本发明属于地下工程处理注浆技术领域，尤其涉及一种适用于隧道施工采空区充填处理的新型填充膏浆。
背景技术：
在采空区修建隧道，经常面临着突水突泥、掌子面坍塌的风险，给隧道的修建带来施工难点。采空区的地层较松散，处于不稳定状态，隧道开挖扰动后容易造成隧道坍塌。隧道上覆采空区容易造成突水突泥或掌子面塌落，下伏采空区则易造成隧道塌陷。目前，注浆充填是工程实践中广泛采用的处理采空区的措施。
现阶段工程上进行采空区注浆充填处理常用的灌浆材料有：普通水泥浆、水泥粉煤灰浆液和水泥-水玻璃双液浆等。其中，普通水泥浆存在浆液结石率低、抗水分散性差等缺陷；水泥粉煤灰浆液的早期强度较低，粉煤灰的来源受限；水泥-水玻璃双液浆的凝结时间难于把控，浆液灌注工艺较复杂，注浆效果受施工水平影响较大。因此，研制一种适用于采空区充填注浆的材料已成为本领域亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种结石率高、填充效果好、绿色环保、原料廉价易得、凝结时间可控、配制便捷且现场施工操作简单的适用于隧道施工采空区充填处理的新型填充膏浆。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种适用于隧道施工采空区的填充膏浆，所述填充膏浆主要由粘土原浆、水泥和水配制而成，所述粘土原浆主要由粘土和水搅拌而成，所述填充膏浆中添加有改性剂，所述改性剂包括掺量为所述水泥质量0.5-1.5％的偏铝酸盐和掺量为所述水泥质量0.2-0.4％的木质素磺酸盐。若偏铝酸盐掺量过大，则浆液凝结速度较快，容易堵管，可灌性差；若掺量过小则达不到加速浆液凝结的作用。若木质素磺酸钙掺量过大，则浆液的流动性太大，不宜控制。因此，选用上述偏铝酸盐和木质素磺酸盐的掺量范围可以获得较好的效果。
作为对上述技术方案的进一步改进：
优选的，所述粘土原浆和水泥的质量比为(2-3)：1。
更优选的，所述粘土原浆的比重为1.20-1.35g/cm3。
更优选的，所述粘土原浆中粘土的塑性指数不小于14，粘土中粒径小于0.005mm的粘粒的数量不少于30％。在此条件下粘土与水泥的结合效果最优，浆液性能更好。
优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥42.5，该水泥通过80μm方孔筛后的筛余量不大于5％。
更优选的，所述填充膏浆中粘土和水泥的总质量与水的质量之比为(0.8-1.5)：1，填充膏浆的比重为1.3-1.6g/cm3。在此配合比下，浆液的基本性能和力学性能最优。
更优选的，所述填充膏浆的流动度为102-150mm。该流动度数据通过截锥圆模测得，作为隧道施工采空区的填充膏浆应该具有适宜的流动度，若流动度太小将不利于膏浆的灌注，若流动度太大将导致膏浆扩散太远造成浪费，综合考虑，流动度在110-150mm之间较为合适。
更优选的，所述填充膏浆的初凝时间为5-25min，结石率不小于95％。填充膏浆的凝结时间应该适中，如果初凝时间太短将不利于灌注，而终凝时间太长则不利于早期强度的产生。结石率大，浆料不会发生沉淀析水现象，对采空区的填充效果较好。
优选的，所述偏铝酸盐为偏铝酸钠；所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钙。
优选的，所述填充膏浆凝结后的28d抗压强度不低于2MPa。满足隧道施工采空区填充处理抗压强度要求，可使隧道安全通过采空区。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的填充膏浆成本低，所用水泥、粘土等原材料价格低廉且易于获取。
(2)该填充膏浆配制方便快捷，凝结时间可控，并且现场施工工艺简单。
(3)该填充膏浆流动度适中、稳定性好、结石率高，可很好地满足隧道采空区的充填处理要求。
(4)该填充膏浆绿色环保，不会对环境造成污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的填充膏浆凝结后的外观形态照片。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
本发明适用于隧道施工采空区的填充膏浆的一种实施例，该填充膏浆主要由粘土原浆、水泥和水配制而成。其中，采用粘土制浆机将原状粘土和水制成粘土原浆，粘土原浆的比重为1.20，粘土原浆的质量为7.2kg，粘土的塑性指数不小于14，粘土中粒径小于0.005mm的粘粒的数量不少于30％。水泥为普通硅酸盐水泥42.5，该水泥通过80μm方孔筛后的筛余量不大于5％，水泥的质量为2.5kg，粘土原浆与水泥的质量比为2.88:1。水的加入量为21.6kg。该填充膏浆中还添加有改性剂，该改性剂包括速凝剂偏铝酸钠和减水剂木质素磺酸钙，其中，偏铝酸钠的掺入量为25g(为填充膏浆中水泥质量的1％)，木质素磺酸钙的掺入量为5g(为填充膏浆中水泥质量的0.2％)。该填充膏浆可作为超前小导管对掌子面前方进行注浆的浆料，防止掌子面突水突泥及上覆采空区坍塌。
