本发明涉及岩土工程富水砂砾层阀管注浆加固领域，尤其涉及盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料及开环方式。
背景技术：
盾构在砂砾土层施工过程中，盾构施工易引起周围土体扰动砂层失水，引起上覆砂砾层不均匀沉降超限，极易造成工作面坍塌、路面坍塌、周边建筑物倾斜与倒塌、管线断裂等事故。目前隧道内盾构同步注浆加固范围为盾构顶线上方2m范围内，2m以上需在地面放斜井钻机，采用水平钻孔钢阀管注浆工艺进行加固。要实现钢阀管定量注浆加固盾构顶线2m以上范围砂砾层，需研究一种适用水平钻孔钢阀管注浆用的套壳料，在注浆过程中，使浆液从钻孔壁与钢阀管壁间径向流动，迫使注浆浆液从径向注入地层。
现有套壳料配方和开环方式是针对袖阀管注浆法在垂直钻孔中注浆配制的，应用在水平钻孔中存在纵向封堵效果差，套壳料开环后浆液容易上串。因此，急需研发一种适用于盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，保证水平钻孔阀管注浆工艺的可行性及注浆效果。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提供一种待凝时间易于控制、封堵效果好、可以满足水平定位注浆重复多次注浆要求的盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，由黏土原浆、水泥、微硅粉、减水剂、甲酸钙和无机锂盐组成，黏土原浆的比重为1.20～1.35，黏土原浆与水泥的质量比为0.3～1.5，水泥与微硅粉质量比为10:1～20:1，减水剂的加入量为水泥质量的0.1％～3％，甲酸钙掺量为水泥质量的0.5％～8％，锂盐掺量为水泥质量的0.01％～2％。
上述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，黏土原浆由黏土粉和水组成；黏土粉的塑性指数大于或等于14，黏土粉的粒径小于或等于0.01mm并且粒径小于0.005mm的黏土粉占总黏土粉质量的百分比大于或等于60％。
上述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，黏土粉为高岭土、蒙脱石和伊利石中的一种或多种；水泥采用目数为500～900目的超细水泥；微硅粉的粒径小于或等于0.1um；减水剂为木质磺酸盐减水剂、聚羧酸减水剂和萘系减水剂中的一种或多种。
上述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，在施工现场，首先按照设定的比重将黏土粉加入到水中，搅拌均匀；然后加入微硅粉，搅拌均匀；再加入水泥和减水剂，搅拌均匀；最后加入甲酸钙和无机锂盐，搅拌均匀即可投入使用。
上述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，在施工现场使用所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料的方法如下：
(1-1)采用钻机在盾构隧道上部富水砂砾层中完成长距离水平注浆孔造孔，并全孔下入注浆阀管；将止浆塞连接在输浆管前端，并将止浆塞下入注浆阀管底部，膨胀止浆塞并检查止浆效果；
(2-1)在通过输浆管下放止浆塞的同时，按照上述方法开始套壳料的配制；
(3-1)连接泵与输浆管，并测试输浆管路连通；
(4-1)将吸浆管放入搅浆池、开启泵以泵送所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，充填注浆阀管与钻孔环形空间，待孔口稳定返出所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料后停泵；
(5-1)闷塞至所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料初凝时间后泄压，起出输浆管及止浆塞，随后用清水冲洗注浆阀管；
(6-1)密闭注浆阀管的孔口，等待所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料凝结后，进行定位注浆：下入注浆塞至指定注浆位置，膨胀注浆塞并检查止浆效果，同时完成注浆浆液配制，采用泵输送注浆浆液，注浆浆液挤碎注浆阀管橡胶套附近的套壳料固结体并流入地层，完成对富水砂砾层的加固，一段注浆完成之后，注浆塞泄压并冲孔，移动至新的注浆位置进行下一次注浆。
盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，由黏土原浆、水泥、微硅粉、减水剂、甲酸钙、无机锂盐，以及α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精中的一种或多种组成，黏土原浆的比重为1.20～1.35，黏土原浆与水泥的质量比为0.3～1.5，水泥与微硅粉质量比为10:1～20:1，减水剂的加入量为水泥质量的0.1％～3％，甲酸钙掺量为水泥质量的0.5％～8％，锂盐掺量为水泥质量的0.01％～2％，α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精中的一种或多种掺量为水泥质量的1％～3％；优选使用α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精的混合物，α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精的质量比为0.5～1:1～2:2～5。
上述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，黏土原浆由黏土粉和水组成；黏土粉的塑性指数大于或等于14，黏土粉的粒径小于或等于0.01mm并且粒径小于0.005mm的黏土粉占总黏土粉质量的百分比大于或等于60％。
