[发明专利]一种早强型隧道注浆材料

说明书

一种早强型隧道注浆材料，包括水泥、水以及粉煤灰，其中，粉煤灰和水泥的重量比为(0.5～1):1，水的质量与水泥与粉煤灰的总质量的比为(0.48～0.5):1。针对软弱松散破碎地层隧道大变形灾害特点，充分实现了地层注浆加固和锚杆注浆加固的高强快硬性能，4h抗压强度>10MPa；能及时有效发挥加固和悬吊作用，经渭武高速木寨岭隧道现场实际应用，效果极其显著。另外，流动性较好，初凝时间为40±5min。本发明涉及的水泥粉煤灰浆不仅能渗透到松散破碎地层的节理裂隙中，且结石率高，能有效起到加固围岩和提供抗拔力的作用。并且价格低廉，适合推广。

技术领域

本发明涉及一种早强型隧道注浆材料，属于注浆材料技术领域。

背景技术

我国是世界上隧道工程规模最大、数量最多、修建速度最快的国家。截至 2016年底已建成公路隧道14040km/15181座，截至2017年底已建成铁路隧道 15781km/14700座，到2020年，我国高速铁路建成里程达3万公里(现有2.2 万公里)，需新增0.8万公里；高速公路建成里程达15万公里(现有13.1万公里)，需新增1.9万公里。另外，规划也指出：中西部地区交通发展短板明显，相对滞后，要强化中西部地区通道建设。中西部地区迎来了新一轮的交通基础设施建设高潮。

中西部地区以山地和重丘为主，地形地质条件复杂多变，发展交通必然会遇到大量的隧道工程。随着隧道建设标准和建设规模的提高，安全高效地穿越高地应力软岩地区面临巨大挑战，特别是穿越软弱松散破碎岩层时，高地应力软岩大变形问题突出，现有的隧道理论方法和建设技术水平已经不能满足工程防灾减灾的需求。例如：2017年9月建成通车的兰渝铁路木寨岭隧道长19.1km，围岩以碳质板岩为主，施工过程中发生大变形，最大收敛变形达2.59m，最大拱部沉降达1.81m，造成初期支护与二次衬砌侵限、开裂、局部塌陷，被迫频繁拆换拱架，造成工期延误33个月，社会影响恶劣。

按照注浆对象和目的不同，隧道内注浆可分为：地层加固注浆、塌方体注浆、隧道止水注浆、锚杆注浆等4大类。地层注浆和锚杆加固(如让压锚杆)是控制软弱松散破碎地层大变形最有效、最常见的工程措施。因此，浆液的性能对隧道注浆工程来讲尤为重要。注浆材料是加固软弱围岩形成加固圈和承载拱及提供锚杆锚固力的关键。在注浆工程的设计中，浆液的选择是重要的一环，它直接影响着注浆的质量和工程的造价。由于注浆的目的和要求不同，选用的浆液亦应不同。隧道工程以往通用的注浆材料是普通硅酸盐水泥净浆，该水泥净浆(水灰比以0.5 计)凝结时间往往大于5h，按照隧道正常工序用时，隧道已进行了1次爆破施工。隧道初期支护由于自身结构稳定性差，在自重和爆破扰动附加荷载作用下往往发生沉降变形，多者可达100～200mm/d，此时锚杆周围充填的水泥浆液仍没有或者只有极小的强度和握裹力，锚杆锚固力、对初期支护的悬吊作用及对围岩的挤压加固作用得不到及时有效地发挥，围岩与初期支护脱空，上覆岩体失去支护约束，由于软岩黏聚力很小，难以克服自重和施工扰动产生的附加荷载，使拱部岩体产生向下的滑移和松动，进而引起拱部松动区扩大，初期支护结构稳定性进一步恶化，出现钢架扭曲折断、喷射混凝土开裂等初期支护失稳破坏问题，加剧大变形灾害的发生。因此，大变形隧道的防控往往是非常困难和难见成效的。因此，针对软弱松散破碎地层隧道大变形灾害的防治，常用于地层加固和锚杆加固的注浆材料存在以下不足之处：

(1)缺乏针对性。对于软弱松散破碎地层隧道大变形灾变的特性与机理缺乏针对性，防控效果不理想。

(2)早期强度低。不能及时加固围岩和提供锚杆锚固力，在频繁施工扰动 (特别是爆破振动)作用下，初期支护极易发生沉降变形，与围岩脱空，进而牵引上覆围岩松动，诱发大变形灾害发生。

(3)浆液凝结速度慢。易在地下水作用下稀释、流失，造成注浆质量差。

(4)设计水灰比不合理。W/C＝1:1过稀的水泥浆液在隧道注浆工程中屡见不鲜。