一种早强型隧道注浆材料制造技术

一种早强型隧道注浆材料，包括水泥、水以及粉煤灰，其中，粉煤灰和水泥的重量比为(0.5～1):1，水的质量与水泥与粉煤灰的总质量的比为(0.48～0.5):1。针对软弱松散破碎地层隧道大变形灾害特点，充分实现了地层注浆加固和锚杆注浆加固的高强快硬性能，4h抗压强度>10MPa；能及时有效发挥加固和悬吊作用，经渭武高速木寨岭隧道现场实际应用，效果极其显著。另外，流动性较好，初凝时间为40±5min。本发明专利技术涉及的水泥粉煤灰浆不仅能渗透到松散破碎地层的节理裂隙中，且结石率高，能有效起到加固围岩和提供抗拔力的作用。并且价格低廉，适合推广。

【技术实现步骤摘要】
一种早强型隧道注浆材料
本专利技术涉及一种早强型隧道注浆材料，属于注浆材料

技术介绍
我国是世界上隧道工程规模最大、数量最多、修建速度最快的国家。截至2016年底已建成公路隧道14040km/15181座，截至2017年底已建成铁路隧道15781km/14700座，到2020年，我国高速铁路建成里程达3万公里(现有2.2万公里)，需新增0.8万公里；高速公路建成里程达15万公里(现有13.1万公里)，需新增1.9万公里。另外，规划也指出：中西部地区交通发展短板明显，相对滞后，要强化中西部地区通道建设。中西部地区迎来了新一轮的交通基础设施建设高潮。中西部地区以山地和重丘为主，地形地质条件复杂多变，发展交通必然会遇到大量的隧道工程。随着隧道建设标准和建设规模的提高，安全高效地穿越高地应力软岩地区面临巨大挑战，特别是穿越软弱松散破碎岩层时，高地应力软岩大变形问题突出，现有的隧道理论方法和建设技术水平已经不能满足工程防灾减灾的需求。例如：2017年9月建成通车的兰渝铁路木寨岭隧道长19.1km，围岩以碳质板岩为主，施工过程中发生大变形，最大收敛变形达2.59m，最大拱部沉降达1.81m，造成初期支护与二次衬砌侵限、开裂、局部塌陷，被迫频繁拆换拱架，造成工期延误33个月，社会影响恶劣。按照注浆对象和目的不同，隧道内注浆可分为：地层加固注浆、塌方体注浆、隧道止水注浆、锚杆注浆等4大类。地层注浆和锚杆加固(如让压锚杆)是控制软弱松散破碎地层大变形最有效、最常见的工程措施。因此，浆液的性能对隧道注浆工程来讲尤为重要。注浆材料是加固软弱围岩形成加固圈和承载拱及提供锚杆锚固力的关键。在注浆工程的设计中，浆液的选择是重要的一环，它直接影响着注浆的质量和工程的造价。由于注浆的目的和要求不同，选用的浆液亦应不同。隧道工程以往通用的注浆材料是普通硅酸盐水泥净浆，该水泥净浆(水灰比以0.5计)凝结时间往往大于5h，按照隧道正常工序用时，隧道已进行了1次爆破施工。隧道初期支护由于自身结构稳定性差，在自重和爆破扰动附加荷载作用下往往发生沉降变形，多者可达100～200mm/d，此时锚杆周围充填的水泥浆液仍没有或者只有极小的强度和握裹力，锚杆锚固力、对初期支护的悬吊作用及对围岩的挤压加固作用得不到及时有效地发挥，围岩与初期支护脱空，上覆岩体失去支护约束，由于软岩黏聚力很小，难以克服自重和施工扰动产生的附加荷载，使拱部岩体产生向下的滑移和松动，进而引起拱部松动区扩大，初期支护结构稳定性进一步恶化，出现钢架扭曲折断、喷射混凝土开裂等初期支护失稳破坏问题，加剧大变形灾害的发生。因此，大变形隧道的防控往往是非常困难和难见成效的。因此，针对软弱松散破碎地层隧道大变形灾害的防治，常用于地层加固和锚杆加固的注浆材料存在以下不足之处：(1)缺乏针对性。对于软弱松散破碎地层隧道大变形灾变的特性与机理缺乏针对性，防控效果不理想。(2)早期强度低。不能及时加固围岩和提供锚杆锚固力，在频繁施工扰动(特别是爆破振动)作用下，初期支护极易发生沉降变形，与围岩脱空，进而牵引上覆围岩松动，诱发大变形灾害发生。(3)浆液凝结速度慢。易在地下水作用下稀释、流失，造成注浆质量差。(4)设计水灰比不合理。W/C＝1:1过稀的水泥浆液在隧道注浆工程中屡见不鲜。(5)效果甚微，反作用明显。对于软岩而言，隧道内常用的普通硅酸盐水泥浆不仅起不到应有的效果，加固或锚固效果甚微，还由于其过稀的水灰比和凝结速度慢等特性，软岩经长时间浸润，软化作用明显，增大隧道上覆围岩荷载，加剧隧道围岩软化变形。(6)隧道注浆现场配量不准确，影响注浆效果。对于注浆材料复杂(特别是外掺剂过多)的浆液，容易出现漏加或重复多加某种外加剂的情况，且工序复杂不易推广应用。由此可见，开发适用软弱松散破碎地层，满足复杂施工环境下大变形隧道注浆要求，且配比简单实用、可操作性强、价格低廉、性能优良的注浆材料至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种价格低廉、制备简易、高强快硬的早强型隧道注浆材料。