上述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，黏土粉为高岭土、蒙脱石和伊利石中的一种或多种；水泥采用目数为500～900目的超细水泥；微硅粉的粒径小于或等于0.1um；减水剂为木质磺酸盐减水剂、聚羧酸减水剂和萘系减水剂中的一种或多种。
上述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，在施工现场，首先按照设定的比重将黏土粉加入到水中，在搅拌的条件下加入α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精中的一种或多种；然后加入微硅粉，搅拌均匀；再加入水泥和减水剂，搅拌均匀；最后加入甲酸钙和无机锂盐，搅拌均匀即可投入使用。
上述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，在施工现场使用所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料的方法如下：
(1-1)采用钻机在盾构隧道上部富水砂砾层中完成长距离水平注浆孔造孔，并全孔下入注浆阀管；将止浆塞连接在输浆管前端，并将止浆塞下入注浆阀管底部，膨胀止浆塞并检查止浆效果；
(2-1)在通过输浆管下放止浆塞的同时，按照上述方法开始套壳料的配制；
(3-1)连接泵与输浆管，并测试输浆管路连通；
(4-1)将吸浆管放入搅浆池、开启泵以泵送所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，充填注浆阀管与钻孔环形空间，待孔口稳定返出所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料后停泵；
(5-1)闷塞至所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料初凝时间后泄压，起出输浆管及止浆塞，随后用清水冲洗注浆阀管；
(6-1)密闭注浆阀管的孔口，等待所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料凝结后，进行定位注浆：下入注浆塞至指定注浆位置，膨胀注浆塞并检查止浆效果，同时完成注浆浆液配制，采用泵输送注浆浆液，注浆浆液挤碎注浆阀管橡胶套附近的套壳料固结体并流入地层，完成对富水砂砾层的加固，一段注浆完成之后，注浆塞泄压并冲孔，移动至新的注浆位置进行下一次注浆。
本发明的有益效果如下：
本发明的套壳料在形成套壳料固结体之后，不仅能够在注浆浆液的冲击下正常开环而使得注浆浆液从径向注入地层，而且纵向封堵效果好，不会发生套壳料开环后注浆浆液沿注浆阀管轴向上串。经过现场试验，本发明的套壳料在形成套壳料固结体之后，最高可以实现对富水砂砾层重复进行6次及以上的水平定位注浆，给现场注浆施工带来极大的便利，有利于每次注浆结束后详细观察注浆效果，并且根据注浆施工效果进行多次注浆，确保实现富水砂砾层的固结止水。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是水平注浆阀管下入注浆孔之后，采用本发明的套壳料充填环形空间示意图；
图2是本发明套壳料固结体凝固封堵注浆阀管与钻孔环形空间示意图；
图3是水平定位注浆中，浆液冲破套壳料固结体进入富水砂砾层加固示意图；
图中：
1、注浆阀管；2、止浆塞；3、输浆管；4、钻孔环形空间；5、注浆塞；6、套壳料浆液流动方向；7、套壳料固结体；8、浆液流动方向；9、浆液固结体；10、富水砂砾层；11、注浆花眼；12、盾构隧道拱顶；13、水平注浆钻孔；14、橡胶密封套。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例的盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料在广州地铁14号线姓钟围现场水平孔加固工程中进行试验，由黏土原浆、水泥、微硅粉、减水剂、甲酸钙和无机锂盐组成，黏土原浆的比重为1.25，1立方米黏土原浆使用水泥150千克、微硅粉12千克、减水剂1.8千克、甲酸钙3千克、碳酸锂3千克。黏土原浆由黏土粉和水组成；黏土粉的塑性指数为14，黏土粉的粒径小于或等于0.01mm并且粒径小于0.005mm的黏土粉占总黏土粉质量的百分比为60％。
本实施例中的黏土粉为高岭土，水泥采用目数为500～900目的po42.5水泥；微硅粉的粒径小于或等于0.1um；减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物。
在施工现场配制套壳料的方法如下：首先将高岭土粉加入到水中，搅拌均匀；然后加入微硅粉，搅拌均匀；再加入po42.5水泥和β-萘磺酸盐甲醛缩合物，搅拌均匀；最后加入甲酸钙和碳酸锂，搅拌均匀即可投入使用。
如图1至图3所示，在施工现场使用所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料的方法如下：
(1-1)采用钻机在盾构隧道上部富水砂砾层中完成长距离水平注浆孔造孔，并全孔下入注浆阀管1；将止浆塞2连接在输浆管3前端，并将止浆塞2下入注浆阀管1底部，膨胀止浆塞2并检查止浆效果；
(2-1)通过输浆管3下放止浆塞2的同时，按照本实施例的方法开始套壳料的配制；
(3-1)连接泵与输浆管3，并测试输浆管路连通；
(4-1)将吸浆管放入搅浆池、开启泵以泵送所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，充填注浆阀管1与钻孔环形空间4，待孔口稳定返出所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料后停泵；
(5-1)闷塞至所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料初凝时间后泄压，起出输浆管3及止浆塞2，随后用清水冲洗注浆阀管1；
