一种富水隧洞注浆浆液及注浆工艺的制作方法

本技术涉及隧道注浆料与注浆工艺的领域，尤其是涉及一种富水隧洞注浆浆液及注浆工艺。

背景技术：

1、我国幅员辽阔，山区面积约占了国土面积的70％，地理地质条件十分复杂，是世界上岩溶分布最广的国家。按可溶地层分布计算，分布面积可达3.443×106km2的总面积约占我国国土面积的1/3；按碳酸岩出露面积计算，分布面积为0.907×106km2的总面积接近我国国土面积的1/10。西部已建和在建隧道中位于岩溶地区的隧道占有相当大比例，在西南和中南地区已建的17座岩溶中、长铁路隧道中，有近50％发生过岩溶灾害，突水等灾害已经成为我国岩溶地区隧洞修建中最严重、最常见的地质灾害之一。

2、常用抵抗隧道突水等岩溶灾害的方法包括超前地质预报、注浆加固、隧道排水、设置平行导坑等方法，其中注浆预加固提高了围岩的自稳性能，缩小了开挖变形产生的松弛区范围，减少了地表附近开裂滑动层对隧道开挖的不良影响,防止塌方冒顶。

3、注浆加固中常用的注浆料包括单液惰性注浆料、单液硬性注浆料、水泥-水玻璃双液注浆料。其中，水泥-水玻璃双液注浆料是活性浆液，具有凝固速度快，早期强度以及长期强度高的特点，适用于隧道壁后注浆加固。

4、在富水区进行盾构隧道壁后注浆加固，水泥-水玻璃双液注浆料固化后形成围岩，围岩长期承受水溶蚀作用，围岩表面水化产物不断向外迁移溶出，在围岩外表面形成多孔结构，围岩内部结构中钠、硅酸根离子及水化产物由多孔结构中向外迁移，导致围岩力学性能衰减，对液态水阻挡作用减弱。

技术实现思路

1、为了提高围岩的抗水蚀性能，本技术提供一种富水隧洞注浆浆液及注浆工艺。

2、第一方面，本技术提供的一种富水隧洞注浆浆液采用如下的技术方案：

3、一种富水隧洞注浆浆液由水泥复合浆料和水玻璃制成，所述水泥复合浆料与水玻璃的体积比为(4-6)：5；

4、所述水泥复合浆料包括以下重量份的原料：水泥40份；填料55-70份；水48-82份；减水剂0.4-1.2份；抗溶蚀剂0.5-1.5份；抗裂剂1.3-2.7份；

5、所述抗溶蚀剂包括以下重量份的原料：玄武岩短纤维10份；甘蔗渣粉1-3份；双环戊二烯1.5-4.5份；不溶性聚合物3-8份；阻聚剂0.01份；

6、所述水玻璃的波美度为30bé-39bé。

7、通过采用上述技术方案，抗溶蚀剂中的玄武岩短纤维在甘蔗渣粉和双环戊二烯的作用下改性，形成摩擦系数高、耐水、固着离子的改性纤维，在水泥-水玻璃双液体系中，改性纤维与不溶性聚合物形成三维的网状结构，提高了水泥-水玻璃双液体系的抗离析性能；抗聚剂的存在，不溶性聚合物不易发生聚合反应，有效地控制了水泥-水玻璃双液体系的粘度，降低了堵管、渗透范围小等问题出现的概率；富水隧洞注浆浆液形成围岩后，不溶性聚合物填充玄武岩短纤维与填料之间的孔隙、以及水泥与填料之间的孔隙，提高了围岩的自密性，阻碍水分子侵入围岩；甘蔗渣通过物理和化学作用吸附金属离子和硅酸根离子，阻碍金属离子和硅酸根离子向围岩外侧迁移，从而维持了围岩的力学性能。同时双环戊二烯和不溶性聚合物固着甘蔗渣，减小了甘蔗渣被溶出的概率，提高了围岩的稳定性。在液态水向围岩内侵蚀时，不溶性聚合物和双环戊二烯的共同作用下，提高了围岩和对液体水的阻拦作用。综上，在水泥、填料、抗溶蚀剂和水玻璃共同作用下，提高了围岩的抗水蚀性能。

