內(nèi)容提要：介紹了改性水玻璃在地層加固中的漿液配制及注漿工藝，對(duì)注漿效果進(jìn)行了總結(jié)比較，并對(duì)影響加固效果的因素進(jìn)行了分析。
　　關(guān)鍵詞：改性水玻璃，地層，加固，應(yīng)用
　　1工程概況及地質(zhì)條件
　　本工程位于沈陽(yáng)市沈河區(qū)，為一、二號(hào)線的十字交叉換乘車(chē)站，一號(hào)線車(chē)站沿十一緯路、大西路呈東西向布置(長(zhǎng)210m)，二號(hào)線車(chē)站沿青年大街站南北向布置(長(zhǎng)140m)。二號(hào)線在上采用側(cè)式站臺(tái)、一號(hào)線在下采用島式站臺(tái)，青年大街的附屬工程較多，共十九個(gè)，設(shè)四個(gè)出入口通道、四個(gè)風(fēng)道、四個(gè)換乘通道、七個(gè)疏散通道。布局復(fù)雜，車(chē)站規(guī)模大；青年大街站車(chē)站主體均為暗挖施工。擬建場(chǎng)地范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)為第四系全新統(tǒng)人工填土層、第四系全新統(tǒng)渾河高漫灘及古河道沖積層、第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖洪積層。地層結(jié)構(gòu)組成為：雜填土、粉質(zhì)粘土、粉-細(xì)砂、中-粗砂、礫砂、圓礫，圍巖類(lèi)別為Ⅰ-Ⅱ類(lèi)。車(chē)站的結(jié)構(gòu)頂部位于粉-細(xì)砂層，結(jié)構(gòu)穿越粉-細(xì)砂、中-粗砂、礫砂、圓礫層，穩(wěn)定性低，開(kāi)挖中易發(fā)生坍塌，無(wú)法形成自然應(yīng)力拱。為保證施工安全、工程質(zhì)量和施工工期要求，經(jīng)理論論證和施工中試驗(yàn)調(diào)整，總結(jié)出采用改性水玻璃注漿加固地層的一套工藝。
　　2注漿漿液施工配合比選定
　　2.1配合比設(shè)計(jì)理論依據(jù)：
　　水玻璃（Na2SiO３•2H2O）溶液與稀硫酸溶液混合后，生成含有H2SiO3•2H2O和Na2SO4的混合液，化學(xué)反應(yīng)式為：Na2SiO３•2H2O+H2SO4（�。�=H2SiO3•2H2O+Na2SO4。漿液在壓力作用下并依靠自身擴(kuò)散性滲透到超前小導(dǎo)管周?chē)�的地層中，水分揮發(fā)后形成H2SiO3•2H2O膠體和Na2SO4晶體，將注漿擴(kuò)散范圍內(nèi)松散的砂土顆粒膠結(jié)在一起。對(duì)隧道拱部打設(shè)的小導(dǎo)管注漿后，在隧道拱頂開(kāi)挖輪廓外形成具有一定強(qiáng)度的膠結(jié)層，保證了隧道開(kāi)挖的安全和較好的控制了開(kāi)挖輪廓。
　　2.2原材料選擇：
　　硫酸：濃度98％工業(yè)硫酸
　　水玻璃：40波美度工業(yè)水玻璃
　　水：飲用水
　　施工配合比（體積比）水：硫酸：水玻璃=12：1：1
　　2.3漿液配置：
　�、艥饬蛩嵯♂�?zhuān)簩�濃硫酸按配合比稀釋至設(shè)計(jì)濃度10％；
　�、扑�玻璃稀釋?zhuān)簩⑺�玻璃按配合比稀釋至設(shè)計(jì)濃度（20波美度）；
　�、腔旌吓渲脻{液：將稀釋好的水玻璃緩緩加入到硫酸中，邊加邊攪拌，防止因局部水玻璃濃度過(guò)大結(jié)塊。
　　3施工工藝
　　3.1注漿機(jī)具設(shè)計(jì)及應(yīng)用
　　根據(jù)改性水玻璃注漿工藝要求，設(shè)計(jì)加工了注漿工具--牛角泵（如下圖示），經(jīng)試壓檢驗(yàn)后投入使用。其他輔助工具還有：500L塑料容器（3個(gè)），攪拌棒，高壓風(fēng)管等。

　　3.2工藝流程
　　⑴地層加固的注漿工藝流程為：

　　注漿工藝中的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)：
