一种纳米改性高致密喷射混凝土及利用其的富水隧道的施工方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米改性高致密喷射混凝土及利用其的富水隧道的施工方法，属于隧道施工领域。本发明专利技术的纳米改性高致密喷射混凝土，早期强度、后期强度均有大幅度提升，与围岩粘结性强，可泵性强，前期硬化速度快，可将地下水快速封住，有效抵抗在建隧道强溶蚀过程；后期结构致密性好，孔隙率低，均匀性好，可以有效地减少地下水对衬砌的侵蚀作用。本发明专利技术的施工方法，当临空面水量较小时，直接进行喷射混凝土施工，快速封闭围岩内的水，形成早期强度很高的混凝土层。水量很大时，控制性的永久排水管的设置一方面可以起到限制排水、后期检查处治的效果，另一方面，会截断大量的水通过初支支护喷射混凝土，很大程度上避免了地下水对混凝土的侵蚀作用。凝土的侵蚀作用。凝土的侵蚀作用。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米改性高致密喷射混凝土及利用其的富水隧道的施工方法


[0001]本专利技术属于隧道施工领域，尤其是一种纳米改性高致密喷射混凝土及利用其的富水隧道的施工方法。

技术介绍

[0002]高速公路建设在突飞猛进式发展的过程中，隧道渗漏水等病害也不断增多，同时，隧道渗流结晶病害问题越来越突出。在富含地下水地区，喷射混凝土抗渗性较差且在施作初期就不断受到地下水的侵蚀，地下水易渗透喷射混凝土侵入隧道内部，影响隧道结构耐久性及施工进程。在喷射混凝土中凝胶材料不断水化生成氢氧化钙、水化硅酸钙等水化产物，当富含侵蚀性离子的地下水不断穿过混凝土内部时，溶蚀混凝土中的钙离子，使钙离子随侵蚀液流入隧道排水系统内，加速排水系统发生结晶堵塞，这种现象称为隧道渗流结晶现象。随着地下水对隧道初期支护喷射混凝土的不断侵蚀，会将混凝土中的有效成分带入到排水系统中，逐步在排水系统中堆积，从而逐步堵塞排水管。隧道渗流结晶现象，一方面会逐步“掏空”初期支护混凝土内部有效成分，最终使初期支护失去强度；另一方面会逐步堵塞排水系统。一旦排水系统发生堵塞，衬砌背后的地下水不能及时排走，进而以压力的形式作用于支护结构外侧与路面底部，使得衬砌与路面承受了额外的附加水压，导致大量隧道建成后短时间就出现了衬砌开裂、渗漏水及路面冒水等病害现象，严重危及隧道营运安全。
[0003]常用的隧道喷射混凝土早期强度低，回弹量大，耐久性差，使得富水隧道施工困难，喷射混凝土与围岩粘附很差，再加上早龄期水泥水化程度不高，地下水对初期支护混凝土的侵蚀作用会成倍的增加，这也是当前很多隧道在建期间就出现严重的隧道结晶的主要原因。隧道建设期间出现严重的结晶病害，会严重影响施工工期，由于结晶体最终都会流入排水管/排水沟内，对排水管/排水沟结晶堵塞的处理会耗费大量的资金。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种纳米改性高致密喷射混凝土及利用其的富水隧道的施工方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种纳米改性高致密喷射混凝土，以重量份数计，包括以下组分：快硬硫铝酸盐水泥180份、普通硅酸盐水泥200～240份、水183份、碎石807份、机制砂813份、纳米硅钙聚合体54份、粉煤灰36份、速凝剂18份及减水剂18份；
[0007]所述纳米硅钙聚合体由以下方法制备得到：
[0008]将球形纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和高分子乳液分散混合，混合后置入喷雾干燥箱中进行烘干，得到纳米硅钙聚合体；
[0009]所述纳米硅钙聚合体平均粒径20～100nm，比表面积为20000～25000m2·
kg
‑1；
[0010]所述高分子乳液为丙烯酸乳液、氯丁乳液、醋酸乙烯乳液中的一种或多种。
[0011]进一步的，球形纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和高分子乳液的质量比为(3～1):(1～1):(5～3)。
[0012]进一步的，所述快硬硫铝酸盐水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥，比表面积为371m2·
kg
‑1，初凝时间为25min，终凝时间为34min；
[0013]所述普通硅酸盐水泥为P
·
O 42.5级的普通硅酸盐水泥，比表面积为355m2·
kg
‑1，初凝时间为208min；
[0014]所述碎石粒径为5～8mm，细度模数为2.2～2.6；
[0015]所述机制砂，细度模数为2.6；
[0016]所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，比表面积为360m2·
kg
‑1；
[0017]所述速凝剂为无碱液体速凝剂；
[0018]所述减水剂为聚羧酸减水剂。
[0019]一种富水隧道的施工方法，包括以下操作：
[0020]当隧道爆破出渣时，先对裸露围岩进行渗漏水处理，若临空面呈点状渗水或局部线状渗水，利用本专利技术所述的纳米改性高致密喷射混凝土进行喷射施工；
