西安改性水玻璃在地层加固中的应用二

3.施工工艺
3.1注浆机具设计及应用
      根据改性水玻璃注浆工艺要求，设计加工了注浆工具——牛角泵（如下图示），经试压检验后投入使用。其他辅助工具还有：500L塑料容器（3个），搅拌棒，高压风管等。

3.2工艺流程
      （1）地层加固的注浆工艺流程为：

      注浆工艺中的几个重要环节：
      ①稀硫酸溶液配制过程中，注意佩带防护用具，严禁将水加入到浓硫酸中。
      ②将水玻璃加入稀硫酸中应缓慢加入并不断搅拌，防止局部H2SiO3·2H2O浓度过大产生絮状沉淀。
      ③加入注浆液前应先送风，检验机具气密性，同时将超前小导管中的砂土排除。
      ④打开风压阀门实施注浆时，采用二次送风（间隔3—5min），可以将浆液压入导管中排出管中气体，并让浆液有一定的扩散时间。
      （2）采用改性水玻璃对地层进行加固，能收到以下较好效果（与水泥—水玻璃双液浆相比较）：
      ①工艺简单，可操作性强：采用水泥水玻璃双液浆作为注浆材料，是选用持续压力注浆，注浆过程需要持续稳定压力才能保证浆液扩散效果，达到预期加固目的，因此需要用喷射混凝土对掌子面进行封闭处理，并且下一循环施工时需对喷射混凝土层进行破除，浪费了工时，降低了作业效率。而改性水玻璃浆液注入到超前小导管后，依靠浆液自身的渗透性扩散到超前小导管周围的砂层中，从而达到地层加固的效果，施工不需要长时间持续压力，也不需要大面积封闭掌子面，操作简单。
      ②浆液扩散范围大，加固效果好。改性水玻璃是均一稳定的溶液，除浆液配制过程中产生的极少量絮状H2SiO3·2H2O外，其他成分为Na2SO4和H2SiO3的溶液，同时大量的SO4 2-减短了硅氧四面体（-SiO3 2--）的链状结构，降低了水玻璃的黏度，比含有水泥颗粒的悬浊液性质的水泥—水玻璃双液浆具有更强的渗透性，因而扩散范围更大，在中粗砂层中的扩散半径可达20厘米，较好地控制了拱顶砂层的滑落、坍塌。
      ③省时节料，经济效果明显：采用改性水玻璃注浆工艺从打设超前小导管到注浆结束的正常耗时30—40min，而水泥—水玻璃注浆工序则需要90—110min，每个工作循环可节省工时1个小时。同时，经简单计算，在该工程320米区间隧道施工中采用改性水玻璃注浆工艺，仅从提高注浆效果控制超挖超喷和节省封闭掌子面两方面就可以节约C20喷射混凝土300多立方，节约成本近30万元。
 
4.注浆加固效果影响因素分析
      应用改性水玻璃注浆加固地层在西安地铁工程中的应用取得了较好的效果，基本达到了工艺简单、省时省力、节约降造的效果。同时，采用改性水玻璃注浆加固地层的工艺有一些不完善之处，一是注浆胶结体的强度低，该工艺原理是依靠H2SO4和Na2SiO3 反应产生的H2SiO3·2H2O胶体和Na2SO4晶体填充在砂层空隙中，形成胶结体，其强度远远低于水泥水化产生的水化硅酸钙和氢氧化钙胶结体的强度，因此该浆液的胶结体在外力作用下易被破坏。二是适用范围小，采用改性水玻璃加固地层只适合细度模数不大于3.2的干燥砂层。为保证注浆加固效果，砂粒越粗空隙率越大，对注浆材料的填充和胶结能力要求也越高，但对胶结强度一定的改性水玻璃而言，胶结体中的空隙和缺陷会因砂层孔隙率增加而变大，导致强度降低，以至不能形成足够强度的胶结体，满足不了施工要求。同时砂层中含水过高时，浆液中的游离水不能挥发而形成Na2SO4晶体和H2SiO3·2H2O胶体，达不到加固目的。这些缺点在今后的施工中将通过试验逐步解决，使该工艺更成熟，更能为工程施工发挥作用。

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