　�、傧×蛩崛芤号渲七^(guò)程中，注意佩帶防護(hù)用具，嚴(yán)禁將水加入到濃硫酸中。
　　②將水玻璃加入稀硫酸中應(yīng)緩慢加入并不斷攪拌，防止局部H2SiO3•2H2O濃度過(guò)大產(chǎn)生絮狀沉淀。
　�、奂尤胱�漿液前應(yīng)先送風(fēng)，檢驗(yàn)機(jī)具氣密性，同時(shí)將超前小導(dǎo)管中的砂土排除。
　�、艽蜷_(kāi)風(fēng)壓閥門(mén)實(shí)施注漿時(shí)，最好采用二次送風(fēng)（間隔3-5min），可以將漿液壓入導(dǎo)管中排出管中氣體，并讓漿液有一定的擴(kuò)散時(shí)間。
　�、撇捎酶男运�玻璃對(duì)地層進(jìn)行加固，能收到以下較好效果（與水泥-水玻璃雙液漿相比較）：
　�、俟に嚭�(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)：采用水泥水玻璃雙液漿作為注漿材料，是選用持續(xù)壓力注漿，注漿過(guò)程需要持續(xù)穩(wěn)定壓力才能保證漿液擴(kuò)散效果，達(dá)到預(yù)期加固目的，因此需要用噴射混凝土對(duì)掌子面進(jìn)行封閉處理，并且下一循環(huán)施工時(shí)需對(duì)噴射混凝土層進(jìn)行破除，浪費(fèi)了工時(shí)，降低了作業(yè)效率。而改性水玻璃漿液注入到超前小導(dǎo)管后，依靠漿液自身的滲透性擴(kuò)散到超前小導(dǎo)管周?chē)�的砂層中，從而達(dá)到地層加固的效果，施工不需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)壓力，也不需要大面積封閉掌子面，操作簡(jiǎn)單。
　�、跐{液擴(kuò)散范圍大，加固效果好。改性水玻璃是均一穩(wěn)定的溶液，除漿液配制過(guò)程中產(chǎn)生的極少量絮狀H2SiO3•2H2O外，其他成分為Na2SO4和H2SiO3的溶液，同時(shí)大量的SO42-減短了硅氧四面體（-SiO32--）的鏈狀結(jié)構(gòu)，降低了水玻璃的黏度，比含有水泥顆粒的懸濁液性質(zhì)的水泥-水玻璃雙液漿具有更強(qiáng)的滲透性，因而擴(kuò)散范圍更大，在中粗砂層中的擴(kuò)散半徑可達(dá)20厘米，較好的控制了拱頂砂層的滑落、坍塌。
　�、凼�時(shí)節(jié)料，經(jīng)濟(jì)效果明顯：采用改性水玻璃注漿工藝從打設(shè)超前小導(dǎo)管到注漿結(jié)束的正常耗時(shí)30-40min，而水泥--水玻璃注漿工序則需要90-110min，每個(gè)工作循環(huán)可節(jié)省工時(shí)1個(gè)小時(shí)。同時(shí)，經(jīng)計(jì)算分析，在該工程隧道施工中采用改性水玻璃注漿工藝，僅從提高注漿效果控制超挖超噴和節(jié)省封閉掌子面兩方面就可以節(jié)約C20噴射混凝土600多立方，節(jié)約成本55萬(wàn)余元。
　　3.3注漿順序
　　注漿順序采取間隔注單號(hào)孔，然后注雙號(hào)孔，這樣有效地形成擠壓、密實(shí)作用，達(dá)到注漿目的。
　　3.3人員配置
　　鉆孔人員必須作好現(xiàn)場(chǎng)鉆孔記錄，取得第一手地質(zhì)資料，以便注漿技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)資料及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)。注漿記錄人員必須把當(dāng)班的記錄及時(shí)整理。勞動(dòng)力具體分工如表4所示。在施工中應(yīng)各司其職，認(rèn)真負(fù)責(zé)，相互協(xié)作，互相監(jiān)督。
　　

　　3.4注漿效果檢查
　　注漿結(jié)束后，必須進(jìn)行注漿效果檢查。其方法主要有以下幾種方法。
　　3.4.1分析法
　　注漿過(guò)程中P-q-t曲線，通過(guò)對(duì)鉆孔、注漿記錄進(jìn)行整理，分析每個(gè)孔段的注漿壓力和注漿速度，以及串漿情況，找出可能出現(xiàn)的薄弱部位。
