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1、水泥-水玻璃双液浆 在地铁施工中的应用张 凯体强度也越来越高，所以，水泥-水玻璃浆液结石体的初期强度是由水玻 璃与氢氧化钙的反应起主要作用,而 后期强度是由水泥本身的水化起主要 作用。因为水泥水化生成的氢氧化钙 的量是固定的, 因而与之反应的水玻 璃的量也是固定的,如果水玻璃加入 过量,则反而会使整个体系稀释、固 结体强度下降,所以水泥与水玻璃的 配合比应科学、合理。1.3 磷酸氢二钠的作用机理在配制水泥-水玻璃双液浆时， 磷酸氢二钠是一种必不可少的化学 物质。上面所提到的反映过程在23 s之内完成，它的直观反应就是双 液浆瞬间凝结，不具备可施工性。 加入磷酸氢二钠后在水泥颗粒表面 形成一层“
2、难溶性”的磷酸钙， 阻止了水泥的正常水化。这样， C a(O H)2析出速度变缓，上述反应 过程发生缓慢，使双液浆的凝结时 间在几秒钟至几十分钟之间可任意 调节。在地铁隧道掘进等地下工程 施工中经常会遇到大量的涌水和突 水。一般治理方法是开挖前预注浆 或采用施工后对初支背后进行补注 浆，保证开挖面的施工安全。注浆 施工常用材料通常为纯水泥浆，由 于凝结时间难以控制，当涌水量 大，地面无降水条件时很难达到理 想的堵水效果。水泥-水玻璃双浆液也称作C S 浆液。它是以水泥浆和水玻璃为 主剂，按一 定的比例混合所组成 的液体浆材。水玻璃的加入，加 快了水泥浆凝结速度，提高了注 浆的结石率。特别是在动
3、水带压 条件下，运用这种 混合型浆液可 以达到快速堵水 的目的，在地铁 施工中，尤其是运用在抢险、加固 地层、堵水等措施中其效果比较明 显。本文主要介绍 水泥-水玻璃双 液浆反应机理及其在北京地铁8号 线二期工程安德里北街鼓楼大街 站既有线下探导洞注浆堵水技术 中的应用。 1双液浆的原材料及反应机理1.1 双液浆的原材料双液浆由水泥、水玻璃、缓凝 剂组成。新鲜的普通硅酸盐水泥,强 度等级不低于32.5；水玻璃模度2.22.8,浓度不低于40B e；缓凝剂一 般用工业品的磷酸氢二钠 。1.2 水泥和水玻璃的反应机理水泥的凝结和硬化主要是水泥 水化析出凝胶性的胶体物质所引起 的。水泥水化生成硅酸二
4、钙、硅酸 三钙和氢氧化钙；当加入水玻璃以 后，水玻璃马上与新生成的氢氧化 钙反应，生成具有一定强度的凝胶 体水化硅酸钙，因此,水玻璃的加入 加快了水泥的水化速度，也加快了 水泥的凝结和硬化。反应过程为：3CaOSiO2+nH2O2CaOSiO2(n-1)H2O+Ca(OH)2C a(O H) 2 +N a 2 O n S i O 2 +m H2OCaOnSiO2m H2O+2NaOH随着水玻璃与氢氧化钙之间反应的进行,生成的胶体质越来越多,结石2既有线下探导洞注浆堵水技术的应用2.1 工程特点北京地铁8号线二期南段安德里张 凯: 北京市轨道交通建设管理有限公司，助理工程师, 北京 100037
5、74MODERN URBAN TRANSIT 增刊 / 2011 现代城市轨道交通 摘要：介绍了水泥-水玻璃双液浆的材料组成及反应机理，通过具体 实例探讨了水泥-水玻璃双液浆在地铁施工中的应用。 关键词：双液浆；水玻璃； 地铁；反应机理32 mm水煤气管 注浆加固范围间距0.3 m、长3.0 m图1 注浆导管布置示意水泥-水玻璃双液浆在地铁施工中的应用张 凯矿山法施工技术北街站鼓楼大街站区间工程需下穿2号线鼓楼大街站，开挖断面距车 站底板仅2.5 m，该区间为盾构法施 工。为防止下穿过程中遇到原车站施 工时未拔除的型钢障碍物，保证区间 盾构下穿车站顺利通过，经多方论证 最终采用在既有站两侧分别
