砂卵石地层隧道超前导管注浆试验研究及应用

2013-08-21贾少山

山西建筑 2013年12期

贾少山

(中铁十二局集团第二工程有限公司，山西太原 030032)

1 概述

南水北调中线北京段西四环暗涵工程在开挖中穿越地层为砂层、卵砾石层，隧道开挖前采取超前小导管注浆，使砂层、卵砾石层固结达到一定强度，从而具有一定的支撑能力，在开挖时不易坍塌。为使超前小导管注浆更好的达到预期效果，同时在注浆后能迅速进行开挖缩短工序作业时间间隔，确定以下试验方案。

2 试验目的及内容

2.1 试验目的

同地段做对比试验，按设计步骤进行试验，相对调整试验参数进行，通过对比选择合适的注浆材料配合比，确定合理的施工孔距、排距、注浆体厚度和深度，选定注浆压力和时间，尽可能缩短注浆与开挖之间的时间间隔。

2.2 试验内容

1)注浆试验地段的选择。拟在进主洞的廊道下台阶刚开始开挖10 m范围内进行试验。2)注浆材料及设备:超前小导管采用无缝钢管φ25(外径)(如图1所示)，注浆设备采用GZJC双液注浆泵，高压胶管，搅拌机等。3)注浆试验孔的布置形式和数量见图2。外径为25 mm的超前小导管布置:竖向间距1 m，横向间距0.3 m，梅花形布置，试验打两排30孔，外插角7°～15°，导管长度1.70 m，外露20 cm。4)浆液配比:通过试验确定合理的浆液配合比。

图2 超前小导管布置示意图

3 浆液配置过程

3.1 改性水玻璃浆液

1)材料:水玻璃:模数 3.27，浓度 40 Be′;硫酸:浓硫酸(98%的工业硫酸，1.84 kg/L)。

2)改性水玻璃组成及制浆方法:甲液:水玻璃浓度15 Be′;采用浓度40 Be′水玻璃加水稀释，采用边加水边搅拌边用波美度计测浆液的方法进行，稀释水玻璃浓度在10 Be′～20 Be′之间。或加水体积由公式V原=V配×(d配－1)/(d原－1)。

由 V水=V配－V原得:V水∶V原=53∶23，水玻璃比重与波美度的关系为 d=145/(145 －Be′)计算。

乙液:14%硫酸。先算出1 L浓硫酸量所需加水量11.04 L即 V酸∶V水=1∶11.04。

3)改性水玻璃配合比:先经过试配改性水玻璃配合比确定最短凝结时间时试块抗压强度最高的配合比。现场做了三种配合比(见表1)。

表1 三种改性水玻璃配合比的浆液试验结果对比表

3.2 注双液水泥—水玻璃浆液

分别配制水泥浆和水玻璃浆，用双液注浆泵压注，在孔口混合浆液。

1)材料:水泥:新鲜的P.O42.5号普通硅酸盐水泥。水玻璃:模数3.27，浓度40 Be′。缓凝剂:磷酸氢二钠，工业品。2)双液水泥—水玻璃浆液组成及制浆方法。先经过试配双液水泥—水玻璃浆液配合比确定最短凝结时间时试块抗压强度最高的配合比。现场做了两种配合比(见表2)。

表2 两种双液水泥—水玻璃浆液配合比的浆液试验结果对比表

水泥浆∶水灰比(1～1.5)∶1(重量比)，缓凝剂掺量(1～3)%(根据凝结时间调整)。

水玻璃浆35 Be′。

配合比:水泥浆∶水玻璃 =1∶1 ～1∶0.6。

4 试验步骤

1)准备工作:制作小导管，材料设备到场并调试，喷混凝土封闭工作面。2)采用铁锤将小导管打入孔内。3)安设小导管，按要求角度打设，打入长度不小于管长的90%，打设到位后联结管路及密封孔口。4)注浆顺序原则上逐渐缩小孔距，由低到高。5)注浆压力控制在0.3 MPa～0.35 MPa，以免压爆注浆管，注浆量先根据公式Q=3.141 6×R2Ln计算。其中，R为浆液扩散半径;L为导管的长度;n为地层的孔隙率(取0.49)。计算结果Q=0.31 m3。

5 超前小导管注浆参数的确定

1)经过试验，表明配合比为稀释硫酸1(1∶6.0)14%∶稀释水玻璃2(1∶2.1)16 Be′的改性水玻璃浆液在卵石粒径小于5 cm的砂卵石地层中渗透性良好，扩散均匀，凝结时间较短，且能有效的控制超挖。配合比为水泥浆1(1∶1)∶稀释水玻璃1(1∶0.2)35 Be′的水泥—水玻璃浆液在卵石粒径大于5 cm的砂卵石地层中渗透性好，扩散均匀，虽凝结时间较长但可以节约成本。

2)浆液扩散半径:0.3 m。

3)浆液实注入量:0.22 m3。

4)注浆终压:0.35 MPa。