[0021]若临空面局部面状渗水，进行堵水或排水，待临空面干燥或湿润状态时，利用本专利技术所述的纳米改性高致密喷射混凝土进行喷射施工；
[0022]若临空面呈涌水状态，利用探测雷达找到水源，安装控制性的永久排水管，对涌水点周围进行注浆封闭处理，待临空面为干燥或湿润状态时，利用权利要求1
‑
3任一项所述的纳米改性高致密喷射混凝土进行喷射施工。
[0023]进一步的，对隧道采用弱爆破方式进行开挖。
[0024]进一步的，对隧道采用机械与弱爆破相结合的分层开挖方式，分层开挖采用三台阶法逐步开挖；
[0025]喷射混凝土在隧道完整断面施工工序与三台阶法保持一致，依次为上、中、下台阶喷射施工。
[0026]进一步的，所述控制性的永久排水管为带孔的排水管，所述排水管出口上方设有可拆卸管帽，所述排水管出口下方设有流量调节阀门；
[0027]利用钻孔方式将所述排水管打入基岩渗水处，使得地下水通过所述排水管排出隧道。
[0028]进一步的，所述探测雷达为TGP型雷达。
[0029]进一步的，喷射施工采用湿喷工艺，将本专利技术所述的快硬硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、水、碎石、机制砂、纳米硅钙聚合体、粉煤灰、减水剂拌和均匀的混合物与速凝剂在喷头处共同喷射到待施工部位。。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031]本专利技术的纳米改性高致密喷射混凝土，早期强度、后期强度均有大幅度提升，与围岩粘结性强，可泵性强，前期硬化速度快，可将地下水快速封住，有效抵抗在建隧道强溶蚀过程；后期结构致密性好，孔隙率低，均匀性好，可以有效地减少地下水对衬砌的侵蚀作用，降低隧道运营风险。
[0032]本专利技术提供的富水隧道的施工方法，根据围岩渗水量大小进行施工，当临空面水
量较小时，可直接进行喷射混凝土施工，快速封闭围岩内的水，形成早期强度很高的混凝土层，对隧道建设期间渗流结晶病害有很大的改善效果。水量很大时，控制性的永久排水管的设置一方面可以起到限制排水、后期检查处治的效果，另一方面，会截断大量的水通过初支支护喷射混凝土，很大程度上避免了地下水对混凝土的侵蚀作用。
附图说明
[0033]图1为纳米硅钙聚合体电镜扫描图；
[0034]图2为控制性的永久排水管。
[0035]其中：1
‑
初期支护；2
‑
防水板及土工织物；3
‑
二次衬砌；4
‑
阀门；5
‑
可拆卸套帽；6
‑
泄水孔。
具体实施方式
[0036]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米改性高致密喷射混凝土，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分：快硬硫铝酸盐水泥180份、普通硅酸盐水泥200～240份、水183份、碎石807份、机制砂813份、纳米硅钙聚合体54份、粉煤灰36份、速凝剂18份及减水剂18份；所述纳米硅钙聚合体由以下方法制备得到：将球形纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和高分子乳液分散混合，混合后置入喷雾干燥箱中进行烘干，得到纳米硅钙聚合体；所述纳米硅钙聚合体平均粒径20～100nm，比表面积为20000～25000m2·
kg
‑1；所述高分子乳液为丙烯酸乳液、氯丁乳液、醋酸乙烯乳液中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的纳米改性高致密喷射混凝土，其特征在于，球形纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和高分子乳液的质量比为(3～1):(1～1):(5～3)。3.根据权利要求1所述的纳米改性高致密喷射混凝土，其特征在于，所述快硬硫铝酸盐水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥，比表面积为371m2·
kg
‑1，初凝时间为25min，终凝时间为34min；所述普通硅酸盐水泥为P
·
O 42.5级的普通硅酸盐水泥，比表面积为355m2·
kg
‑1，初凝时间为208min；所述碎石粒径为5～8mm，细度模数为2.2～2.6；所述机制砂，细度模数为2.6；所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，比表面积为360m2·
kg
‑1；所述速凝剂为无碱液体速凝剂；所述减水剂为聚羧酸减水剂。4.一种富水隧道的施工方法，其特征在于，包括以下操作：当隧道爆破出渣时，先对裸露围岩进行渗漏水处理，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶飞，田崇明，张海宝，张俊元，曾二龙，同月苹，张亚明，姜寅，李永健，王坚，韩兴博，宋桂锋，王庆龙，
申请(专利权)人：西安斯派新材料科技有限公司云南腊满高速公路有限公司，
类型：发明
国别省市：