一种高水压超大盾构隧道用同步注浆材料及其制备方法与流程

本发明属于注浆材料，具体涉及一种高水压超大盾构隧道用同步注浆材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的不断加快，为了缓解城市交通压力以及促进城际之间的发展合作，各大城市均积极建设地铁隧道、过江通道等，往往应用盾构法隧道施工，盾构隧道直径呈现不断增大的发展趋势。与以往盾构隧道相比，隧道直径的增加，管片拼装完成脱出盾尾后所受的浮力将成倍增长，管片上浮严重并可能导致管片开裂，同时威胁盾构姿态控制，盾构机在掘进过程中易发生“磕头”现象，且盾构姿态偏差过大将进一步造成管片拼装困难、错台甚至破损，严重影响隧道防水效果和后期运营安全。

2、对于超大直径盾构隧道，注浆口的间距远超过普通地铁盾构隧道，注浆材料凝结时间过短易导致灌浆管路堵塞、施工难度大，凝结时间过长易导致管片脱出盾尾后发生上浮现象；对于高渗透性地层、富水岩溶地层以及裂隙发育的富水岩质地层等富水环境，盾尾间隙被地下水充填，极易造成同步注浆作业时注浆浆液的稀释，使浆液水灰比等参数发生巨大变化，进而引发注浆料水下分散、凝结时间延长、后期强度严重不足，与此同时流失的胶凝材料还会污染附近水域，对生态环境造成严重影响。盾尾同步注浆具有控制管片上浮、减少地面沉降、传递荷载和构建首道防水抗渗屏障的重要功能，富水环境下超大直径盾构隧道对盾尾同步注浆质量提出更高要求。

3、同步注浆材料一般按注浆方式的差异可分为单液浆和双液浆，其中单液浆浆液流动性较好但凝结时间较长不利于管片抗浮，双液浆凝结时间快有利于管片抗浮。目前，在实际工程应用中双液浆的凝结时间调控主要是通过调整水玻璃自身的性能及掺量实现，但其凝结时间难以精准把控，实际施工时普遍存在堵管问题，限制了其在盾构隧道工程上的推广应用。与此同时，双液浆亦存在胶凝时间过快的问题，在a、b浆液混合后在十几秒乃至数秒的时间内即达到物理凝胶状态，散失流动性。通过查阅相关资料可知，引入酒石酸、柠檬酸钠等缓凝剂调节双液浆凝胶时间，但缓凝剂主要是通过影响水泥等胶凝组分的水化作用来影响凝结时间，对浆液的物理凝胶时间影响较小，无法达到调节浆液凝胶时间的目的。

4、此外，目前针对盾尾注浆材料抗水分散性差的问题，惯用做法为引入抗分散外加剂，增加颗粒之间粘聚作用，而抗分散外加剂一般为纤维素醚类和丙烯酸类絮凝剂，其在增强浆液水下抗分散性能的同时，亦对浆液的流动性、凝结时间影响较大。综上，针对同步注浆材料高流态、快凝结、抗分散等迫切需求，解决服役环境变化带来关键技术难题，亟待制备一种适用于高水压超大盾构隧道用同步注浆材料。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中同步注浆材料的流态、分散性、凝胶时间和凝结时间存在的问题，本发明提供了一种高水压超大盾构隧道用同步注浆材料，该注浆材料由a、b两种组分构成，其中a组分为水泥浆，b组分为水玻璃溶液。本发明所述的注浆材料凝胶时间和凝结时间可控可调，能有效防止浆液堵管且可实现快速填充管片与外围土体之间的间隙，同时浆液在富水环境下具有良好抗水分散性和高抗水溶蚀性能，保证浆液水下不分散、离析，可满足高水压、超大直径盾构隧道对同步注浆材料的性能需求。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种高水压超大盾构隧道用同步注浆材料，由a、b两种组分构成，其中a组分为水泥浆，包括水泥、膨润土、高活性矿物外加剂、粘度调节剂、稳定剂和水，b组分为水玻璃溶液；