　　3.4.2鉆檢查孔法
　　根據(jù)注漿記錄，在注漿最薄弱的部位確定檢查孔。對(duì)檢查孔進(jìn)行鉆孔檢查，檢查孔無(wú)涌水、涌砂。對(duì)檢查孔進(jìn)行注水試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)試其滲透系數(shù)綜合評(píng)價(jià)。
　　3.4.3開(kāi)挖后取樣
　　開(kāi)挖后對(duì)揭露的注漿固結(jié)體取樣，觀察其注漿效果，必要時(shí)測(cè)試其力學(xué)指標(biāo)。
　　4注漿加固效果影響因素分析
　　應(yīng)用改性水玻璃注漿加固地層在沈陽(yáng)地鐵工程中的應(yīng)用取得了較好的效果，基本達(dá)到了工藝簡(jiǎn)單、省時(shí)省力、節(jié)約降造的效果。同時(shí)，采用改性水玻璃注漿加固地層的工藝有一些不完善之處，一是注漿膠結(jié)體的強(qiáng)度低，該工藝原理是依靠H2SO4和Na2SiO3反應(yīng)產(chǎn)生的H2SiO3•2H2O膠體和Na2SO4晶體填充在砂層空隙中，形成膠結(jié)體，其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水泥水化產(chǎn)生的水化硅酸鈣和氫氧化鈣膠結(jié)體的強(qiáng)度，因此該漿液的膠結(jié)體在外力作用下易被破壞。二是適用范圍小，采用改性水玻璃加固地層只適合細(xì)度模數(shù)不大于3.2的干燥砂層。為保證注漿加固效果，砂粒越粗空隙率越大，對(duì)注漿材料的填充和膠結(jié)能力要求也越高，但對(duì)膠結(jié)強(qiáng)度一定的改性水玻璃而言，膠結(jié)體中的空隙和缺陷會(huì)因砂層孔隙率增加而變大，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，以至不能滿(mǎn)足施工中的加固要求。同時(shí)砂層中含水過(guò)高時(shí)，漿液中的游離水不能揮發(fā)而形成Na2SO4晶體和H2SiO3•2H2O膠體，達(dá)不到加固目的。這些缺點(diǎn)在今后的施工中將通過(guò)試驗(yàn)逐步解決，使得該工藝更成熟，更能為工程施工發(fā)揮作用。
　　5結(jié)束語(yǔ)
　　隨著地下工程技術(shù)日新月異的進(jìn)展，越來(lái)越多的工程實(shí)踐證明：注漿工法的應(yīng)用，在工程地質(zhì)和水文地質(zhì)較復(fù)雜的地下工程中，已經(jīng)成為保證工程質(zhì)量和安全的經(jīng)濟(jì)而有效的新型技術(shù)。注漿技術(shù)的積極應(yīng)用在沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線11標(biāo)青年大街車(chē)站施工的順利完成過(guò)程中起到了關(guān)鍵性的作用，通過(guò)施工過(guò)程中改性水玻璃的應(yīng)用，使我們更充分的認(rèn)識(shí)到注漿是地下工程施工中不可缺少的環(huán)節(jié)，在進(jìn)行注漿施工前，需要認(rèn)真分析在不同地質(zhì)條件下漿液的作用和擴(kuò)散范圍，注漿量及注漿壓力，采取針對(duì)性的措施，注意施工細(xì)節(jié)，這樣才能取得理想的效果。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]草野一人，地基加固和防水藥液注漿設(shè)計(jì)施工手冊(cè)，中國(guó)鐵道出版社，1983年
　　[2]沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線11標(biāo)施工設(shè)計(jì)
　　

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