基于双液灌浆技术的南方隧道围岩加固应用综述

黄 皓 陈智科

（广西建设职业技术学院 土木工程系， 广西 南宁 530007）

0 引言

南方地区地下水丰富，我国南方隧道在施工期间由地下水引发的主要地质灾害是涌水和渗水，灌浆加固技术是解决这一工程问题的有效手段之一。灌浆加固可有效提高砂层的物理力学性质，砂土体力学性能依赖于注浆材料力学性质，二者成线性关系[1]，施工使用范围广泛。利用颗粒流模型对灌浆过程进行模拟，土体灌浆后，浆体进入土体颗粒孔隙，浆液在高压下可以劈裂充填，土体孔隙率降低，增加土体密实性，从而降低了土层的渗透系数[2]。由于实际灌浆应用环境复杂，本文尝试对适用各类富水地层的灌浆加固模式和灌浆参数选择进行综合论述，为南方地区的隧道施工提供参考。

1 单液灌浆和双液灌浆

隧道动土地区为了提高土体及围岩的强度和稳定性，必要时对土体及围岩进行灌浆加固，通常的灌浆方式为灌浆灌浆或者双液灌浆。单液灌浆是最传统的灌浆方式，所谓的单液指的是以水泥为主要的灌浆材料，通过配置好的水泥浆液注入需要加固的土体或者围岩中，填塞并且驱走缝隙中的水分，从而达到粘固周围土体，加固和堵水的作用。单液灌浆的优点是材料来源广泛，材料价格低，工艺成熟，但单液灌浆在南方地区富水地层进行加固时效果却不理想。这是由于地下水流速较快，传统水泥浆液容易被稀释、分散而无法凝固成结石体，丧失其堵水的作用[3]。

双液灌浆是适用范围更广泛的另一种灌浆方式，所谓的双液通常采用的是以水泥或水泥胶和水玻璃做为主要的灌浆材料，将两种材料混合在一起进行化学反应而形成水泥胶，水泥胶和水泥浆相比，其凝结的速度更快，能在短时间内迅速凝结且强度高，迅速堵塞流水通道，达到快速堵漏和止水的目的。与单液灌浆相比，双液灌浆的材料来源也十分广泛，价格较低，但与单液灌浆需较长凝结时间不同，其反应凝结的时间能极大的缩减，故而在南方地区特别是在富水地层有着更为广泛的应用且防漏止水效果更好。比如在广州地铁一号线杨箕至体育西路区间的隧道施工就采用了双液灌浆法来解决隧道施工过程中的涌水问题[4]。

鉴于南方地区多有富水土层，因此在对此类地层进行灌浆加固时，选用灌浆材料一方面应具有不分散的特性，另一方面能迅速凝固形成具有一定强度的加固体[5]。水泥-水玻璃双液灌浆材料丰富，价格低廉，对地下水和环境无污染，凝胶时间可在几秒至几十分钟之间调节，终凝后的结石率在98%以上，对大孔隙地层和有压地下水适应能力强，在地下水流速较大的地层中可达到快速堵漏的目的，因此广泛运用于富水场地的涌水工程治理中[6-7]。

2 水泥-水玻璃双液灌浆参数优化

水泥-水玻璃浆液凝胶时间的长短和结石强度决定了其可注性、流动性及施工过程的可操作性，双液浆中水玻璃的模数、水玻璃浓度、水灰比和外加剂等均会对其凝胶时间和结石强度造成影响，灌浆时应根据工程实际状况选择合理的参数。

2.1 水玻璃的模数

水玻璃的模数对水泥浆的凝结时间和结石强度有影响。当水玻璃的模数较小时，凝结时间长，结石体的强度低；当模数较大时，凝结时间短，结石体强度高。为了防止凝结时间慢或者在泥浆在管里就发生凝结的问题，模数不宜取太小也不宜取太大。对于南方隧道施工围岩加固来说，水玻璃模数以2.41～2.8为宜[8]。

2.2 水玻璃浓度和水灰比

水玻璃浓度和水灰比对凝胶时间有重要影响。当水灰比一定时，随着水玻璃浓度的降低，双液浆的凝胶时间随之缩短，但影响不大；但当水玻璃浓度一定时，随着水灰比的降低，凝胶时间大幅缩短；同时在水灰比和水玻璃浓度一定时，增大水泥与水玻璃的体积比，会显著提高凝胶速度[9-11]。水灰比在0.8～1.0之间，水玻璃波美度在35～45之间是水泥-水玻璃浆液的最佳配比。

2.3 外加剂

在水泥-水玻璃浆液中加入适当外加剂，也可对浆液的凝胶时候进行调整。在实际施工时，可考虑加入少量磷酸氢二钠（Na2HPO4）作为缓凝剂，可有效控制双液浆的凝胶时间从而保证灌浆时浆液的扩散半径能达到预计要求[3]；在双液浆中掺入一定量的粉煤灰代替水泥，制成的浆液在终凝后的固结强度更高，粉煤灰掺量的增加会延长浆液的凝胶时间[12]。

3 结语

单液灌浆和双液灌浆为两种常见的加固方式。单液灌浆虽然成本价格低，工艺成熟，但其初凝和终凝时间慢故而对富水地层进行加固时效果不理想，而双液灌浆法（水泥-水玻璃）由于水玻璃的存在加速了其与水泥的化学反应，两种材料能在很短时间内迅速形成强度较高的水泥胶，从而能在短时间内迅速止水堵漏，故而在南方富水土层地区对土体和围岩进行加固时应优先考虑水泥-水玻璃双液灌浆法。在水泥-水玻璃双液灌浆法中，不同参数的选择对结石强度和凝结时间有着重要的影响，应根据工程的实际情况，从水玻璃的模数，水玻璃和水泥体积比以及外加剂等方面结合实际情况综合考虑，选择合理的参数。