淺析水泥水玻璃雙液漿在隧道中的應用

摘 要：進入到新世紀以來，隨著我國國民經濟水平的高速發展，我國的公路交通行業也得到了快速的發展，而在地鐵隧道的掘進等地下工程的施工過程中，通常都會遇到大量涌水和突水的問題，而主要的治理對策就是開挖前進行預注漿以及施工后進行補注漿的操作，常規的純水泥漿液的凝結時間難以控制，所以堵水的效果也并不理想。而以水泥漿和水玻璃為主劑的新型液體漿材，其不但能夠提高注漿的結石率，同時也加快了水泥漿液的凝結速度，從而取得良好的快速排水的效果。文章便對水泥水玻璃雙液漿的原材料和反應機理以及水泥水玻璃雙液漿在隧道施工中的應用情況兩個方面的內容進行了詳細的分析和探析，從而詳細的論述我國公路隧道施工過程中水泥水玻璃雙液漿的應用情況。

關鍵詞：水泥水玻璃；隧道施工；反應機理

1 水泥水玻璃雙液漿的原材料和反應機理

1.1 雙液漿的原材料

通常情況下，水泥水玻璃雙液漿的原材料是由水玻璃、水泥以及緩凝劑所共同組成的，其中水玻璃的模度應是在2.8-3.1的范圍內的，而普通的硅酸鹽水泥應是新鮮的，并且其強度等級應是高于32.5的，而在選擇緩凝劑時建議采用工業上用的碳酸氫二鈉。

1.2 水泥和水玻璃的反應機理

導致水泥出現凝結以及硬化現象的最主要的原因就是水泥水化的過程中，會析出具有較強凝膠性的膠體物質。通常情況下，水泥水化反應的過程中會生成氫氧化鈣、硅酸二鈣以及硅酸三鈣，然后再在反應物中加入水玻璃，水玻璃就會與液體中氫氧化鈣發生化學反應，從而生成具有一定強度的凝膠體水化硅酸鈣，所以水泥的水化速度就被大幅度的提升了，而水泥凝結以及硬化的時間也被大幅度的縮短了。其具體的化學反應公式為：3CaO·SiO2+nH2O→2CaOSiO2（n-1）H2O+Ca（OH）2和Ca（OH）2+Na2O·nSiO2+mH2O→CaO·nSiO2·mH2O+2NaOH。

在水玻璃和氫氧化鈉發生化學反應的過程中，膠體物質會不斷生成，并且越累積越多，而結石體的強度也會隨之越來越高，因此，水泥水玻璃雙液漿結石體的最初強度是由氫氧化鈣與水玻璃的化學反應所決定的，而漿液結石體的后期的強度則就是由水泥本身水化作用所決定的了。在水泥水化反應的過程中，由于所生成的氫氧化鈣的量是一定的，所以所加入水玻璃的量也應是一定的，否則如果水玻璃加入的量過多時，整個體系就會被慢慢稀釋，從而導致固結體的強度降低，因此水泥與水玻璃的配合比應是科學合理的。

1.3 磷酸氫二鈉的作用機理

在制備水泥水玻璃雙液漿的過程中，還必須加入另外一種重要的化學物質，此類物質就是磷酸氫二鈉，由于漿液發生化學反應的過程可能只需要2-3秒的時間就可以完成，而化學反應的外在表現就是雙液漿會瞬間出現凝結的現象，因此施工的可操作性是很差的。此時如果加入了磷酸氫二鈉，那么在水泥顆粒的表面就會形成一層抗溶解性能極強的磷酸鈣，水泥正常水化的過程就會被放慢。因此，Ca（OH）2析出的速度也會變慢，化學反應的時間被延長了，所以在發生化學反應的幾分鐘甚至是幾十分鐘的時間內就可以任意的調節雙液漿的凝結時間了。

2 水泥水玻璃雙液漿在隧道施工中的應用情況

2.1 注漿的目的

在充分分析了隧道工程施工特點的基礎上，依據劈裂灌漿的原理并且選擇水泥水玻璃雙液漿的注漿方法，能夠保證漿液的凝固時間是在可控的范圍內的，并且提高了漿液結石體的早期強度和漿液的結石效率，在灌漿的壓力相對較高的情況下，應保證漿液能夠克服底層的抗拉強度和初始應力，避免土地結構出現被擾動和被破壞的情況，在黃土層中形成新的孔隙以及裂縫，這樣就大大的提高了飽和黃土層的可灌性以及漿液擴散的實際距離。在黃土層的孔隙和裂縫中，水泥和水玻璃這兩種液體能夠充分混合并且迅速的凝結在一起，從而形成網狀的漿脈，這樣就會強制性的擠出土體中的一部分水分，同時自身也會吸收一部分水分，這樣土體的含水量就被大大的降低了。

