盾构隧道水下岩溶可控注浆用的套壳料及其配制方法与流程

本发明涉及岩土工程基础处理注浆领域，尤其涉及盾构隧道水下岩溶可控注浆用的套壳料及其配制方法。
背景技术：
：现有盾构隧道施工表明，注浆工艺在处理富水型岩溶或松散地层时，存在浆液易稀释、扩散范围难于掌控、卡管固管发生频繁等问题，导致盾构机在施工过程中易发生盾构栽头、刀具(盘)损伤，岩溶突泥(水)、卡机等工程事故。为此，提出将改良的可控袖阀管注浆工艺和适宜富水孔隙地层的可控粘土水泥膏浆相结合，形成一种简单可控的盾构隧道富水松散地层可控注浆法。该法的核心是如何快速配制两种可控浆材，尤其是一种可控套壳料。其中，可控套壳料注入后应具备一定强度，且避免出现扩散范围太大，能起到“止水固壁”和“固管止浆”的作用。“止水固壁”即套壳料径向扩散至地层内，达到固孔止水的效果；“固管止浆”即套壳料轴向扩散至注浆孔内，使花管在注浆过程中不受灌注浆液影响，保持垂直稳定，且防止注入可控粘土水泥膏浆时，浆液从孔壁与花管壁间轴向冒浆，注浆时迫使可控粘土水泥膏浆径向灌入地层。现套壳存在凝结时间难于调控，纵向封堵效果差，轴向扩散难于控制等问题。因此，如何快速配制一种适用于该工法的盾构隧道水下岩溶可控注浆用套壳料，保证该工法的可行性及注浆效果，已成亟待解决的问题。技术实现要素：本发明目的在于提供一种盾构隧道水下岩溶可控注浆用的套壳料及其配制方法，以解决现套壳存在凝结时间难于调控，纵向封堵效果差，轴向扩散难于控制的技术问题。为实现上述目的，本发明提供了一种盾构隧道水下岩溶可控注浆用的套壳料，套壳料由粘土原浆、水泥、水及粉煤灰组成，粘土原浆是由粘土和水搅拌而成，粘土原浆的比重为1.20～1.35，水泥与粉煤灰质量比为1～1.5:1。作为本发明的套壳料的进一步改进：优选地，套壳料比重为1.3～1.6，粘土原浆比重1.25，水泥与粉煤灰质量比为1:1～1.5:1。优选地，套壳料的2h析水率小于5％，性能满足(GBl75—2007)标准的有关要求；水泥净浆圆模测得的流动度为150mm～300mm，水泥净浆的粘度500ml为20s～90s。若流动度太小、粘度太大，均不利于套壳料扩散；若流动度太大、粘度太小，导致套壳料扩散太远，不利于膏浆注浆。优选地，水泥为32.5级普通硅酸盐水泥，水泥细度通过80μm方孔筛的筛余量不大于5％。优选地，粘土为优质粘土(较纯的优质粘土或高纯粘土均可)或粉质粘土，塑性指数不小于14，粒径小于0.005mm的粘粒不少于30％。优选地，套壳料：3d抗压强度小于0.3MPa，6d抗压强度小于0.6MPa，注浆过程中塑性强度为0.1KPa～100KPa。若塑性强度和抗压强度较大，则膏浆无法径向劈裂套壳料进入地层，达不到灌注效果；若塑性强度和抗压强度太小，则导致膏浆易于劈裂套壳料，从注浆孔口溢出。优选地，套壳料凝结时间为15min～300min。作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种盾构隧道水下岩溶可控注浆用的套壳料的配制方法，包括以下步骤：S1：通过室内正交试验测得套壳料所需的工程指标；S2：对工程指标进行回归分析，得到各组分与工程指标之间的回归曲线；S3：根据工程实际需求，确定套壳料中的粘土原浆的比重、粉煤灰的质量和水泥的质量。作为本发明的配制方法的进一步改进：优选地，工程指标包括流动度、塑性强度和抗压强度。优选地，回归分析包括：对工程指标进行多元回归分析，回归模型采用二阶混料规范多项式。优选地，步骤S3中，是通过建立线性多目标数学模型进行优化处理，来确定粘土原浆的比重、粉煤灰的质量和水泥的质量。本发明具有以下有益效果：1、本发明的盾构隧道水下岩溶可控注浆用的套壳料，配合可控水泥膏浆，保证膏浆径向注入地层，而不轴向外溢，能提高盾构隧道水下岩溶注浆防渗加固效果，具有稳定性强、水下抗分散性强、凝结时间可调、强度可调、绿色环保及经济实惠等优点。2、本发明的盾构隧道水下岩溶可控注浆用的套壳料的配制方法，根据工程需求，快速确定浆液的配方，能节省大量试验时间，效率高。