一种富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料及其制备方法。其中富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料，包括以下重量份的原料：水泥500

【技术实现步骤摘要】
一种富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及TBM施工
，尤其是涉及一种富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着TBM(隧道掘进机)超高效掘进的盾尾间隙控制在更小的范围，豆砾石回填变的更加困难，豆砾石回填灌浆不再适用于护盾式TBM施工。可替代豆砾石回填灌浆的新型回填灌浆材料，为TBM超高效掘进提供技术保障。但是，TBM施工隧洞洞内围岩不同程度的富水，加之灌浆施工影响因素多，施工难度大。因此，富水洞段TBM灌浆施工普遍存在3方面的问题：(1)灌浆不均匀造成回填层不密实，灌浆后局部渗水，导致灌浆材料流失严重，整体性不够，传递岩体压力效果差。(2)常需要二次补浆，这会损伤预制管片，降低预制管片的强度，同时又增加了维修养护成本。(3)若灌浆材料凝结时间长，其来不及凝结固化流入工作面，影响现场施工。
[0003]目前，富水洞段存在的上述问题严重影响整个TBM施工的进度和质量。随着隧道和水利工程建设的迅猛发展，所遇到的工程地质条件日趋复杂，富水洞段TBM回填灌浆施工越来越具有挑战性，现有灌浆材料难以满足工程建设需要。参考《水泥基灌浆料技术规范》(GB/T 50448)和《水下不分散混凝土施工技术规范》(Q/CNPC 92)，并结合护盾式TBM超高效掘进技术及富水隧洞的地质构造特点，回填灌浆材料需具有以下技术效果：
[0004](1)适宜的凝结时间：初凝时间在150min～200min之间，终凝时间在250min～330min之间，可确保管片衬砌早期稳定，又便于灌浆施工。
[0005](2)良好工作性能：高流动性、不分层离析，初始流动度≥250mm，析水率≤2％。
[0006](3)微膨胀特性：7d干缩在
‑
0.05％～0.05％，28d干缩在
‑
0.05％～0％之间，可确保灌浆材料对富水洞段进行有效封堵。
[0007](4)良好的水下不分散性能：灌浆材料7d水陆强度比≥75％，28d水陆强度比≥80％。
[0008](5)优良的动水抗分散性：在0.2m/s流速下，灌浆材料的留存率≥75％，以避免富水洞段灌浆材料的流失。
[0009](6)较强的工程适应性：试件采用天然砂和机制砂的性能指标差值不大于天然砂试件测值的5％。
[0010]申请号为CN 113735525 B的专利公开一种桩基修补用水下不分散灌浆料，具有较高的流动度和优良的力学性能，且坍落度在60min内损失小。灌浆料絮的凝剂采用2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸的聚合物，其初凝时间≥6h，终凝时间≥7h。该灌浆料的凝结时间长，这不利于及时控制已安装管片的下沉、错台，造成灌浆施工进度难以满足掘进施工进度。此外，该灌浆料未对其动水抗分散性进行测试，因此对TBM工程富水洞段的适应性不明。申请号为CN 113004003 B的专利公开一种水下抗分散砂浆，具备优良的水下不分散性和流动性。该砂浆的抗分散剂采用水溶性聚丙酰胺，其在凝结时间和动水抗
分散性方面同样存在上述的问题。
[0011]申请号为CN 103922659 B的专利公开用于大面积空腔灌浆的水下抗分散砂浆，具有高流动性、不离析、不泌水和较高的力学性能。该砂浆增稠剂采用羟丙基甲基纤维素，初凝时间6～7小时，终凝时间10～12小时。该砂浆的凝结时间长，使灌浆施工进度也难以满足掘进施工进度。虽然该砂浆具备一定的动水抗分散性，但其动水抗分散性并不满足在富水洞段TBM施工的要求。申请号为CN 110950615 A的专利公开一种岩溶地区桩基超早强水下不分散灌浆料，具备高流动性、超早强、超高强和良好的水下不分散等特点。该灌浆料以损失其凝结时间来提高早期强度，整个灌浆施工只有2～4小时的工作时间，大大限制了其在TBM施工中的应用。此外，该灌浆料的絮凝剂采用UWB
‑
II型粉剂，其动水抗分散性也不满足在TBM富水洞段施工的要求。

