一种用于盾构施工的同步双液注浆质量评价方法与流程

1.本发明涉及盾构施工注浆技术领域，特别涉及一种用于盾构施工的同步双液注浆质量评价方法。


背景技术：

2.合理地开发和利用城市地下空间，有利于城市空间结构的优化和城市交通状况的改善，对促进地下空间与城市整体同步发展，推动城市外延扩张与内涵提升协调发展，提高城市的综合承载能力具有重要的意义。盾构法凭借其对周围环境影响小、自动化程度高、施工快速、优质高效、安全环保等优点，逐渐在我国的地下工程施工尤其是地铁施工领域得到广泛的应用和发展。
3.在盾构掘进过程中，开挖间隙的产生是导致地层变形的重要原因，通过采用良好性能的浆液填充开挖间隙可以有效防止盾尾上部土体塌落，控制地表的沉降。同步注浆还有利于盾构姿态控制，有利于提高隧道拼装质量。
4.双液浆相对于单液浆区别，具有以下区别：两者成分不同，双液浆成分包括水泥、膨润土、稳定剂、水等等，单液浆成分包括水泥、砂、水；两者胶凝时间不同，双液浆早期强度大，胶凝时间短；单液浆流动性好，凝固后强度大；两者稳定性不同，双液浆易堵管，耐久性差；单液浆容易被地下水稀释。因而单液浆的质量评价方法并不适用于双液浆的评价。
5.双液浆因其凝胶时间短、固结强度高等优点，在实际工程中拥有更好的密实性、和抗渗性，但由于不同地层、施工条件下需要不同适配比的浆液。目前国内盾构施工采用双液浆同步注浆案例较少，不同地质环境对双液浆性能要求不尽相同，国内尚没有完善的盾构施工双液浆性能指标体系及方法。为了充分发挥双液浆在工程中的优势，制定科学合理的同步双液注浆质量评价方法十分必要。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种用于盾构施工的同步双液注浆质量评价方法，具体技术方案如下：
7.本发明提供的用于盾构施工的同步双液注浆质量评价方法，包括以下步骤：
8.s1、根据双液浆的注浆性能要求，选取实施双液浆的多个性能指标作为一级评价指标，并确定各一级评价指标所属关联的二级评价指标；
9.s2、根据各级评价指标的划分，运用层次分析法建立评价指标层次结构模型，并得到所述评价指标层次结构模型的各层次指标对应权重；
10.s3、制定与所述二级评价指标关联的评分标准以及所述双液浆整体得分的评价等级；
11.s4、对待测的双液浆按照各二级评价指标进行参数测定，并依据所述评分标准进行打分输入至所述评价指标层次结构模型，结合各层次指标对应权重，以得到最终得分；
12.s5、依照待测的双液浆的最终得分得到相应的评价等级，判断所述评价等级是否
满足相应工程所需的等级，若满足，则待测的双液浆性能合格，若不满足，则需重新调配双液浆。
13.进一步地，所述一级评价指标包括状态指标、反应指标和强度指标，所述状态指标所属的二级评价指包括凝胶时间和粘度，所述反应指标所属的二级评价指包括泌水率和结石率，所述强度指标所属的二级评价指包括抗压强度和水路强度比。
14.进一步地，所述凝胶时间的权重范围为0.6-0.65，所述粘度的权重范围为0.1-0.15，所述泌水率的权重范围为0.01-0.0.015，所述结石率的权重范围为0.065-0.07，所述抗压强度的权重范围为0.15-0.16，所述水路强度比的权重范围为0.03-0.035。
15.进一步地，所述双液浆成分包括水泥、膨润土、稳定剂、水和水玻璃。
16.进一步地，在步骤s2中，利用两两比较法确定出所述评价指标层次结构模型的判断矩阵，并对判断矩阵进行一致性检验。
17.进一步地，若一致性验证没有通过，则重新进行构建评价指标层次结构模型。
18.进一步地，在步骤s3中，每个二级评价指标均有相应的评分标准，所述评分标准包括评分等级以及与评分数值，每个评分等级对应到相应二级评价指标参数测定值的一个预设范围，同时对应到一个评分数值。
19.进一步地，所述评分等级包括a、b、c、d、e、f；a、b、c、d、e、f评分等级对应的评分数值分别对应15、10、8、5、3、2。
20.进一步地，利用专家经验法确定所述评分标准。
21.进一步地，所述双液浆整体得分的评价等级包括1级、2级、3级、4级和5级，所述1级、2级、3级、4级、5级的分数范围分别为(13,15]、(10,13]、(7,10]、(4,7]、[2,4]。
[0022]
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：能够全面地准确地描述不同配比参数的双液浆各项特征性能，并进行等级判别，为盾构施工同步双液注浆提供依据。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]
图1是本发明实施例提供的用于盾构施工的同步双液注浆质量评价方法流程示意图。
具体实施方式
[0025]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0026]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用