2.2 注漿的技術參數

（1）漿液的配合比。在施工現場進行試驗和統計時，為了保證飽和黃土層具備良好的可灌性以及漿液有充分的擴散距離，建議選擇的漿液配合比為：水泥漿的水灰比應為0.75：1-1.0：1，水泥形勢選擇42.5的普通硅酸鹽水泥；而水玻璃的模數則為2.8-3.1的范圍內，其溶液的濃度應為35-40；至于雙漿液的配合比則為水玻璃：水泥=0.5：1-1.0：1。（2）注漿的壓力。注漿壓力的選擇與黃土層的強度、密度、鉆孔的深度、最初的應力以及注漿的順序等很多因素都是緊密相關的，在進行注漿操作的過程中，如果出現了漿液向著剪切破壞滑動面的方向發展的情況，并且被加固的土層的埋深很淺時，就會出現地表冒漿的現象，因此注漿時必須選擇合適的劈裂注漿極限壓力。（3）漿液的擴散半徑。這里的漿液擴散半徑指的并不是漿液擴散的最遠距離，而是指符合工程實際需求的擴散距離。設計人員設計擴散半徑時，不應選取平均值，而應選擇多數條件下能夠達到的數值，黃土在水平方向和豎直方向上的滲透性是有所差異的，所以在確定擴散半徑時，應根據現場的實際試驗情況來確定。

2.3 注漿的工藝控制

（1）隧道施工中的水泥水玻璃雙液漿注漿技術主要分為掌子面朝前注漿以及地表注漿兩大類，如果隧道工程的埋深是不大于30m的，那么建議采用地表注漿的加固技術，而如果隧道工程的埋深是大于了60m時，則建議采用掌子面超前注漿的加固技術的。而埋深在30m-60m的范圍內時，則應根據實際的情況來選擇注漿加固的技術。（2）由于水泥水玻璃雙液漿的注漿加固過程通常都是采用分段的注漿工藝的，所以如果選用了地表注漿的技術，那么就應選擇下行式的分段注漿方法，而如果選擇了掌子面超前注漿技術，則應選擇由外向內的逐段式的注漿方法。（3）注漿的順序應是由外向內按順序進行的，地表注漿時采用垂直注漿的方法，而掌子面超前注漿時選用放射狀注漿的方法。（4）控制注漿量時應采用定量注漿的方法，漿液的濃度會越來越濃，而在不擾動黃土層的前提下，注漿量應控制每分鐘在15-30L的范圍內，然后視每個循環的壓力情況再進行加密補漿，直至符合要求。（5）控制注漿壓力時應采用分段升壓法，壓力值應從低到高逐漸升高，選擇間歇式的注漿方式，而具體的間歇時間則是由漿液的膠凝時間所決定的。由于施工時的實際膠凝時間是要遠大于試驗時所測出的時間，因此建議較為合理的間歇時間應是在3-8分鐘的范圍內。

2.4 注漿加固的效果

通過對實驗室的分析以及實際工程情況進行分析后，采用水泥水玻璃雙液漿注漿完成后，在施工過程中進行開挖觀察并經過了鉆孔取樣我們發現：漿液在土體中是呈脈狀分布的，結石體的平均抗壓強度為3.5MPa，拱部開挖時的環境溫度要高于洞內其他地方的溫度，掌子面處的軟泥被擠出，地下水也從裂縫中被排出了，土體的含水量有了明顯的下降趨勢，土體從原來的軟塑形轉變成為硬塑形，其力學特性得到了明顯的改善，從而滿足了隧道施工的實際需求。

通過以上的論述，我們對水泥水玻璃雙液漿的原材料和反應機理以及水泥水玻璃雙液漿在隧道施工中的應用情況兩個方面的內容進行了詳細的分析和探討。在隧道施工的過程中，應用水泥水玻璃雙液漿灌漿技術是十分可行的，大大的降低了隧道工程的施工難度，加固效果良好，并且也為施工提供了十分便利的條件，是一種適應性較強的加固方法，通過在實驗室內以及施工現場所做的試驗，對水泥水玻璃雙液漿的施工工藝和注漿技術參數進行了一定的總結，為今后的隧道工程的施工和設計提供了參考。

參考文獻

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