水玻璃在地鐵施工中的應用概況

 引言        水泥—水玻璃雙液漿不僅具備水泥漿的特點(diǎn)，而且還兼有某些化學(xué)漿液的特點(diǎn)，如漿液膠凝時(shí)間可在幾秒至幾十分鐘之間準確控制。這是水泥單液漿不具備的特點(diǎn)，在處理隧道的滲漏水情況時(shí)，水泥單液漿由于凝結時(shí)間慢，在注漿后會(huì )形成泌水通道，堵水效果不是很明顯，而這些情況可以通過(guò)雙液漿來(lái)解決。 

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1 工程概況        

北京地鐵十號線(xiàn)第三標段位于北京市海淀區，分為蘇黃、黃科兩個(gè)區間和科南路站，區間正線(xiàn)采用淺埋暗挖法施工，在黃科區間豎井以東的 390 m 范圍內沒(méi)有設降水井，蘇黃區間 2 號豎井范圍內降水井的降水效果不明顯，以上兩個(gè)區域隧道穿越地層主要為粉質(zhì)粘土層、粉土層、圓礫卵石層，局部夾有中粗砂層、粉細砂層，并且地層中含有豐富的地下水，隧道上方地層中管溝多且復雜，各種管溝中都有流動(dòng)水和積存水。管線(xiàn)埋置相對較淺，距離結構較近，且部分管線(xiàn)年代久遠、滲漏嚴重，造成地層中水源補給充分，隧道內滲水嚴重，且有壓力水突涌。    

2 堵水方案的選擇及確定        

地鐵暗挖隧道注漿是在 1986 年修建復興門(mén)折線(xiàn)時(shí)，伴隨著(zhù)淺埋暗挖技術(shù)的開(kāi)發(fā)而應用的，開(kāi)始僅為加固地層，以單液水泥漿為主，采用深孔和小導管注漿，為解決粉細砂層水泥漿無(wú)法注入的難題，研究出了改性( 酸性) 水玻璃。隨著(zhù)地鐵東進(jìn)，地下水位升高，地下水進(jìn)入隧道開(kāi)挖斷面乃至整個(gè)斷面之內，又研究出了 C—S( 水泥—水玻璃) 漿進(jìn)行堵水，一次支護背后，初襯和二襯間進(jìn)行填充注漿，主要為單液水泥漿和水泥砂漿，后來(lái)一襯之后隧道滲漏水嚴重，又采用 C—S 漿進(jìn)行背后注漿，以減少涌水量。根據以往的成功經(jīng)驗，結合本標段的實(shí)際情況，經(jīng)綜合分析，并進(jìn)行論證后，決定在初期支護背后進(jìn)行填充 C—S 雙液漿進(jìn)行堵水。    

3 雙液漿的原材料及反應機理        

1) 注漿原材料。水泥: 普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于32． 5; 水玻璃: 模度 2． 2 ～ 2． 8，濃度不低于 40 Be'; 緩凝劑: 磷酸氫二鈉、工業(yè)品。        

2) 水泥和水玻璃的反應機理。水泥的凝結和硬化主要是水泥水化析出凝膠性的膠體物質(zhì)所引起的。水泥水化生成硅酸二鈣、硅酸三鈣和氫氧化鈣，當加入水玻璃以后，水玻璃馬上與新生成的氫氧化鈣反應，生成具有一定強度的凝膠體水化硅酸鈣，反應過(guò)程為：  3CaO· SiO2+ nH2O→2CaOSiO2·( n －1) H2O + Ca( OH)2Ca( OH)2+ Na2O·nSiO2+ mH2O→CaO·nSiO2·mH2O + 2NaOH        

3) 磷酸氫二鈉的作用機理。在配制水泥—水玻璃雙液漿時(shí)，磷酸氫二鈉是一種必不可少的化學(xué)物質(zhì)。上面所提到的反應過(guò)程是在2 s ～3 s 之內完成的，它的直觀(guān)反應就是雙液漿瞬間凝結，不具備可施工性。加入磷酸氫二鈉后它在水泥顆粒表面形成一層“難溶性”的磷酸鈣，因而阻止了水泥的正常水化。這樣Ca( OH)2析出速度變緩，上述反應過(guò)程發(fā)生緩慢，從而使雙液漿的凝結時(shí)間在幾秒鐘至幾十分鐘之間任意調節。      

4 雙液漿的配合比確定        

雙液漿凝膠時(shí)間隨水玻璃濃度、水泥漿濃度、水玻璃與水泥漿的體積比以及溫度等因素的變化而變化。一般情況下，在一定范圍內，水玻璃濃度變小，凝膠時(shí)間縮短，兩者呈直線(xiàn)關(guān)系; 水灰比越小，水泥與水玻璃的反應越快，凝膠時(shí)間越短�？偟膩�(lái)說(shuō)，水泥漿濃度越高，反應越快，水玻璃越稀則反應越快。在施工中處理不同的滲漏情況時(shí)，需要的凝結時(shí)間也不同。因此在施工前要通過(guò)試驗來(lái)確定易施工的配合比。       