4、所述a组分水泥浆各组分质量配比为：

5、

6、所述稳定剂包含增稠组分、离子沉淀组分以及缓凝组分。

7、所述b组分水玻璃溶液的波美度为30～40°，模数为3.2。

8、所述a组分与b组分的体积比为10～13:1。

9、所述高活性矿物外加剂选自偏高岭土、高岭土中的任意一种或两种的混合物；

10、所述粘度调节剂为陶粒细粉、凹凸棒土任意一种或两种的混合物；

11、所述陶粒细粉尺寸＜80μm。

12、所述水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥中任意两种或三种的混合物。且必须包含硅酸盐水泥，硅酸盐水泥占水泥质量分数不得低于70％。

13、所述增稠组分为水溶性纤维素醚、生物胶中的一种或两种混合物。

14、所述沉淀组分为偏铝酸钠、硫酸钠、亚硫酸钠、磷酸钠中的一种或多种混合物。

15、所述缓凝组分为糖钠、柠檬酸钠、酒石酸、磷酸二氢铵、三聚磷酸钠中的一种或多种混合物。

16、所述稳定剂中增稠组分、离子沉淀组分、缓凝组分的质量比例为：3-5:2-6:2-5。

17、本发明还提供了所述高水压超大盾构隧道用同步注浆材料的制备方法，其具体包括如下步骤：

18、(1)按质量配比加入水和膨润土材料，高速搅拌制得分散均匀的膨润土悬浮液；

19、(2)将稳定剂加入到制备好的膨润土悬浮液中，搅拌均匀，再一次性加入水泥、高活性矿物外加剂以及粘度调节剂材料，搅拌均匀制得a组分；

20、(3)将水泥浆a组分与水玻璃b组分直接混合、拌合均匀，即可制得所述的同步注浆材料。

21、本发明的有益效果：

22、本发明针对高水压超大盾构隧道对注浆材料的特殊需求，通过引入高活性矿物外加剂、粘度调节剂以及稳定剂来调控a组分水泥浆的浆液粘度、溶液离子状态以及水化活性等，使得a组分、b组分混合前，a组分性能稳定性较好、粘度适中、水化历程可控，再通过调整a组分和b组分的混合比例，继而达到改善注浆材料泌水率、凝胶时间、凝结时间以及浆液抗水分散性等性能，最终可实现注浆液慢凝胶快凝结、优异的抗水分散性和抗水溶蚀性，可解决现有注浆材料制备技术无法凝胶时间与凝结时间无法协同、浆液水下抗水分散差、需二次注浆等诸多难题，能够有效的填充管片与外围土体之间的空隙，同时有利于控制管片上浮及变形，保证工程高质量平稳高效推进。

技术特征：

1.一种高水压超大盾构隧道用同步注浆材料，其特征在于，由a、b两种组分构成，其中a组分为水泥浆，包括水泥、膨润土、高活性矿物外加剂、粘度调节剂、稳定剂和水，b组分为水玻璃溶液；

2.根据权利要求1所述高水压超大盾构隧道用同步注浆材料，其特征在于，所述b组分水玻璃溶液的波美度为30～40°，模数为3.2。

3.根据权利要求1所述高水压超大盾构隧道用同步注浆材料，其特征在于，所述稳定剂中增稠组分、离子沉淀组分、缓凝组分的质量比例为：3-5:2-6:2-5。

4.根据权利要求1所述高水压超大盾构隧道用同步注浆材料，其特征在于，所述陶粒细粉尺寸＜80μm。

5.根据权利要求1所述高水压超大盾构隧道用同步注浆材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥中任意两种或三种的混合物，其中硅酸盐水泥占水泥质量分数不得低于70％。

6.权利要求1-5所述高水压超大盾构隧道用同步注浆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种高水压超大盾构隧道用同步注浆材料及其制备方法，属于水泥基材料技术领域。所述高水压超大盾构隧道用同步注浆材料由A、B两种组分构成，其中A组分为水泥浆，包括水泥、膨润土、高活性矿物外加剂、粘度调节剂、稳定剂和水，B组分为水玻璃溶液；所述A组分与B组分的体积比为10～13:1。本发明所述的同步注浆材料具有抗水分散性好、慢凝胶时间和快凝结时间以及高抗水溶蚀性能，浆液凝胶时间和凝结时间可控可调，避免浆液堵管且快速有效填充管片与外围土体之间的间隙，同时浆液在富水环境下具有良好的粘聚性不易离析分散，可满足高水压、超大直径盾构隧道对同步注浆材料的性能需求。技术研发人员：夏中升,沙建芳,郭飞,刘建忠受保护的技术使用者：江苏苏博特新材料股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5