一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液及其制备方法,所述浆液是改性水玻璃与水泥基浆液的混合物，所述改性水玻璃为A液；所述水泥基浆液为B液。改性水玻璃由硅酸钠和水按体积比1:1组成，所述B液的水泥基浆液由普通硅酸盐水泥、膨润土、外加剂和水组成；所述方法包括以下步骤：(1)A液配制采用的搅拌设备为双层搅拌槽，(2)B液配置设备采用高速制浆机，A液和B液通过双缸双液注浆泵即能实现A液和B液按体积比为1:1进行注浆，A液和B液的出浆体积比为1:1。本发明的优点是弥补了传统水泥?水玻璃双液注浆材料耐久性差、结石强度不高的特点，提高了浆液的均匀性和稳定性。
【专利说明】
一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液及其制备方法，属于自动控制技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，根据不同的地质和环境情况，现有的传统的暗挖隧道全断面超前注浆加固施工所选用注浆材料也不同。有机类化学浆液价格昂贵，不适用于大体积加固；现在常用的水泥-水玻璃双液注浆材料具有胶凝时间短、浆液不易流失固结率高等特点，能起到及时填充、加固、防水堵漏等目的，被广泛应用于暗挖隧道超前预注浆加固以及软地基加固等工程。但现在常用的水泥-水玻璃双液注浆材料存在着耐久性差、结石强度不高的问题，特别是对处于富水地层或有动水的情况下的暗挖隧道进行加固时，不能较好的兼顾地层注浆加固及及止水效果。申请号为CN201310548664.7的专利公开了一种千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液，由如下组分组成且各组分按重量份计:胶凝材料20-50份、比重调节材料1-50份、复合外加剂0.1-20份、水30-50份。本发明可通过比重调节材料精确调控浆液比重；利用复合外加剂的物理化学作用，凝结时间长可调控。申请号为CN201410234079.4的专利公开了一种埃洛石纳米管-磷酸铵盐复合材料及其制备方法和用途。具体而言，所述制备方法以埃洛石纳米管为吸附剂，先吸附水中的铵盐、磷酸盐，得到含磷氮埃洛石，再将金属盐与含磷氮埃洛石反应，制备埃洛石纳米管-磷酸铵盐复合材料。本发明将脱氮除磷与阻燃剂制备融为一体，不仅有效地去除了水中的氮磷，还原位制备了埃洛石纳米管-磷酸铵盐复合材料，对高分子具有阻燃和增强作用。在制备埃洛石纳米管-磷酸铵盐时，通过超声波处理和调整投料比，使反应温度较低，反应时间较短，复合物粒径较小且分散均匀。申请号为CN201110429158.7的专利公开了一种改性聚亚芳醚树脂、制法及由其制得的复合材料，其中改性聚亚芳醚树脂由以下各组分按下列配比组成:聚亚芳醚树月旨100?150份;改性剂20?40份；引发剂0.2?0.8份，改性聚亚芳醚树脂复合材料，其特征在于由以下重量份数的原料组成:改性聚亚芳醚树脂80?120份，苯乙烯类树脂130?150份，聚丙烯树脂20?30份，金属磷化物70?80份，有机磷化物10?20份，抗氧剂I?1.5份，少量的色母。申请号为的专利公开了 CN201210362370.0—种玻璃纤维增强尼龙66复合材料及其制备方法。该复合材料包含下列组分:尼龙6629.8-58.5份，玻璃纤维40份，磷酸盐玻璃1_30份，抗氧剂0.2-0.5份。其制备方法是将粉末化的尼龙66和磷酸盐玻璃粉末与玻纤熔融共混后挤出、造粒。本发明制备的玻璃纤维增强尼龙66复合材料具有较高玻纤填充量和较高熔体流动速率。申请号为CN201410040040.9的专利公开了一种致密的铌铝化碳-碳化铌复合材料及其制备方法。复合材料由碳化铌增强相与铌铝化碳基体组成，其中碳化铌占材料总体积的5?10 % ο制备方法:原料为铌粉、铝粉和石墨粉，原料摩尔配比为:η (Nb): η (Al): η(C) = (3.85?4.10):1:(2.67?2.91)。原料经物理机械方法混合匀后装入表面涂有保护涂层的石墨模具中冷压成型，然后在通有保护氛的热压炉中烧结，升温速率为15?30°C/分钟，烧结温度为1675?1725°C、烧结时间为I?2小时、烧结压力为25?30MPa。
[0003]综上所述，目前，制备的水泥浆液在气温较高或搅拌时间过长，易造成水泥浆液稳定性降低，固体颗粒分离和沉淀，导致浆液性能不能满足工程要求或失效废弃造成材料浪费。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液及其制备方法，本发明针对传统水泥-水玻璃双液浆不能有效兼顾地层加固强度及止水效果以及水泥浆液稳定性问题，通过在水泥和水玻璃双液浆的基础上加入一定比例的外加剂，对浆液性能进行改良，以期达到增强浆液的固结强度，提高其耐久性以及水泥浆液稳定性的目的，确保注浆加固和止水效果。
