響。當(dāng)水灰比一定時(shí)，隨著水玻璃濃度的降低，雙液漿的凝膠時(shí)間隨之縮短，但影響不大；但當(dāng)水玻璃濃度一定時(shí)，隨著水灰比的降低，凝膠時(shí)間大幅縮短；同時(shí)在水灰比和水玻璃濃度一定時(shí)，增大水泥與水玻璃的體積比，會(huì)顯著提高凝膠速度[9-11]。水灰比在0.8～1.0之間，水玻璃波美度在35～45之間是水泥-水玻璃漿液的最佳配比。

2.3 外加劑

在水泥-水玻璃漿液中加入適當(dāng)外加劑，也可對(duì)漿液的凝膠時(shí)候進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)際施工時(shí)，可考慮加入少量磷酸氫二鈉（Na2HPO4）作為緩凝劑，可有效控制雙液漿的凝膠時(shí)間從而保證灌漿時(shí)漿液的擴(kuò)散半徑能達(dá)到預(yù)計(jì)要求[3]；在雙液漿中摻入一定量的粉煤灰代替水泥，制成的漿液在終凝后的固結(jié)強(qiáng)度更高，粉煤灰摻量的增加會(huì)延長(zhǎng)漿液的凝膠時(shí)間[12]。

3 結(jié)語(yǔ)

單液灌漿和雙液灌漿為兩種常見的加固方式。單液灌漿雖然成本價(jià)格低，工藝成熟，但其初凝和終凝時(shí)間慢故而對(duì)富水地層進(jìn)行加固時(shí)效果不理想，而雙液灌漿法（水泥-水玻璃）由于水玻璃的存在加速了其與水泥的化學(xué)反應(yīng)，兩種材料能在很短時(shí)間內(nèi)迅速形成強(qiáng)度較高的水泥膠，從而能在短時(shí)間內(nèi)迅速止水堵漏，故而在南方富水土層地區(qū)對(duì)土體和圍巖進(jìn)行加固時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮水泥-水玻璃雙液灌漿法。在水泥-水玻璃雙液灌漿法中，不同參數(shù)的選擇對(duì)結(jié)石強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間有著重要的影響，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況，從水玻璃的模數(shù)，水玻璃和水泥體積比以及外加劑等方面結(jié)合實(shí)際情況綜合考慮，選擇合理的參數(shù)。