一种膨胀性可调控材料及其在地铁隧道不均匀沉降修复中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种膨胀性可调控材料及其在地铁隧道不均匀沉降修复中的应用，本发明专利技术基于微扰动注浆技术，研发了膨胀性可调控材料，采用隧道纵向梯度布孔、吹填干粉和同步注水工艺，利用干粉膨胀变形来抬升地铁隧道，修复不均匀沉降；本发明专利技术适用于各类地下结构不均匀沉降修复施工，且复位精度高、施工期短，材料和能耗少，可在地铁运营间歇施工，从而不影响其正常运营，具有良好的经济、社会效益。社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种膨胀性可调控材料及其在地铁隧道不均匀沉降修复中的应用


[0001]本专利技术属于地下工程沉降病害处治施工
，尤其涉及一种膨胀性可调控材料及地铁隧道不均匀沉降修复方法。

技术介绍

[0002]由于地铁速度快、运量大，污染和噪音小，准时、舒适和安全，且有利于缓解交通拥堵并节约土地资源，因而在我国大、中城市迎来建设高潮。在地铁运营期，由于区域地面沉降、土层分布不均、周边基坑开挖和列车荷载反复作用等因素的影响，地铁隧道周围土体常发生累积变形，结构物连接段易发生不均匀沉降，进而诱发管片错位、接缝渗水和道床空鼓、翻浆、冒泥等病害，严重影响地铁正常运营并威胁结构安全。
[0003]目前，微扰动注浆(尤其水泥+水玻璃双液注浆)是地铁纠偏或不均匀沉降处治的常用技术措施。然而，该方法存在耗费大，复位精度不高和施工期较长等缺点，且施工期内对地铁正常运营影响较大，因而不能很好地解决这一工程问题。