6、开挖小导 洞的方案，对区间开挖范围内是否留 有金属障碍物进行探查。探洞通过的主要地层从上至 下分别为：粉质粘土层、粉土层、 圆砾卵石层、中粗沙层、粉细砂 层、卵石砾层，探洞基地位于卵石 砾层。盾构隧道施工范围内存在上 层滞水、潜水、承压水。探洞大部 分位于潜水层。为保证导洞开挖安 全，在该地层中采用深孔预注浆工 艺进行加固、止水，浆液为水泥-水 玻璃双液浆。2.2 注浆孔布置廓外500600 m m地层，注浆 管在砂卵石层拱墙范围内全设。 注浆孔环向间距0.3m，纵向间距 0.75 m，外插角1015。注浆 导管布置示意如图1所示。2.3 双液浆配比双液浆凝胶时间随水玻璃的模 数与浓度、水泥浆
7、浓度、水玻璃与 水泥浆的体积比及温度等因素的变 化而变化。一般情况下，水玻璃的 模数越大，双液浆的凝结时间越 快，因此，对水玻璃的模数要求较严格，以2.22.8为宜。在 一定范围内，水玻璃浓度变 小,凝胶时间缩短,两者呈直 线关系;水灰比越小,水泥与 水玻璃的反应越快,凝胶时 间越短。总的来说,水泥浆 越浓,反应越快,水玻璃越稀 则反应越快。在施工中处理表1 双液浆凝结时间表min度注: 水泥浆水灰比为1 1时，水泥浆 水玻璃浆=1 1， 表中时间为初凝时间，均为平均值。不同的渗漏情况时，需要的凝结时间也不同。因此在施工前需要通过 试验来确定易施工的配合比。2.3.1 水玻璃的稀释水玻璃的稀释
8、采用边加水边搅 拌边用波美比重计测量的方法，也 可以采用计算方法，先算出加水量 然后加水搅拌均匀。V原=(d配-1).V配(d原-1) V水=V配-V原 式中，d原、d配分别为原水玻璃和预配水玻璃的比重，水玻璃比重与波美度的关系为d =145/(145-波 美度)；V水、V原、V配分别为加水、原水 玻璃和预配水玻璃的体积。2.3.2 水泥浆的配制在水泥浆配制之前需要确定缓 凝剂磷酸氢二钠的掺量，磷酸氢二 钠如有结块现象要碾碎，在放水的 同时,将磷酸氢二钠一并加入并搅 拌,待水加至设计容量后,继续搅拌 1 m i n,使磷酸氢二钠完全溶解,然后 投入水泥,再搅拌3 min。2.3.3 浆液配合比
9、的确定钠的掺量。从理论上讲水泥浆越浓,其抗压强度越高; 水泥浆浓度较大 时，随水玻璃浓度的增大，抗压强度 增高; 水泥浆浓度较小时，随水玻璃 浓度的增加，抗压强度降低；水泥浆 浓度处于中间状态时，水玻璃浓度对 其抗压强度影响不大。处理隧道渗漏 水的关键是凝结时间，最常见的配 合比为：水泥浆水灰比(11.5)1(重 量比)；磷酸氢二钠：1%3%（根据凝 胶时间而定)；水玻璃浆：35 Be；水泥浆水玻璃浆=11(双液 注浆机的两根进浆管进浆速度相同)按照以上配合比进行试验，其 结果见表1。在施工中要根据现场情况估算 注浆时间来确定施工配合比，以保 证双液浆在注满后凝结，避免因为凝 结时间问题造成注
10、浆通路堵塞，影响 注浆效果，达不到堵水的目的。2.4 注浆施工注浆导管采用直径32 mm小导 管，注浆泵采用K B Y-50/70型双液 注浆泵。掌子面注浆采用隔孔注入 的方式，这样既避免注浆孔互相影 响，又使后注浆孔起到补充注浆的 作用，使浆液扩散均匀，保证注浆 效果。小导管注浆采用“注浆一段，在处理隧道的渗漏水时，一般不需要进行浆液结石体抗 压强度测试，当有强度要求 时，需通过正交设计方法安排 试验程序,用多指标综合平衡 法分析试验结果，以确定水灰 比、水玻璃的浓度及磷酸氢二75现代城市轨道交通 增刊 / 2011 MODERN URBAN TRANSIT磷酸氢二钠 水玻璃浓 浓度/%30