对该填充膏浆的比重、流动度、初凝时间、结石率以及填充膏浆凝结后的3d抗压强度、7d抗压强度和28d抗压强度进行测试，测试结果如表2所示。
实施例2：
本发明适用于隧道施工采空区的填充膏浆的一种实施例，该填充膏浆主要由粘土原浆、水泥和水配制而成。其中，采用粘土制浆机将原状粘土和水制成粘土原浆，粘土原浆的比重为1.25，粘土原浆的质量为7.5kg，粘土的塑性指数不小于14，粘土中粒径小于0.005mm的粘粒的数量不少于30％。水泥为普通硅酸盐水泥42.5，该水泥通过80μm方孔筛后的筛余量不大于5％，水泥的质量为3.5kg，粘土原浆与水泥的质量比为2.14:1。水的加入量为15kg。该填充膏浆中还添加有改性剂，该改性剂包括速凝剂偏铝酸钠和减水剂木质素磺酸钙，其中，偏铝酸钠的掺入量为38g(为填充膏浆中水泥质量的1.08％)，木质素磺酸钙的掺入量为5g(为填充膏浆中水泥质量的0.14％)。该填充膏浆可作为超前小导管对掌子面前方进行注浆的浆料，防止掌子面突水突泥及上覆采空区坍塌。
对该填充膏浆的比重、流动度、初凝时间、结石率以及填充膏浆凝结后的3d抗压强度、7d抗压强度和28d抗压强度进行测试，测试结果如表2所示。
实施例3：
本发明适用于隧道施工采空区的填充膏浆的一种实施例，该填充膏浆主要由粘土原浆、水泥和水配制而成。其中，采用粘土制浆机将原状粘土和水制成粘土原浆，粘土原浆的比重为1.30，粘土原浆的质量为7.8kg，粘土的塑性指数不小于14，粘土中粒径小于0.005mm的粘粒的数量不少于30％。水泥为普通硅酸盐水泥42.5，该水泥通过80μm方孔筛后的筛余量不大于5％，水泥的质量为3.5kg，粘土原浆与水泥的质量比为2.22:1。水的加入量为11.7kg。该填充膏浆中还添加有改性剂，该改性剂包括速凝剂偏铝酸钠和减水剂木质素磺酸钙，其中，偏铝酸钠的掺入量为25g(为填充膏浆中水泥质量的0.71％)，木质素磺酸钙的掺入量为10g(为填充膏浆中水泥质量的0.2％)。该填充膏浆可作为超前小导管对掌子面前方进行注浆的浆料，防止掌子面突水突泥及上覆采空区坍塌。
对该填充膏浆的比重、流动度、初凝时间、结石率以及填充膏浆凝结后的3d抗压强度、7d抗压强度和28d抗压强度进行测试，测试结果如表2所示。
实施例4：
本发明适用于隧道施工采空区的填充膏浆的一种实施例，该填充膏浆主要由粘土原浆、水泥和水配制而成。其中，采用粘土制浆机将原状粘土和水制成粘土原浆，粘土原浆的比重为1.35，粘土原浆的质量为8.1kg，粘土的塑性指数不小于14，粘土中粒径小于0.005mm的粘粒的数量不少于30％。水泥为普通硅酸盐水泥42.5，该水泥通过80μm方孔筛后的筛余量不大于5％，水泥的质量为3.0kg，粘土原浆与水泥的质量比为2.7:1。水的加入量为10.13kg。该填充膏浆中还添加有改性剂，该改性剂包括速凝剂偏铝酸钠和减水剂木质素磺酸钙，其中，偏铝酸钠的掺入量为25g(为填充膏浆中水泥质量的0.83％)，木质素磺酸钙的掺入量为15g(为填充膏浆中水泥质量的0.5％)。该填充膏浆可作为超前小导管对掌子面前方进行注浆的浆料，防止掌子面突水突泥及上覆采空区坍塌。
对该填充膏浆的比重、流动度、初凝时间、结石率以及填充膏浆凝结后的3d抗压强度、7d抗压强度和28d抗压强度进行测试，测试结果如表2所示。
表1为本发明实施例1-4中4种填充膏浆(分别用T1、T2、T3和T4表示)的配比列表，表2为本发明实施例1-4中4种填充膏浆的性能测试结果。
表1 填充膏浆正交设计各组配比
表2 填充膏浆性能测试结果
由表2可见，本发明实施例1-4中(T1、T2、T3和T4)填充膏浆的比重在1.3-1.6g/cm3之间，流动比在102-150mm之间(该数据通过截锥圆模测得)，结石体3天抗压强度为0.9-2MPa，7天抗压强度为1-2.6MPa，28天抗压强度不低于2MPa。结石率不小于95％。图1为本发明的填充膏浆凝结后的外观形态照片。
由此可见，本发明的填充膏浆流动度适中、结石率高、凝结时间可控，可以很好地满足隧道采空区的充填处理要求，确保隧道安全通过。
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。