一种用于孔隙地层的双液注浆方法及浆液

技术领域

本发明涉及地下施工中土壤或岩石的改良或保护技术领域，特别是涉及一种用于孔隙地层的双液注浆方法及浆液。

背景技术

地下作业过程中，不可避免地要遇到漏失地层。漏失地层，顾名思义，向里面注浆会漏失。根据漏失原因的不同，漏失地层分为孔隙地层、裂隙地层、以及岩溶地层三大类。

在我国的地铁施工过程中，经常遇到的漏失地层是砂卵石地层这样的孔隙地层，诸如成都平原、北京小平原这样的冲积扇平原，均包含大量的砂卵石地层。砂卵石地层本身力学不稳定，需要进行注浆加固，但注浆时却会漏失浆液，导致浆液用量明显提升却不能有效稳固地层。目前对此尚无令人满意的处理办法，只能通过渗入注浆法并多开孔、多注浆来尽量满足要求。

砂卵石地层，与化工中采用的填料塔及催化剂颗粒床层颇为类似，采用渗入注浆法注浆时，浆液在其中的流动状况也类似。在地层小范围内，浆液的流动状况相当于小尺寸填料塔中液体的流动状况，地层中的不均匀性很小，能够相当程度上确保流动均匀，若从一个点注入浆液，将会在地层中形成一个球壳状的扩散层。而一旦范围扩大，浆液的流动状况便相当于大尺寸填料塔中液体的流动状况，地层中的不均匀性明显变大，沟流及短流将不可忽视，大部分浆液从地层中阻力小的细微区域流出，从而导致浆液分布不均，地层中的空隙不能有效填充，形成的注浆结石体孔隙率大且强度低。此外，由于砂卵石地层中普遍选用的是固化较快的浆液，浆液的固化会进一步影响浆液的扩散，导致浆液分布更加不均。

发明内容

本发明提供一种用于孔隙地层的双液注浆方法及浆液。

解决的技术问题是：在漏失地层中注浆时，由于地层中空隙大且不均匀，很容易形成短流和沟流，造成浆液在地层中分布不均，浆液流失严重且很多空隙不能有效填充，形成的注浆结石体孔隙率大且强度低。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于孔隙地层的双液注浆方法，采用注浆管进行注浆；采用后退式注浆法向地层中注入浆液中的A液与B液，并包括以下步骤：

步骤一：注入A液，使A液在地层中扩散，在地层中形成球壳状的扩散层；

步骤二：注入与步骤一注入的A液相匹配的量的B液，使B液与粘附了A液的扩散层接触并固化；

步骤三：向外拔注浆管L长度，然后重复步骤一与步骤二，直到完成注浆；L不大于A液以及B液的扩散半径。

进一步，所述A液的扩散半径大于B液。

进一步，若注浆过程中用到了多根注浆管，则步骤三中，各注浆管同步向外拔。

进一步，若注浆过程中用到了多根平行的注浆管，则各注浆管横截面呈正三角形排布。

进一步，若注浆过程中用到了多根不平行的注浆管，则各注浆管在地层中从浅到深呈放射状排布。

进一步，所述注浆管为二重管。

一种用于孔隙地层的双液浆，采用上述的一种用于孔隙地层的双液注浆方法进行注浆；所述双液浆为水泥-水玻璃浆液。

进一步，所述水泥-水玻璃浆液中，水泥浆液中掺杂有早强剂、分散剂、以及减水剂。

进一步，所述水泥-水玻璃浆液中，水玻璃浆液为酸性水玻璃。

进一步，所述早强剂为过硫酸钠，所述分散剂为聚丙烯酸钠，所述酸性水玻璃中的酸性物质为磷酸。

本发明一种用于孔隙地层的双液注浆方法及浆液与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，通过后退式注浆来注入浆液，浆液间歇注入，每次只注一点，浆液的扩散范围很小，可以均匀扩散并形成球壳状的扩散层，从而确保浆液在地层中均匀分布；

本发明中，采用双液注浆，A液与B液先后注入，扩散完成后才开始固化，从而避免浆液固化影响浆液扩散，从而确保浆液在地层中均匀分布；

本发明中，先注入扩散性强（也即扩散半径大）的A液，后注入扩散性弱的B液，A液预先润湿地层颗粒，使地层颗粒起到了类似填料塔中的填料的作用，A液与B液的混合比现有的任何双液注浆方式都更为均匀；

本发明中，由于浆液在地层中分布均匀、且A液与B液混合均匀，从而能够形成致密且高强度的注浆结石体，结石体抗压强度可达10-20MPa，凝结后结石体孔隙率低于5%，结石体渗透系数为0.001cm/s级别，相较于现有的注浆方式形成的结石体，强度提高了一个以上的数量级；

本发明中采用的浆液根据孔隙地层的状况（多孔、含沙、含水）进行了针对性改良，扩散均匀，流失少，且能更好地握裹地层颗粒。

附图说明

图1是本发明一种用于孔隙地层的双液注浆方法的流程图；

图2是平行的注浆管的布置示意图；

图3是放射状的注浆管的布置示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于孔隙地层的双液注浆方法，采用后退式注浆法向地层中注入浆液中的A液与B液；