技术实现思路

[0004]为克服上述技术缺陷，本专利技术提供了一种膨胀性可调控材料及地铁隧道不均匀沉降修复方法，适用于各类地下结构不均匀沉降修复施工。本专利技术基于微扰动注浆技术，研发了膨胀性可调控材料，采用隧道纵向梯度布孔、吹填干粉和同步注水工艺，利用干粉膨胀变形来抬升地铁隧道，修复不均匀沉降。
[0005]本专利技术方法复位精度高、施工期短，材料和能耗少，可在地铁运营间歇施工，从而不影响其正常运营，具有良好的经济、社会效益。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种膨胀性可调控材料及其在地铁隧道不均匀沉降修复中的应用，关键技术包括：膨胀性可调控材料配合比及性能指标，地铁隧道不均匀沉降修复技术方案及膨胀抬升关键施工工艺(包括梯度布孔方式、膨胀定向构件、干粉吹填和同步注水工艺)。
[0008]具体如下：
[0009]一种膨胀性可调控材料，由如下材料的干粉混合而成：膨胀材料、膨胀抑制材料、填充材料；
[0010]所述膨胀材料是具有明显体积膨胀特性的材料，可选生石灰或其他CaO含量为主的工业固废为原材料，使用过程中将其粉碎研磨成细小颗粒(粒径小于0.25mm)；优选生石灰；
[0011]所述膨胀抑制材料是用于抑制膨胀材料的体积膨胀率与膨胀速率的材料，减少隧道周围土体扰动，使隧道缓慢、匀速抬升复位，可选各类无膨胀性的工业固废(如粉煤灰、磷石膏、碱渣和电石渣等)；优选磷石膏；
[0012]所述填充材料是膨胀完成后提供足够的强度与抗变形能力的材料，可选用工程废
弃土(如建筑渣土、泥浆干化土和隧道盾构渣土等)或尾矿渣，最大粒径<0.05mm；优选尾矿砂。
[0013]以膨胀系数为控制参数，依据地铁隧道可能出现的不均匀沉降变化范围0～20cm，限定膨胀性可调控材料配合比范围如下：
[0014]膨胀材料：膨胀抑制材料：填充材料＝6:0:4～0:6:4；
[0015]或者，
[0016]膨胀材料：膨胀抑制材料：填充材料＝5:0:5～0:5:5；
[0017]或者，
[0018]膨胀材料：膨胀抑制材料：填充材料＝4:0:6～0:4:6。
[0019]通过膨胀、重型击实和无侧限抗压强度试验获得配合比设计的相关性能指标范围如下：膨胀系数1.00～～1.63，最大干密度1.85～2.37，最佳含水率3.62～8.04％，7d无侧限抗压强度8.73～12.51MPa。上述数据表明：除膨胀性能之外，膨胀性可调控材料的配合比试验参数与水泥土类似，满足地铁隧道周围土的强度、变形及耐久性设计要求。
[0020]表1为生石灰(A)为膨胀材料，磷石膏(B)为膨胀抑制材料，尾矿砂(C)为填充材料时不同配合比膨胀性可调控材料在不同围压下的膨胀系数。
[0021]表1不同配合比膨胀性可调控材料膨胀系数
[0022][0023]本专利技术所述膨胀性可调控材料可应用于地铁隧道不均匀沉降修复中。
[0024]地铁隧道不均匀沉降修复施工可以文献《膨胀材料注浆抬升法在地铁隧道不均匀沉降修复施工中的应用》和专利(申请号CN202110380038.6)“一种横向引孔膨胀顶升处治桥头跳车方法”所述施工方法为参考。
[0025]本专利技术完整施工流程包括：孔位测放、钻机钻孔、定向膨胀构件与注浆钢管置放、膨胀性可调控材料(干粉)吹填灌注、同步注水、复位质量监控、封孔养生和作业区域清理。本专利技术与参考文献《膨胀材料注浆抬升法在地铁隧道不均匀沉降修复施工中的应用》及专利(申请号CN202110380038.6)“一种横向引孔膨胀顶升处治桥头跳车方法”所涉技术的不同之处如下：
[0026]在钻孔之后，置入一定向膨胀构件，该构件为一底部封闭、顶部开口的薄壁圆筒形钢管，外径为钻孔直径(60～100mm)，壁厚d＝2～5mm，长度与钻孔深度一致。由于该构件在
侧向和底部的约束作用，注水时膨胀性可调控材料只在竖直向上方向膨胀(伸长)，可以精确控制伸长量(即抬升量)，从而实现地铁隧道不均匀沉降的精准复位。
[0027]在不均匀沉降地铁段，沿隧道纵向，由最大沉降端向最小沉降端不均匀沉降增加。为使隧道抬升复位，钻孔深度(或膨胀性可调控材料灌注深度)亦与沉降曲线匹配，在最大沉降端钻孔深度为4.0～6.0m，而在最小沉降端钻孔深度0.0m，中间的钻孔深度线性插值得到。
[0028]在本专利技术中，不均匀沉降修复技术方案的最大优点为：对于不同工况(包括隧道埋深和最大不均匀沉降)，可以不需改变钻孔深度大小及其沿隧道纵向的分布规律，只需调节膨胀性可调控材料的配合比，即可获得达到该工况抬升高度所需的膨胀系数。
[0029]如表2，在钻孔深度不变情况下，当最大不均匀沉降量(隧道抬升量)相同时，地铁隧道抬升所需膨胀性可调控材料的膨胀系数基本相同。
[0030]表2不同工况下隧道抬升量与膨胀性可调控材料膨胀系数对照表
[0031][0032]在设计或施工时，依据隧道最大不均匀沉降量，查表2获得所需材料膨胀系数；再依据此膨胀系数和隧道埋深(或竖向自重压力)查表1，确定该工况下不均匀沉降修复所需材料配合比。对于表1和表2中未列出的工况，依据表1和2所展示的变量间应有的变化规律，采用插值或外延方法推算获得。
[0033]本专利技术的基本原理包括：
[0034](1)膨胀性可调控材料配合比原理：生石灰水化生成Ca(OH)2时会发生较大的体积膨胀。由于生石灰膨胀量较大，而地铁隧道所需抬升量有限，因此需掺入一定的膨胀抑制材料。在生石灰水化后，自身具有一定强度。为承受地铁列车荷载长期作用，掺入一定比例的
骨料以增加膨胀注浆材料的强度和抗变形能力，防止注浆修复后产生显著沉降。
[0035](2)隧道不均匀沉降抬升修复原理：由于定向膨胀构件的侧向和底部约束，注水时膨胀性可调控材料只在竖直向上方向膨胀(伸长)，可以精确控制伸长量(即抬升量)，从而实现地铁隧道不均匀沉降的精准复位。由于钻孔深度与(不均匀)沉降曲线匹配，在(不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膨胀性可调控材料，其特征在于，由如下材料的干粉混合而成：膨胀材料、膨胀抑制材料、填充材料；所述膨胀材料选自生石灰或以CaO含量为主的工业固废；所述膨胀抑制材料选自粉煤灰、磷石膏、碱渣或电石渣；所述填充材料选自建筑渣土、泥浆干化土、隧道盾构渣土或尾矿砂；所述膨胀性可调控材料配合比范围如下：膨胀材料：膨胀抑制材料：填充材料＝6:0:4～0:6:4；或者，膨胀材料：膨胀抑制材料：填充材料＝5:0:5～0:5:5；或者，膨胀材料：膨胀抑制材料：填充材料＝4:0:6～0:4:6。2.如权利要求1所述的膨胀性可调控材料，其特征在于，所述膨胀材料为生石灰；所述膨胀抑制材料为磷石膏；所述填充材料为尾矿砂。3.如权利要求1或2所述的膨胀性可调控材料在地铁隧道不均匀沉降修复中的应用。4.如权利要求3所述的应用，所述地铁隧道不均匀沉降修复的施工流程包括：孔位测放、钻机钻孔、定向膨胀构件与注浆钢管置放、膨胀性可调控材料吹填灌注、同步注水、复位质量监控、封孔养生和作业区域清理，其特征在于，在钻孔之后，置入定向膨胀构件，该构件...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘萌成，周佳俊，康杰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：