的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0027]
在本发明的一个实施例中，提供了一种用于盾构施工的同步双液注浆质量评价方法，参见图1，包括以下步骤：
[0028]
s1、根据双液浆的注浆性能要求，选取实施双液浆的多个性能指标作为一级评价指标，并确定各一级评价指标所属关联的二级评价指标；
[0029]
s2、根据各级评价指标的划分，运用层次分析法建立评价指标层次结构模型，并得到所述评价指标层次结构模型的各层次指标对应权重；
[0030]
s3、制定与所述二级评价指标关联的评分标准以及所述双液浆整体得分的评价等级；
[0031]
s4、对待测的双液浆按照各二级评价指标进行参数测定，并依据所述评分标准进行打分输入至所述评价指标层次结构模型，结合各层次指标对应权重，以得到最终得分；
[0032]
s5、依照待测的双液浆的最终得分得到相应的评价等级，判断所述评价等级是否满足相应工程所需的等级，若满足，则待测的双液浆性能合格，若不满足，则需重新调配双液浆。
[0033]
根据注浆材料及方法不同，选择能反映盾构施工同步双液注浆质量的评价指标，建立盾构施工同步双液注浆质量的综合评价体系。所述评价指标是由层次分析法构造而成，所述综合评价体系包括多层自上而下依次设置的：总目标、一级评价指标、二级评价指标。
[0034]
其中，所述一级评价指标包括状态指标、反应指标和强度指标，所述状态指标所属的二级评价指包括凝胶时间和粘度，所述反应指标所属的二级评价指包括泌水率和结石率，所述强度指标所属的二级评价指包括抗压强度和水路强度比，如下表所示：
[0035][0036]
一般描述浆液基本性能的指标有：黏度、表面密度、分层度、保水性、胶凝时间、抗压强度、抗冻性能、自然干燥收缩值、泌水率、结石率、抗渗性等指标，种类多，测定繁琐。本实施例考虑盾构施工同步双液注浆的施工作业环境、施工要求和工艺参数，选取黏度、胶凝时间、抗压强度、泌水率、结石率5项主要影响因素指标，同时盾构施工同步双液注浆方法一般用于富水地层，水陆强度比用于描述浆体的抗水分散性能，可以反映双液浆注入富水地层后的分散状态，将水陆强度比纳入双液浆评价指标体系。
[0037]
各评价二极指标的测定方法分别如下：
[0038]
(1)凝胶时间：浆液从全部成分混合时起至不能流动为止所需的时间。测定凝胶时间，采用倒杯法测定浆液从全部成分混合时起至不能刘栋为止所需的时间。
[0039]
(2)结石率：注浆材料硬化后的体积与浆液初始体积的比值。
[0040]
采用250ml的量筒，材料、形状和尺寸应符合现行国家标准《实验室玻璃仪器量筒》gb/t12804的规定，量筒应配备密封盖。
[0041]
将量筒放置在水平面上，向量筒填灌同步注浆材料浆液245ml
±
5ml，静置1min后，应及时测量并记录初始浆液表面刻度a0,然后严盖。
[0042]
静置3d后测定硬化浆体表面对应刻度值a3，结石率hr按下式计算：
[0043][0044]
(3)抗压强度，抗压强度试验方法参照《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》。
[0045]
(4)粘度，黏度参照《公路桥涵施工技术规范》测定。
[0046]
(5)泌水率，测定3h泌水率；
[0047]
采用250ml的量筒，材料、形状和尺寸应符合现行国家标准《实验室玻璃仪器量筒》
gb/t12804的规定，量筒应配备密封盖。
[0048]
将量筒放置在水平面上，向量筒填灌同步注浆材料浆液245ml
±
5ml，静置1min后，应及时测量并记录初始浆液表面刻度a0，然后严盖。
[0049]
静置3h后分别测量泌水表面对应刻度值a1和浆体表面对应刻度值a2，泌水率br按下式计算：
[0050][0051]
(6)水陆强度比，水中成型注浆材料与空气中成型注浆材料28d龄期抗压强度之比。
[0052]
在本发明的一个实施例中，所述同步双液注浆质量评价方法涉及的评价指标紧扣双液浆的工作特性，从浆液拌制完成到硬化后性能到耐久性测试，选取了可充分描述双液浆全形态特征的评价指标。运用层次分析法建立评价指标层次结构模型，并得到评价指标层次模型的各层次指标对应权重；构造判断矩阵，计算判断矩阵的最大特征值，进行归一化处理，分配权重值，验证一致性；若本步骤中一致性验证通过，则进行下一步；若一致性验证没有通过，则重新进行构建评价指标层次结构模型；制定盾构施工同步双液注浆质量的评价等级和评分标准，以便于确定各指标的得分；通过权重计算和加权处理，得出盾构施工同步双液注浆质量的最终综合得分。
[0053]
其中，所述指标权重是通过运用层次分析法构造判断矩阵，计算判断矩阵的最大特征值和特征向量，进行归一化处理并验证一致性后而得到的。所述评分标准是根据国内工程实践中通用的专家经验法确定的。所述盾构施工同步双液注浆质量的最终综合得分是由各评价指标的得分及其相对应的指标权重累计求和后得到的综合得分。