在注浆管安装完毕后，采用以下步骤进行注浆：

步骤一：注入A液，通过控制注入的A液的量使A液在地层中均匀扩散，在地层中形成球壳状的扩散层；这里的扩散层指的是被注入的浆液浸润的地层；

这里注入的A液的量要比一般的注浆方式少，通常而言，注入的浆液在待注浆的地层中直径一米范围内扩散较为均匀，可看作球壳状；也即，注入的A液的量是根据一定直径的球形地层中的空隙的总体积确定的，每次注入的A液以及配套的B液的总体积应不大于直径一米的球形地层中空隙的总体积；地层均匀时可适当多注一些，地层不均匀时可适当少注一些，但务必要确保一次注入的A液在地层中均匀扩散形成球壳状的扩散层；

对于常规的注浆管（DN20，压力0.5兆帕）而言，注浆2-3分钟的量可满足要求。本实施例中，A液注两分钟，B液注三分钟，L为10厘米。

步骤二：注入与步骤一注入的A液相匹配的量的B液，使B液与粘附了A液的扩散层接触并固化；A液与B液注入完成后，要进行注浆压力试验确保密实。

步骤三：向外拔注浆管L长度，然后重复步骤一与步骤二，直到完成注浆；L不大于A液以及B液的扩散半径。

本实施例中，注浆管为二重管，以方便在一个点注入A液和B液。

先注的A液的扩散半径应大于后注的B液，也就是说，先注扩散性强的浆液，后注扩散性弱的浆液，A液预先润湿地层颗粒，地层颗粒便能起到类似填料塔中的填料的作用，A液与B液的混合更为均匀。

若注浆过程中用到了多根注浆管，则步骤三中，各注浆管同步向外拔，以避免注浆时相互干扰发生堵管现象。

如图2所示，若注浆过程中用到了多根平行的注浆管，则各注浆管横截面呈正三角形排布。本实施例中的浆液在富水砂卵石地层中扩散半径约600mm，因此各注浆管的中轴线间距为800mm，大于扩散半径且小于二倍扩散半径，以使浆液充分浸透地层的前提下减少注浆管用量。

如图3所示，若注浆过程中用到了多根不平行的注浆管，则各注浆管在地层中从浅到深呈放射状排布。本实施例中，注浆管与水平面夹角依次为33°、24°、17°、13°、9°、7°、5°、3°和0°，且钻孔时，先施工与水平面夹角大的钻孔，待同一角度施工完成后，再进行下一角度孔施工。这里选用这种排布方式，好处是减少钻孔深度的前提下确保浆液均匀分布。

一种用于孔隙地层的双液浆，采用上述的一种用于孔隙地层的双液注浆方法进行注浆；双液浆为水泥-水玻璃浆液。

水泥-水玻璃浆液中，水泥浆液中掺杂有早强剂、分散剂、以及减水剂。这里早强剂作用是在较短的固化时间内尽可能确保结石体有较高的强度，以避免在大空隙中流失；分散剂是为了是水泥浆液流动性更好，扩散更均匀；减水剂是为了减少水的用量，以确保在含水地层中使用时强度不发生明显下降；

水泥-水玻璃浆液中，水玻璃浆液为酸性水玻璃。酸性水玻璃，由于聚合物呈多聚硅酸形式存在，不仅固砂强度高，不溶于水，性能稳定，在同样条件下，它比碱性水玻璃固砂强度高5～10倍。通过磷酸对水玻璃进行改性，使得水玻璃浆液更加适宜砂卵石地层注浆。

本实施例中，早强剂为过硫酸钠，分散剂为聚丙烯酸钠，减水剂为海川5040，酸性水玻璃中的酸性物质为磷酸。扩散性较强的水玻璃浆液为A液，扩散性较弱的水泥浆液为B液。

A液：水500kg、波美度42度的水玻璃700kg，磷酸77kg；拌和均匀；

B液：244kg水泥，244kg质量浓度8%的过硫酸钠溶液，6kg质量浓度5%的海川5040溶液，6kg质量浓度30%的聚丙烯酸钠溶液；拌合均匀。

聚丙烯酸钠带有高密度的负电荷，吸附在水泥颗粒边角上的带正电荷部位，导致水泥颗粒的净电荷增加，扩散层增厚，颗粒间斥力明显增强。同时，由于聚丙烯酸钠有机烷基的憎水性，使得聚合阴离子能够物理吸附在粘土边面上；其亲水基（COOH—）指向水介质形成单分子保护膜。又由于聚丙烯酸钠电离度很大，保护膜与水中的Na+,吸引力很小，使得每个水泥颗粒完全被负电荷包围，阻碍了颗粒间相互聚集和重力沉降，因而大大提高了水泥颗粒泥浆的流动性。

磷酸腐蚀性弱、无氧化性，酸性也较强；实际使用中可根据情况选用酸，但应根据酸的类型改变配比。

注意，本发明不仅可用于孔隙地层，其它漏失地层也可以，只要能控制A液的注浆量，使之均匀扩散，不一定必须形成球壳状的扩散层。（裂隙地层、以及岩溶地层中无法形成球壳状的扩散层，但只要每次注浆量控制好，一样可均匀扩散。）

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。