[发明专利]一种纳米改性高致密喷射混凝土及利用其的富水隧道的施工方法

说明书

本发明公开了一种纳米改性高致密喷射混凝土及利用其的富水隧道的施工方法，属于隧道施工领域。本发明的纳米改性高致密喷射混凝土，早期强度、后期强度均有大幅度提升，与围岩粘结性强，可泵性强，前期硬化速度快，可将地下水快速封住，有效抵抗在建隧道强溶蚀过程；后期结构致密性好，孔隙率低，均匀性好，可以有效地减少地下水对衬砌的侵蚀作用。本发明的施工方法，当临空面水量较小时，直接进行喷射混凝土施工，快速封闭围岩内的水，形成早期强度很高的混凝土层。水量很大时，控制性的永久排水管的设置一方面可以起到限制排水、后期检查处治的效果，另一方面，会截断大量的水通过初支支护喷射混凝土，很大程度上避免了地下水对混凝土的侵蚀作用。

技术领域

本发明属于隧道施工领域，尤其是一种纳米改性高致密喷射混凝土及利用其的富水隧道的施工方法。

背景技术

高速公路建设在突飞猛进式发展的过程中，隧道渗漏水等病害也不断增多，同时，隧道渗流结晶病害问题越来越突出。在富含地下水地区，喷射混凝土抗渗性较差且在施作初期就不断受到地下水的侵蚀，地下水易渗透喷射混凝土侵入隧道内部，影响隧道结构耐久性及施工进程。在喷射混凝土中凝胶材料不断水化生成氢氧化钙、水化硅酸钙等水化产物，当富含侵蚀性离子的地下水不断穿过混凝土内部时，溶蚀混凝土中的钙离子，使钙离子随侵蚀液流入隧道排水系统内，加速排水系统发生结晶堵塞，这种现象称为隧道渗流结晶现象。随着地下水对隧道初期支护喷射混凝土的不断侵蚀，会将混凝土中的有效成分带入到排水系统中，逐步在排水系统中堆积，从而逐步堵塞排水管。隧道渗流结晶现象，一方面会逐步“掏空”初期支护混凝土内部有效成分，最终使初期支护失去强度；另一方面会逐步堵塞排水系统。一旦排水系统发生堵塞，衬砌背后的地下水不能及时排走，进而以压力的形式作用于支护结构外侧与路面底部，使得衬砌与路面承受了额外的附加水压，导致大量隧道建成后短时间就出现了衬砌开裂、渗漏水及路面冒水等病害现象，严重危及隧道营运安全。

常用的隧道喷射混凝土早期强度低，回弹量大，耐久性差，使得富水隧道施工困难，喷射混凝土与围岩粘附很差，再加上早龄期水泥水化程度不高，地下水对初期支护混凝土的侵蚀作用会成倍的增加，这也是当前很多隧道在建期间就出现严重的隧道结晶的主要原因。隧道建设期间出现严重的结晶病害，会严重影响施工工期，由于结晶体最终都会流入排水管/排水沟内，对排水管/排水沟结晶堵塞的处理会耗费大量的资金。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种纳米改性高致密喷射混凝土及利用其的富水隧道的施工方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种纳米改性高致密喷射混凝土，以重量份数计，包括以下组分：快硬硫铝酸盐水泥180份、普通硅酸盐水泥200～240份、水183份、碎石807份、机制砂813份、纳米硅钙聚合体54份、粉煤灰36份、速凝剂18份及减水剂18份；

所述纳米硅钙聚合体由以下方法制备得到：

将球形纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和高分子乳液分散混合，混合后置入喷雾干燥箱中进行烘干，得到纳米硅钙聚合体；

所述纳米硅钙聚合体平均粒径20～100nm，比表面积为20000～25000m²·kg^-1；

所述高分子乳液为丙烯酸乳液、氯丁乳液、醋酸乙烯乳液中的一种或多种。

进一步的，球形纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和高分子乳液的质量比为(3～1):(1～1):(5～3)。

进一步的，所述快硬硫铝酸盐水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥，比表面积为371m²·kg^-1，初凝时间为25min，终凝时间为34min；

所述普通硅酸盐水泥为P·O 42.5级的普通硅酸盐水泥，比表面积为355m²·kg^-1，初凝时间为208min；