技术实现思路

[0012]鉴于现有灌浆材料的缺点，本专利技术的实施例提出一种富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料及其制备方法，目的在于在保证灌浆材料具有高流动性、优良力学性能、微膨胀、低析水率和良好的水下不分散性特点的前提下，解决其在凝结时间和动水抗分散性方面存在的问题，并研究灌浆材料对天然砂和机制砂的适应性，为富水洞段TBM超高效掘进提供保障。
[0013]为实现上述目的，本专利技术提供一种富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料，包括下述重量份的原料：水泥500
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600份、高岭土80
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100份、粉煤灰100
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120份、水250
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300份、砂1400
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1600份、外加剂85
‑
120份。
[0014]所述水泥为普通硅酸盐水泥(P
·
O42.5)；粉煤灰为II级F类粉煤灰；砂为细度模数为3.5的粗砂，既可使用天然砂也可使用机制砂。
[0015]高岭土包括325目的煤系偏高岭土和800目的煤系偏高岭土，325目的煤系偏高岭土和800目的煤系偏高岭土的重量份数比为1:1；所述煤系偏高岭土由煤矸石等工业固废煅烧而成，与非煤系偏高岭土相比，由于失去羟基、表面存在大量的断键等因素，其表面活性及表面能增强，可发生一定程度的团聚效应，从而改善回填灌浆材料的动水抗分散性、力学性能和析水率等。
[0016]所述外加剂包括A组分和B组分。A组分包括聚羧酸复合减水剂和膨胀剂，所述复合减水剂的重量份数为0.85
‑
2.05份，膨胀剂的重量份数为60
‑
80份。
[0017]所述聚羧酸复合减水剂包括聚羧酸和三萜皂苷，聚羧酸的重量份数为0.8
‑
2份，三萜皂苷的重量份数为0.08
‑
0.1份。此复配比例下的三萜皂苷可提高聚羧酸的减水率，且其所引气泡较细、破灭较少，既可改善回填灌浆材料的流动性能，又不会导致硬化体强度损失。
[0018]聚羧酸复合减水剂的机理：一方面，聚羧酸分子吸附在水泥颗粒表面使其带有负电荷，从而形成静电排斥作用，促进水泥颗粒相互分散破坏结构，释放出被包裹的水分子；另一方面，三萜皂苷分子溶于水后，定向排列在气
‑
液界面上，降低灌浆材料的表面张力，产生更多微小气泡。
[0019]所述膨胀剂为硫铝酸钙，可减少灌浆材料的干缩，其机理为硫铝酸钙与氢氧化钙等水泥水化产物反应，生成具有膨胀性的钙矾石(C3A
·
3CaSO4
·
32H2O)。
[0020]B组分为抗分散剂包括羧基聚苯乙烯、甲酸钙和三乙醇胺，羧基聚苯乙烯的重量份数为0.6
‑
1份，甲酸钙的重量份数为15
‑
25份，三乙醇胺的重量份数为2.5
‑
4。羧基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料，其特征在于，包括：以下重量份的原料：水泥500
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600份、高岭土80
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100份、粉煤灰100
‑
120份、水250
‑
300份、砂1400
‑
1600份、外加剂85
‑
120份。2.根据权利要求1所述的富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料，其特征在于，所述外加剂包括A组分和B组分，A组分包括聚羧酸复合减水剂和膨胀剂，B组分包括抗分散剂。3.根据权利要求2所述的富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料，其特征在于，所述B组分的抗分散剂包括羧基聚苯乙烯、甲酸钙和三乙醇胺。4.根据权利要求3所述的富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料，其特征在于，所述羧基聚苯乙烯的重量份数为0.6
‑
1份，甲酸钙的重量份数为15
‑
25份，三乙醇胺的重量份数为2.5
‑
4份。5.根据权利要求2所述的富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料，其特征在于，所述A组分的聚羧酸复合减水剂包括聚羧酸和三萜皂苷，所述膨胀剂为硫铝酸钙。6.根据权利要求4所述的富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料，其特征在于，所述聚羧酸复合减水剂的重量份数为0.85
‑
2.05份，膨胀剂的重量份数为60
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80份，聚羧酸复合减水剂中聚羧酸的重量份数为0.8
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2份，三萜皂苷的重量份数为0.08
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0.1份。7.根据权利要求1所述的富水洞段TBM施工用高性能回填灌浆材料，其特征在于，所述高岭土包括325目的煤系偏高岭土和800目的煤系偏高...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈学理，杨林，刘皓男，牛世伟，朱永和，王洪领，李禄禄，刘佳宾，
申请(专利权)人：江河工程检验检测有限公司，
类型：发明
国别省市：