(6-1)密闭注浆阀管1的孔口，等待所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料凝结后，进行定位注浆：下入注浆塞5至指定注浆位置，膨胀注浆塞5并检查止浆效果，同时完成注浆浆液配制，采用泵输送注浆浆液，注浆浆液挤碎注浆阀管橡胶套附近的套壳料固结体并流入地层，完成对富水砂砾层的加固，一段注浆完成之后，注浆塞泄压并冲孔，移动至新的注浆位置进行下一次注浆。
本实施例所用黏土粉是含水硅铝酸盐，其矿物成分为高岭石、蒙脱石、伊利石，具有吸水能力。
水泥颗粒溶解水化：3cao·sio2+nh2o＝2cao·sio2(n-1)h2o+ca(oh)2，水泥水化物ca(oh)2与黏土粒子发生离子交换反应，进而固结。
微硅粉是活性很高的细掺料，平均粒径小于0.1um，比水泥颗粒细两个数量级，几乎全是活性非晶态sio2，早期即能与水泥水化物ca(oh)2作用生成不溶性硅酸钠，提高套壳料密实性和脆性可提高套壳料脆性，增加开环后的破碎程度。
早强减水剂选用β-萘磺酸盐甲醛缩合物，它具有对水泥品种适应性好，引气量少等特点，减水增强效果显著，早强作用尤为明显，能提高套壳料的抗渗性，使其在富水环境下凝结成型。
使用1006型漏斗粘度计测量了套壳料的漏斗粘度、100ml量筒测量了套壳料的析水率，维卡仪测量了套壳料的塑性强度，压力机测试了抗压强度；具体实验结果见表1。
表1套壳料性能表
经施工现场试验，本实施例盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料在水平定位注浆施工中，最多可以对富水砂砾层重复进行3次水平定位注浆，不会发生注浆浆液从套壳料固结体与注浆阀管1之间沿注浆阀管1轴向向外渗浆或涌浆。
实施例2
本实施例的盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料同样也在广州地铁14号线姓钟围现场水平孔加固工程中进行试验，由黏土原浆、水泥、微硅粉、减水剂、甲酸钙和无机锂盐组成，黏土原浆的比重为1.25，1立方米黏土原浆使用水泥155千克、微硅粉11千克、减水剂1.5千克、甲酸钙5千克、碳酸锂2千克，以及α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精的混合物4.65千克，其中，α-环糊精为0.65千克、β-环糊精为1.5千克、γ-环糊精为2.5千克。黏土原浆由黏土粉和水组成；黏土粉的塑性指数为15，黏土粉的粒径小于或等于0.01mm并且粒径小于0.005mm的黏土粉占总黏土粉质量的百分比为83％。
本实施例中的黏土粉为高岭土和伊利石按照质量比为1：0.5组成的混合物，水泥采用目数为500～900目的po42.5水泥；微硅粉的粒径小于或等于0.1um；减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物。
在施工现场配制套壳料的方法如下：首先将高岭土粉和伊利石粉的混合物加入到水中，在搅拌的条件下加入α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精的混合物；然后加入微硅粉，搅拌均匀；再加入po42.5水泥和β-萘磺酸盐甲醛缩合物，搅拌均匀；最后加入甲酸钙和碳酸锂，搅拌均匀即可投入使用。
如图1至图3所示，在施工现场使用所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料的方法如下：
(1-1)采用钻机在盾构隧道上部富水砂砾层中完成长距离水平注浆孔造孔，并全孔下入注浆阀管1；将止浆塞2连接在输浆管3前端，并将止浆塞2下入注浆阀管1底部，膨胀止浆塞2并检查止浆效果；
(2-1)通过输浆管3下放止浆塞2的同时，按照本实施例的方法开始套壳料的配制；
(3-1)连接泵与输浆管3，并测试输浆管路连通；
(4-1)将吸浆管放入搅浆池、开启泵以泵送所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料，充填注浆阀管1与钻孔环形空间4，待孔口稳定返出所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料后停泵；
(5-1)闷塞至所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料初凝时间后泄压，起出输浆管3及止浆塞2，随后用清水冲洗注浆阀管1；
(6-1)密闭注浆阀管1的孔口，等待所述盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料凝结后，进行定位注浆：下入注浆塞5至指定注浆位置，膨胀注浆塞5并检查止浆效果，同时完成注浆浆液配制，采用泵输送注浆浆液，注浆浆液挤碎注浆阀管橡胶套附近的套壳料固结体并流入地层，完成对富水砂砾层的加固，一段注浆完成之后，注浆塞泄压并冲孔，移动至新的注浆位置进行下一次注浆。
使用1006型漏斗粘度计测量了套壳料的漏斗粘度、100ml量筒测量了套壳料的析水率，维卡仪测量了套壳料的塑性强度，压力机测试了抗压强度；具体实验结果见表2。
表2套壳料性能表
经施工现场试验，本实施例盾构顶线上覆富水砂砾层水平阀管注浆用套壳料在水平定位注浆施工中，最多可以对富水砂砾层重复进行6次水平定位注浆，不会发生注浆浆液从套壳料固结体与注浆阀管1之间沿注浆阀管1轴向向外渗浆或涌浆。
另外，单独使用α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精中的任意一种或两种，也可以提高对富水砂砾层进行重复水平定位注浆的次数，但是优选使用α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精按照质量比0.5～1:1～2:2～5组成的混合物，能够实现6次及以上的重复注浆，基本上可以满足大部分地质条件下的现场施工重复水平定位注浆需要。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。