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种早强型隧道注浆材料，包括水泥、水以及粉煤灰，其中，粉煤灰和水泥的重量比为(0.5～1):1，水的质量与水泥与粉煤灰的总质量的比为(0.48～0.5):1。本专利技术进一步的改进在于，粉煤灰为I级粉煤灰。本专利技术进一步的改进在于，水泥为快硬硫铝酸盐425水泥。本专利技术进一步的改进在于，粉煤灰和水泥的重量比例为(0.8～1):1，水的质量与水泥与粉煤灰的总质量的比为(0.48～0.5):1。本专利技术进一步的改进在于，粉煤灰和水泥的重量比例为(0.5～0.8):1，水的质量与水泥与粉煤灰的总质量的比为(0.48～0.5):1。本专利技术进一步的改进在于，粉煤灰和水泥的重量比例为1:1，水的质量与水泥与粉煤灰的总质量的比为0.5:1。与隧道工程通用的注浆材料相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)高强快硬性。针对软弱松散破碎地层隧道大变形灾害特点，充分实现了地层注浆加固和锚杆注浆加固的高强快硬性能，4h抗压强度>10MPa；能及时有效发挥加固和悬吊作用，经渭武高速木寨岭隧道现场实际应用，效果极其显著。另外，流动性较好，初凝时间为40±5min。(2)配比合理、操作性强。本专利技术涉及的注浆材料以水泥作为胶凝材料，实现早强快硬的目的；通过掺加粉煤灰节约水泥用量，延缓及调节浆液的凝结时间，增强浆液的可泵性。隧道现场加料及拌合简单，操作性强，可大大提高配料准确性及注浆效率。(3)渗透性好，结石率高。本专利技术涉及的水泥粉煤灰浆不仅能渗透到松散破碎地层的节理裂隙中，且结石率高，能有效起到加固围岩和提供抗拔力的作用。(4)价格低廉，适合推广。本专利技术涉及的注浆材料在满足试验和工程要求的前提下，与水泥净浆相比，通过掺加粉煤灰可以减少30％～50％的水泥用量，价格低廉，易于推广，真正实现了性能优良、价格低廉、易于推广的经济和社会效益。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合试验数据表格与实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的水泥粉煤灰浆的注浆材料，包括水泥、水以及粉煤灰，其中，粉煤灰和水泥的重量比为(0.5～1):1，水的质量与水泥与粉煤灰的总质量的比为(0.48～0.5):1。本专利技术中的实施例中的粉煤灰为I级粉煤灰，水泥为快硬硫铝酸盐425水泥。本专利技术的水泥粉煤灰浆的注浆材料的制备方法为：将水泥、水以及粉煤灰按照上述质量比进行混合均匀即可。本专利技术选用快硬硫铝酸盐425水泥(15min初凝)作为浆液配比的胶凝材料，掺合料为I级粉煤灰。通过单因素控制试验与耐久性强度试验优化配制出便于施工、高强快硬的注浆材料，结合室内、室外边坡锚固注浆及拉拔试验所获得参数，并以渭武高速木寨岭隧道为工程依托，投入实际应用。实施例1一种水泥粉煤灰浆的注浆材料，包括水泥、水、I级粉煤灰，所述I级粉煤灰和水泥的重量比例为1:1，水与胶凝材料(水泥与I级粉煤灰的混合物)重量比例为0.5:1。采用这种配比制得的注浆材料，能够满足针对软弱松散破碎地层隧道注浆材料的高强快硬性和流动性佳两项指标。实施例2一种水泥粉煤灰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种早强型隧道注浆材料，其特征在于，包括水泥、水以及粉煤灰，其中，粉煤灰和水泥的重量比为(0.5～1):1，水的质量与水泥与粉煤灰的总质量的比为(0.48～0.5):1。

【技术特征摘要】
1.一种早强型隧道注浆材料，其特征在于，包括水泥、水以及粉煤灰，其中，粉煤灰和水泥的重量比为(0.5～1):1，水的质量与水泥与粉煤灰的总质量的比为(0.48～0.5):1。2.根据权利要求1所述的一种早强型隧道注浆材料，其特征在于，粉煤灰为I级粉煤灰。3.根据权利要求1所述的一种早强型隧道注浆材料，其特征在于，水泥为快硬硫铝酸盐425水泥。4.根据权利要求1所述的一种早强型隧道注浆材料，其特征在于，粉煤灰...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建勋，罗彦斌，谢江涛，薛金红，郭亚龙，吉祥，刘伟伟，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61