1) 水玻璃的稀釋。水玻璃的稀釋采用邊加水邊攪拌邊用波美比重計測量的方法，也可以采用計算方法，先算出加水量然后加水攪拌均勻。        V原= ( d配－ 1) × V配/ ( d原－ 1) ; V水= V配－ V原。     其中，d原，d配分別為原水玻璃和預配水玻璃的比重，水玻璃比重與波美度的關(guān)系為 d =145/( 145 Be') ; V水，V配，V原分別為加水、原水玻璃和預配水玻璃的體積。        

2) 水泥漿的配制。在水泥漿配制之前要確定緩凝劑磷酸氫二鈉的摻量，磷酸氫二鈉如有結塊現象要碾碎，在放水的同時(shí)，將磷酸氫二鈉一并加入并攪拌，待水加至設計容量后，繼續攪拌1 min，使磷酸氫二鈉完全溶解，然后投入水泥，再攪拌 3 min。        

3) 漿液配合比的確定。在處理隧道的滲漏水時(shí)，一般不需要漿液結石體抗壓強度，當有強度要求時(shí)，要通過(guò)正交設計的方法安排試驗程序，用多指標綜合平衡法分析試驗結果，來(lái)確定水灰比、水玻璃的濃度及磷酸氫二鈉的摻量。從理論上講水泥漿越濃，其抗壓強度越高; 當水泥漿濃度較大時(shí)，隨水玻璃濃度的增大，抗壓強度增高; 水泥漿濃度較小時(shí)，隨水玻璃濃度的增加，抗壓強度降低; 但當水泥漿濃度處于中間狀態(tài)時(shí)，水玻璃濃度對其抗壓強度影響不大。對于處理隧道的滲漏水關(guān)鍵的是凝結時(shí)間，最常見(jiàn)的配比是:  水泥漿∶ 水灰比 = ( 1 ～1． 5) ∶ 1( 重量比) ; 磷酸氫二鈉( 1 ～3) %( 根據凝膠時(shí)間而定) ; 水玻璃漿 35 Be'; 水泥漿∶ 水玻璃漿 =1∶ 1( 雙液注漿機的兩根進(jìn)漿管進(jìn)漿速度相同) 。在施工中要根據現場(chǎng)情況來(lái)估算一下注漿時(shí)間，來(lái)確定施工配合比，以保證雙液漿在注滿(mǎn)后凝結，避免因為凝結時(shí)間問(wèn)題造成注漿通路堵塞，影響注漿效果，達不到堵水的目的。    

5 施工中的注意事項        

1) 配制漿液時(shí)要注意嚴格按照配合比配制，加入磷酸氫二鈉后一定要攪拌至完全溶解。當人工攪拌時(shí)水泥漿和水玻璃的配漿桶至少要各準備兩組，以保證注漿時(shí)注漿機的連續送漿。水玻璃漿液攪拌均勻后要用波美比重計檢測其波美度。        

2) 注漿過(guò)程中雙液注漿機的進(jìn)漿管在倒換注漿桶時(shí)不可混淆，混合閥上的壓力表要有專(zhuān)人讀數，當發(fā)現有異常時(shí)( 壓力突然迅速增大并超過(guò)注漿結束的臨界值) 要馬上停機，并及時(shí)泵水沖洗注漿機及輸漿管，  以防漿液凝結，造成注漿機及輸漿管的報廢。當拆卸輸漿管和注漿小導管的接頭所耗時(shí)間臨近漿液的凝結時(shí)間時(shí)，要采取果斷措施鋸斷接頭處，以保證在漿液凝結前泵水沖洗注漿機及輸漿管。        

3) 注漿時(shí)每隔 5 min 或變更配合比時(shí)或采用間歇注漿前，要在孔口測量漿液凝膠時(shí)間，并根據情況進(jìn)行調整。注漿過(guò)程中，不得無(wú)故停電，如需停電，必須通知注漿班，及時(shí)沖洗注漿機及輸漿管。       

4) 一次支護施作時(shí)，應按設計要求預埋充填注漿管，注漿管外露100 mm，以便接管注漿，并用棉紗塞緊孔口，然后再?lài)娚浠炷�土。待孔口封堵材料達到一定強度后開(kāi)始注漿。注漿順序是從兩邊墻底部向拱頂交叉進(jìn)行，從少水孔向有水孔( 大水孔) 進(jìn)行。   

6 結語(yǔ)        

注雙液漿堵水是目前隧道施工中比較成熟的技術(shù)，它的堵水效果可以說(shuō)是“立竿見(jiàn)影”，同時(shí)造價(jià)又比較理想，它克服了注水泥單液漿由于凝結時(shí)間過(guò)長(cháng)，從而易形成泌水通道的缺點(diǎn)。但是它的施工難度比較大，在施工中需要操作工人之間很好的配合，要求工人要有較強的責任心和較高的熟練程度�？傮w來(lái)說(shuō)要把握住兩點(diǎn)，首先要嚴格通過(guò)試驗的方法來(lái)確定配合比并在配制漿液過(guò)程中隨時(shí)檢查，其次要保證在漿液凝結前沖洗注漿機及輸漿管。在做到以上兩點(diǎn)后這項技術(shù)將會(huì )解決我們施工中的很多難題。