8、可选的，所述抗溶蚀剂的制备包括以下步骤：将双环戊二烯与甘蔗渣粉混合均匀后加热至33-35℃，之后加入玄武岩短纤维，搅拌均匀后降至常温，静置、振荡、梳理得到改性纤维；将不溶性聚合物和阻聚剂混合均匀，加入改性纤维，加热至31-33℃，恒温搅拌10-20min，降至常温，静置、振荡、分散得到抗溶蚀剂。

9、通过采用上述技术方案，在33-35℃温度下，双环戊二烯熔融，甘蔗渣粉吸附双环戊二烯分子，双环戊二烯将甘蔗渣粉分散均匀，加入玄武岩短纤维后，在双环戊二烯中碳碳双键和玄武岩短纤维表面基团作用下，双环戊二烯和甘蔗渣粉均匀分散在玄武岩短纤维表面，形成改性纤维。改性纤维与不溶性聚合物以及阻聚剂混合，在31-33℃作用下，部分不溶性聚合物沾附在改性纤维表面，部分不溶性聚合物相互黏连，形成网状结构，但因为阻聚剂的存在，抗溶蚀剂不易自聚合，有效控制了粘度；此时，双环戊二烯修补玄武岩短纤维表面裂缝，提高了玄武岩短纤维的强度。通过上述步骤制备的抗溶蚀剂，提高了围岩的稳定性，液态水不易溶蚀围岩，即提高了围岩的抗水蚀性能。

10、可选的，所述不溶性聚合物选用低分子量的不溶性聚合物。

11、通过采用上述技术方案，低分子量的不溶性聚合物粘度低，便于控制水泥-水玻璃双液料的粘度，减小了注浆过程中堵管的概率。

12、可选的，所述不溶性聚合物选自低分子量的聚己内酯、低分子量的聚氨酯弹性体和低分子量的聚四氟乙烯中的一种。

13、通过采用上述技术方案，低分子量的聚己内酯、低分子量的聚氨酯弹性体和低分子量的聚四氟乙烯为抗溶蚀剂提供一定的粘性，便于形成三维网络结构；同时上述物质抗水、拒水，提高了围岩的抗水蚀性能。优选的，不溶性聚合物选自低分子量的聚己内酯，分子量为2000g/mol-5000g/mol，生成的抗溶蚀剂性能稳定，抗水蚀能力强。

14、可选的，所述阻聚剂选自对苯二酚。

15、通过采用上述技术方案，对苯二酚与聚己内酯分子链中的双键反应，生成稳定的不溶性产物，从而抑制低分子量的聚己内酯聚合，有效控制了抗溶蚀剂的粘度。对苯二酚与水泥-水玻璃双液体系中的镁离子、钙离子等反应，形成难溶性物质，减小了离子从围岩向水中迁移的概率，提高了围岩的抗水蚀性能。

16、可选的，所述水泥为超细硅酸盐水泥。

17、通过采用上述技术方案，普通硅酸盐水泥颗粒较大，难以注入到孔隙或裂隙小于0.2mm土体中，使用超细硅酸盐水泥，便于注浆浆液向土体中渗透，提高了围岩的稳固性。

18、可选的，所述抗裂剂包括羟丙基纤维素和乙烯-醋酸乙烯共聚物，所述羟丙基纤维素和乙烯-醋酸乙烯共聚物的重量比为(16-17)：10。

19、通过采用上述技术方案，羟丙基甲基纤维素能够提高浆液体系中颗粒的分散性，而且能够提高浆液泵送稳定性，不易离析分层；羟丙基甲基纤维素与乙烯-醋酸乙烯共聚物配合增强浆液的动水抗冲刷性能,同时提高了浆液在富水条件下的结石体留存率；在富水区,浆液固化过程中,水泥水化产生热量,导致体积膨胀,后期温度降低,易产生收缩裂缝,在浆液中添加乙烯-醋酸乙烯共聚物,乙烯-醋酸乙烯共聚物提供回弹性,降低了收缩裂缝产生的概率。