[0005]本发明公开的一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液是改性水玻璃与水泥基浆液的混合物，所述改性水玻璃为A液;所述水泥基浆液为B液。所述改性水玻璃由硅酸钠和水按体积比1:1组成，所述B液的水泥基浆液由普通硅酸盐水泥、膨润土、外加剂和水组成，所述外加剂即XPM剂。其中所述B液即水泥基浆液的水与灰的质量比为0.8:1?1:1，所述膨润土的掺入的质量为所述普通硅酸盐水泥掺入的质量的1.5%?2%，所述XPM剂的掺入的质量为所述普通硅酸盐水泥掺入的质量的3%?5%，其余为水;所述A液与所述B液按体积比为1:1混合。
[0006]本发明的隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液的制备方法包括以下步骤:
[0007](I)A液即改性水玻璃配制采用的搅拌设备为双层搅拌槽，具体包括以下步骤:
[0008](11)对硅酸钠与水按体积比1:1进行量取-依次放入上搅拌槽，；
[0009](12)混合搅拌均匀；
[0010](13)放入下搅拌槽待用；
[0011](2)B液即水泥基浆液配置设备采用高速制浆机，具体包括以下步骤:
[0012](21)对各成分对组成干料的水泥、膨润土进行称量；
[0013](22)干料混合搅拌均匀；
[0014](23)加入适量水与外加剂；
[0015](24)混合搅拌均匀；
[0016](25)存放于储浆桶中待注浆；
[0017](26)然后A液和B液通过双缸双液注浆栗即能实现A液和B液按体积比为1:1进行注浆，所述双缸双液注浆栗为卧式双作用往复式活塞栗，双缸独立，有两个吸、排浆口，能进行双液注浆作业，A液和B液的出浆体积比为1:1。
[0018]本发明的优点是:和传统水泥-水玻璃双液浆相比，本发明通过在水泥-水玻璃双浆液的基础上加入一定比例的外加剂，对浆液性能进行了改良，弥补了传统水泥-水玻璃双液注浆材料耐久性差、结石强度不高的特点，并且通过在水泥浆液中掺入适量的膨润土，提高了浆液的均匀性和稳定性，从而解决了暗挖施工时掌子面土体强度与止水效果不能兼而得之的问题。
【附图说明】
[0019]图1是本发明所述的隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液的制备方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。本发明公开的一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液是改性水玻璃与水泥基浆液的混合物，所述改性水玻璃为A液；所述水泥基浆液为B液。改性水玻璃由硅酸钠和水按体积比1:1组成，所述B液的水泥基浆液由普通硅酸盐水泥、膨润土、外加剂和水组成，所述外加剂即XPM剂。其中所述B液即水泥基楽液的水与灰的质量比为0.8:1?1:1，所述膨润土的掺入的质量为所述普通娃酸盐水泥掺入的质量的1.5%?2%，所述XPM剂的掺入的质量为所述普通硅酸盐水泥掺入的质量的3%?5%，其余为水;所述A液与所述B液按体积比为I: I混合。
[0021]本发明的隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液的制备方法包括以下步骤:
[0022](I)A液即改性水玻璃配制采用的搅拌设备为双层搅拌槽，具体包括以下步骤:
[0023](11)对硅酸钠与水按体积比1:1进行量取-依次放入上搅拌槽；
[0024](12)混合搅拌均匀；
[0025](13)放入下搅拌槽待用；
[0026](2)B液即水泥基浆液配置设备采用高速制浆机，具体包括以下步骤:
[0027](21)对各成分对组成干料的水泥、膨润土进行称量；
[0028](22)干料混合搅拌均匀；
[0029](23)加入适量水与外加剂；
[0030](24)混合搅拌均匀；
[0031](25)存放于储浆桶中待注浆；
[0032](26)然后A液和B液通过双缸双液注浆栗即能实现A液和B液按体积比为1:1进行注浆，所述双缸双液注浆栗为卧式双作用往复式活塞栗，双缸独立，有两个吸、排浆口，能进行双液注浆作业，A液和B液的出浆体积比为1:1。
[0033]本发明的隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液的制备方法的步骤如图1所示，所述A液为改性水玻璃;所述B液为水泥基浆液。在所述A液与B液配置完成后，采用双缸双液注浆栗进行待注浆，双缸双液注浆栗为双缸等量同时分别栗送A液和B液，所述A液与B液通过注浆管在孔内按A液与B液的体积比1:1混合。