[0054]
本实施例以ahp法为依据，在全面考虑各项影响因素的前提下，提出了一种科学的盾构施工同步双液注浆质量的评价方法，能够从更为全面、客观、准确的角度对不同配比方案下盾构施工同步双液注浆的质量进行综合评价。
[0055]
在本发明的一个实施例中，利用两两比较法确定出所述评价指标层次结构模型的判断矩阵，并对判断矩阵进行一致性检验。若一致性验证没有通过，则重新进行构建评价指标层次结构模型。
[0056]
具体地，根据评价指标的相对重要性构造判断矩阵，在综合评价体系中，由两两比较法确定出判断矩阵x＝{x
ij
}n×n，其中x
ij
取值如表下所示：
[0057]
序号x
ij
取值含义11指标i与j的重要性相等23指标i的重要性略高于指标j35指标i的重要性高于指标j47指标i的重要性大大高于指标j59指标i的重要性远超于指标j62n(n＝1,2,3,4)指标相对于指标j的重要性介于相邻判断的中间值
[0058]
由同样方法即可得到方案层各评价指标相对于准则层相应指标的判断矩阵。构造判断矩阵后，需对判断矩阵进行一致性检验，其指标ci的定义为：
[0059][0060]
其中：λ
max
为最大特征值，n为矩阵阶数；ci为一致性指标，ci越接近0，则说明该矩阵的一致性越高，ci值越大，则说明矩阵的一致性越低。
[0061]
当判断矩阵为三阶及以上矩阵时，还可用一致性比率cr来检验判断矩阵的一致性，cr为ci和平均随机一致性指标ri之比：
[0062][0063]
当cr＜0.1时，判断矩阵的不一致程度在可接受范围之内；当cr＞0.1时，则判断矩阵的不一致程度过高，一致性检验没有通过，需要重新调整判断矩阵。
[0064]
计算各判断矩阵的最大特征值γ
max
以及与之对应的特征向量w，如目标层矩阵的最大特征值和特征向量的积aw为：aw＝γ
max
×w[0065]
对计算所得的各判断矩阵的最大特征值wi进行归一化处理，处理后的结果为：
[0066][0067]
通过ahp的层次推进，依次得到方案层和准则层各评价指标的权重，由方案层各二级指标相对于准则层和目标层的权重以及准则层相对于目标层的权重，得到方案层各评价指标相对于目标层的权重：
[0068][0069]
式中，w
ci
代表方案层第i个评价指标si相对于目标层的权重，w
fsij
代表方案层评价指标si相对于准则层第j个评价指标fj的权重；w
fj
代表准则层元素fj相对于目标层的权重。
[0070]
其中，评价指标的评分标准根据国内工程实践中通用的专家经验法确定，在盾构施工同步双液注浆质量评价实例中，所述评分标准包括评分等级以及与评分数值，每个评分等级对应到相应二级评价指标参数测定值的一个预设范围，同时对应到一个评分数值。将同步双液注浆的配合比方案层评价指标分为了a、b、c、d、e、f六个评分等级，规定每个评分等级的分值为：a＝15分，b＝10分，c＝8分，d＝5分，e＝3分，f＝2分。
[0071]
根据上述的评分等级和评分标准，确定出每个评价指标的具体得分。在得到各方案层评价指标的得分后，即可计算出目标层的最终得分：
[0072][0073]
式中，u代表盾构施工同步双液浆质量评价的最终得分，yi代表方案层第i个评价指标si的得分，w
si
代表方案层第i个评价指标si相对于目标层的权重。所述双液浆整体得分的评价等级按照性能从高到低包括1级、2级、3级、4级和5级，所述1级、2级、3级、4级、5级的分数范围分别为(13,15]、(10,13]、(7,10]、(4,7]、[2,4]。
[0074]
在本发明的一个实施例中，对bj改造工程第4标段施工所用同步双液注浆质量进行评价。所述双液浆成分包括水泥、膨润土、稳定剂、水和水玻璃等。根据评价指标的相对重要性构造判断矩阵，在综合评价体系中，由两两比较法确定出判断矩阵，对判断矩阵进行一致性检验，其指标ci值为0.032，λ
max
为3.065，cr为0.062，一致性检验通过。在模型中的各级评分如下：
[0075]
二级指标权重评分凝胶时间s110.608910粘度s120.12188泌水率210.01358结石率s220.067815抗压强度s310.15715水陆强度比s320.031410
[0076]
对各项评价指标的得分值进行加权处理，得到最终得分10.86，说明该浆液质量为2级，满足其施工需要3级及其以上的要求，可以进行使用。
[0077]
本发明提供的用于盾构施工的同步双液注浆质量评价方法建立了一种反映双液浆性能的指标集，可以全面的准确的描述不同配比参数的双液浆各项特征性能；其涉及的评价指标紧扣双液浆的工作特性，从浆液拌制完成到硬化后性能到耐久性测试，选取了可充分描述双液浆全形态特征的评价指标。
[0078]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。