20、可选的，所述填料包括矿渣、粉煤灰和钠基膨润土，所述矿渣、粉煤灰和钠基膨润土的重量比为所述填料包括矿渣、粉煤灰和钠基膨润土，所述矿渣、粉煤灰和钠基膨润土的重量比为(8-60)：(57-210)：5。

21、通过采用上述技术方案，矿渣、粉煤灰和钠基膨润土配合,提高了水泥-水玻璃双液围岩的自密性,从而提高了围岩的抗水蚀性能.

22、第二方面，本技术提供的一种富水隧洞注浆工艺采用如下的技术方案：

23、一种富水隧洞注浆工艺,采用前进式深孔注浆工艺，使用上述的富水隧洞注浆浆液进行注浆。

24、通过采用上述技术方案，采用前进式深孔注浆工艺,提高了地层的强度和稳定性，提高了隧道围岩的挡水、堵水能力，便于在富水区施工，减小了隧道突水等岩溶灾害的发生概率。

25、可选的，注浆初压为0.9-1mpa，注浆终压为0.2-0.3mpa，注浆速度为20-40l/min，前进式分段注浆长度2-3m。

26、通过采用上述技术方案，通过调整注浆工艺，水泥-水玻璃双液浆料向富水区土壤中渗透，并快速凝固，减小了浆料冲击富水区土壤，导致土壤崩塌的概率，提高了施工过程的安全性。

27、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

28、1.水泥-水玻璃双液浆料固化过程中，抗溶蚀剂形成三维网状结构，抗溶蚀剂中的低分子量聚己内酯填充玄武岩短纤维与填料之间、玄武岩短纤维与水泥颗粒之间的缝隙，提高了围岩的自密性，阻碍水分子侵入围岩，提高围岩的抗水蚀性能；上述三维网状结构表面为分解水分子的双环戊二烯和固着离子的甘蔗渣粉，阻挡水分子向围岩内侵蚀，同时通过物理和化学作用吸附金属离子和硅酸根离子，阻碍金属离子和硅酸根离子向围岩外侧迁移，从而维持了围岩的力学性能，围岩不易在压力作用下产生裂缝，进一步提高围岩的抗水蚀性能；

29、2.双环戊二烯充当粘结剂，将玄武岩短纤维、甘蔗渣粉、聚己内酯黏连固定，便于抗溶蚀剂发挥作用；双环戊二烯中的碳碳双键与水分子中的氢原子和氧原子发生反应,生成不溶于水的物质,同时与空气中的氧气发生反应,生成具有较高反应活性的自由基,这些自由基进-步与水分子反应,促进水分子的分解和蒸发，从而消耗侵入的水分子，延缓了水分子对固化物/围岩的侵蚀，提高了围岩的抗水蚀性能；

30、3.对苯二酚与聚己内酯分子链中的双键反应，生成稳定的不溶性产物，从而抑制低分子量的聚己内酯聚合，有效控制了抗溶蚀剂的粘度。对苯二酚与水泥-水玻璃双液体系中的镁离子、钙离子等反应，形成难溶性物质，减小了离子从围岩向水中迁移的概率，提供了围岩的抗水蚀性能；

31、4.羟丙基甲基纤维素能够提高浆液体系中颗粒的分散性，而且能够提高浆液泵送稳定性，不易离析分层；羟丙基甲基纤维素与乙烯-醋酸乙烯共聚物配合增强浆液的动水抗冲刷性能,同时提高了浆液在富水条件下的结石体留存率；在富水区,浆液固化过程中,水泥水化产生热量,导致体积膨胀,后期温度降低,易产生收缩裂缝,在浆液中添加乙烯-醋酸乙烯共聚物,乙烯-醋酸乙烯共聚物提供回弹性,降低了收缩裂缝产生的概率。