[0034]本发明以中国深圳地铁7号线西丽站C、D出入口暗挖通道全断面深孔预注浆加固工程为例，该工程全断面深孔注浆采用ZLJ-350二重管坑道钻机实施“钻注一体化，分段后退式”的注浆施工方案。二重管钻机注浆就是在普通水泥-水玻璃双浆液基础上加入一定比例的外加剂，同时利用专用二重管钻机实现钻进并及时注浆。二重管钻机注浆适用任意角度注浆孔注浆，其钻杆为特质二重管，钻杆头部有混合器，能实现钻进至设计位置后，立即利用钻杆实施注浆。
[0035]注浆材料为水泥-水玻璃双浆液。所述普通硅酸盐水泥采用P042.5普通硅酸盐水泥，所述B液为水泥基浆液的水与灰的质量比为0.8:1?1:1;硅酸钠(水玻璃原浆)浓度为30?40波美度，模数2.6?2.8;水玻璃原浆与水的体积比为1:1，调配出改性水玻璃作为A液，然后所述改性水玻璃即A液与所述水泥基浆液即B液按体积比1:1混合，即为本发明所述隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液。所述B液即水泥基浆液由P042.5普通硅酸盐水泥、膨润土、外加剂和水组成，所述外加剂即XPM剂。其中所述B液即水泥基浆液的水与灰的质量比为0.8:1?1:1，所述膨润土掺入的质量为所述P042.5普通硅酸盐水泥掺入的质量的1.5%?2%，所述XPM剂掺入的质量为所述P042.5普通硅酸盐水泥掺入的质量的3%?5%，其余为水。
[0036]所述膨润土掺入的质量为所述普通硅酸盐水泥掺入的质量的1.5%?2%，能提高浆液的均匀性和稳定性，且结石具有微膨胀性，能防止固体颗粒分离和沉淀；
[0037]XPM剂具有以下作用:(I)XPM剂能促进水泥水化反应的进程，并提高其强度；(2)XPM剂使水泥浆液耐久性增强。由于XPM剂是无机中性矿物外加剂，掺入浆液中，减水率为35%?37%，抗压强度提高2倍?3倍，抗渗指标P40，耐腐蚀提高5倍?30倍，是工程永久性的保障材料。
[0038]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液，其特征在于，是改性水玻璃与水泥基浆液的混合物，所述改性水玻璃为A液;所述水泥基浆液为B液，所述改性水玻璃由硅酸钠和水按体积比1:1组成，所述B液的水泥基浆液由普通硅酸盐水泥、膨润土、外加剂和水组成，所述外加剂即XPM剂。2.根据权利要求1所述的一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液，其特征在于，所述B液即水泥基浆液的水与灰的质量比为0.8:1?1:1。3.根据权利要求1所述的一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液，其特征在于，所述膨润土的掺入的质量为所述普通硅酸盐水泥掺入的质量的1.5%?2%。4.根据权利要求1所述的一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液，其特征在于，所述XPM剂的掺入的质量为所述普通硅酸盐水泥掺入的质量的3%?5%，其余为水。5.根据权利要求1所述的一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液，其特征在于，所述A液与所述B液按体积比为I: I混合。6.如权利要求1所述的一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)A液即改性水玻璃配制采用的搅拌设备为双层搅拌槽， (2)B液即水泥基浆液配置设备采用高速制浆机。7.根据权利要求6所述的一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)具体包括以下步骤: (11)对硅酸钠与水按体积比1:1进行量取-依次放入上搅拌槽； (12)混合搅拌均匀； (13)放入下搅拌槽待用。8.根据权利要求6所述的一种隧道掘进全断面超前复合材料注浆浆液的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下步骤: (21)对各成分对组成干料的水泥、膨润土进行称量； (22)干料混合搅拌均匀； (23)加入适量水与外加剂； (24)混合搅拌均匀； (25)存放于储浆桶中待注浆； (26)然后A液和B液通过双缸双液注浆栗即能实现A液和B液按体积比为1:1进行注浆，所述双缸双液注浆栗为卧式双作用往复式活塞栗，双缸独立，有两个吸、排浆口，能进行双液注浆作业，A液和B液的出浆体积比为1:1。
【文档编号】E21D11/10GK105967538SQ201610296322
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】吴亚伟, 刘建军, 张伟明, 肖勇, 胡亚军
【申请人】中国水利水电第十工程局有限公司, 中国水利水电第十一工程局有限公司