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是可控注浆工艺及套壳料的结构示意图；图2是本发明优选实施例的套壳料塑性强度随时间变化图；图3是本发明优选实施例的套壳料粘度趋势图；图中各标号表示：1、高压脉动灌浆泵；2、灌浆软管；3、灌浆管；4、高压止浆气塞；5、高压气管；6、气压源；7、改良型袖阀管；8、底部高强塑料封口管；9、高强塑料连接环；10、可控套壳料；11、可控膏浆。具体实施方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。图1是可控注浆工艺及套壳料的结构示意图。施工时，采用钻孔设备自上而下分段钻孔成孔，在作业孔内安装改良型袖阀管组件，并用高强塑料连接环9固定，安装带有高压止浆气塞4的灌浆管3及其他灌浆组件，改良型袖阀管7底部设有底部高强塑料封口管8，高压止浆气塞4通过高压气管5与气压源6连通。高压脉动灌浆泵1通过灌浆软管2连接灌浆管3，借助高压脉动灌浆泵1可产生瞬时高压促使可控套壳料10通过灌浆管3从改良型袖阀管7的孔眼灌入到改良型袖阀管7与作业孔之间的环状间隙中，直至套壳料从孔口溢出；在套壳料未完全凝固之前，再次借助高压脉动灌浆泵1可产生瞬时高压促使可控膏浆11通过灌浆管3从改良型袖阀管7孔眼经由套壳料横向灌入地层内，自下而上连续对灌浆段进行均匀有效的可控性灌浆。实施例1～16：实施例1～16的套壳料，主要由粘土原浆、水泥、水及粉煤灰组成，粘土原浆的比重控制在1.20～1.35之间，水泥与粉煤灰质量比1:1～1.5:1，实施例1～16的套壳料的原料配比如表1所示。表1包括均匀设计的16组配比(实施例1～16)，其中原浆均为6L，1～4组原浆比重1.20，5～8组原浆比重1.25，9～12组原浆比重1.30，13～16组原浆比重1.35，表中各组分数据均以质量单位kg计。表1均匀设计各组配比实施例12345678910111213141516原浆4.84.84.84.85.05.05.05.05.25.25.25.28.18.18.18.1水泥0.540.801.091.340.800.541.341.091.091.340.540.802.001.601.200.80粉煤灰0.540.801.091.340.800.541.341.091.091.340.540.802.001.601.200.80经室内试验测试，实施例1～16的性能见表2。表2套壳料性能测试结果实施例17：表2中的试验结果(工程指标)进行数据分析，采用IBM-SPSS软件建立各因素与套壳料比重、塑性强度及抗压强度之间的回归关系。设原浆质量为X1，水泥质量为X2、粉煤灰质量为X3，套壳料比重为G，3d抗压强度为P3、7d抗压强度为P7，流动度L。可得到如下关系式(回归函数)：某盾构隧道水下岩溶处理施工现场需要配置套壳料性能为1.35≤G≤1.60，130mm≤L≤190mm，P3≤0.3MPa，P7≤0.6MPa。通过上述的回归函数，利用matlab优化工具箱fgoalattain函数建立线性多目标数学模型，可得到浆液的配比为：X1＝5.2、X2＝0.80、X3＝0.80，即每60L比重为1.25的原浆需添加8kg粉煤灰和8kg普通硅酸盐水泥(32.5)。图2为套壳料塑性强度随时间的变化曲线，由图2可知，随着时间的推移，浆液塑性强度增大，但5天后仍不足14kPa，表明套壳料凝结时间缓慢且强度低。(图2中，x轴为时间，单位每天；y轴为塑性强度，单位kPa)。图3表示不同容积下套壳料粘度测试结果，由图3可知，套壳料粘度适宜，且利于纵向封堵，轴向可控扩散。(图3中，x轴为容积，单位ml；y轴为时间，单位s)。实施例18：本实施例的盾构隧道水下岩溶可控注浆用的套壳料的配制方法，包括以下步骤：S1：通过室内正交试验测得套壳料所需的工程指标；S2：对工程指标(此处工程指标主要指施工和注浆效果要求，如：可泵性、凝结时间、流动度、塑性强度、抗压强度等及结石体强度，防渗性等)进行回归分析，得到各组分与工程指标之间的回归曲线。回归分析包括：对工程指标进行多元回归分析，回归模型采用二阶混料规范多项式。S3：根据工程实际需求，是通过建立线性多目标数学模型进行优化处理，来确定粘土原浆的比重、粉煤灰的质量和水泥的质量。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。当前第1页1 2 3