11、 Be35 Be40 Be1.52.02.53.03821404923425112545项 目12345水泥-水玻璃双液浆在地铁施工中的应用 张 凯矿山法施工技术开挖一段，段段推进”的方式，每家架立一榀格栅打设一环，纵向搭 接1 m。为保证掌子面稳定，防止 浆液泄露，注浆前应对工作面喷射5 cm厚混凝土封闭。为了达到注浆固结地层的目 的，注浆过程采用双向控制，即达 到设计注浆量后停注，或虽未达到 设计注浆量但已达到设计注浆压 力，也可以根据具体情况停注。2.5 效果分析在地铁横通道暗挖施工中，解 决“水”的问题最直接最有效的办 法是降水。本工程1号探测竖井位 于地铁2号线新增西北出入口场地 内
12、，2号探测竖井放至原地杰机扫院 西北角，横通道位于二环既有鼓楼 桥南北两侧，打降水井会造成地面 沉降。另外，本工程位于北京二环 鼓楼繁华地段，用地十分紧张，如 要布设降水井，前期协调工作量及 占地费用非常大。综合上述原因， 最终采用超前预注浆的措施进行堵水，以保证开挖面时稳定而有效地控制地面沉降。综合本工程地质及水文情况， 浆液确定为水泥-水玻璃双液浆，注 浆结束后进行取芯检查，取芯率47%92%，土体加固优良率80%。进 行注水试验，地层注浆后渗透系数0.8 MPa。 施工效果表明，本工程采用水泥-水玻璃双液浆为注浆液，超前预注 浆加固土体、堵水的措施是适宜的。凝结时间过长、易形成泌水通道的
13、缺点。但是施工难度比较大，需要 操作工人之间很好地配合，要求工 人要有较强的责任心和较高的熟练 程度。总体来说，施工中应严格通 过试验的方法来确定配合比并在配 制浆液过程中随时检查；保证在浆 液凝结前冲洗注浆机及输浆管。这 样，才能运用此项技术解决施工中 的很多难题。参考文献1 杜嘉洪，张崇瑞，何修仁. 地下建 筑注浆工程简明手册S. 北京:科 学出版社，1998.2 王星华. 粘土固化浆液在地下工程 中的应用M. 北京:中国铁道出 版社，19983 韩忠存. 地铁暗挖隧道注浆施工 技术规程S. 北京建设委员会，2004.3结束语注水泥-水玻璃双液浆加固地 层、堵水技术是目前隧道施工中比 较成
14、熟的技术，它的堵水效果可以 说是“立竿见影”，同时造价又比 较理想，克服了注水泥单液浆由于收稿日期 2011-08-31(上接第73页）下穿引水渠段15 m m；收敛变形与地表沉降警戒值为其控 制指标的70%，报警值为控制指标 的80%。收和重要部位、环节监理旁站，该下穿河渠工程中采用的上述各项安 全技术措施落实基本到位，地表沉 降最大值12.45 m m，洞内收敛 -4.75 m m，均在监测控制指标 的要求范围内。整个开挖初支过 程始终处于安全可靠、质量可控 的状态。5结语在北京地铁施工中，通过专 职安全员巡视检查、质检员检查验表1 监控量测项目量测项目方法及工具布置护观察 参考文献 1
15、刘百城. 北京地铁十号线二重管 无收缩双液注浆WSS工法施工技 术J. 铁道建筑技术， 2008(3).开挖面距量测断面前后2B时：交叉口附近20 m1次/2天；收稿日期 2011-08-31注：B为洞径76MODERN URBAN TRANSIT 增刊 / 2011 现代城市轨道交通 量测频率115天 16天1个月 1个月3个月地质及支观察、描绘开挖后、初支后每次开挖后纵向间距一般地 段10 m周边收敛收敛计1次/天；范围内加密为5m开挖面距量测断面前后5B时：拱顶下沉 水准仪、水准尺、钢尺同上开挖面距量测断面前后5B时：1次/周 地表沉降 水准仪、水准尺、钢尺同上地下水位 水位管、地下水位仪4个水位孔1次/2天
