阅读说明：本技术 一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料及其制备方法 (Weak stratum tunnel advanced deep hole grouting reinforcement material and preparation method thereof ) 是由 王庆磊 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料及其制备方法,属于注浆材料技术领域,由以下重量份数的原料制成：水泥300-500份、建筑废弃沙石200-300份、粉煤灰150-250份、氯化钙50-80份、水玻璃60-90份、羟甲基纤维素40-60份、水400-600份；本发明添加氯化钙和水玻璃,生成凝胶体,提高了材料体系的凝胶性能,且添加羟甲基纤维素,进一步提高体系粘度,上述组分能够在浆料体系中形成相互作用的网络结构,材料被注入之后能够快速凝结,阻止了外界水分的侵入,从而提高整个浆料体系的抗分散性能；以建筑废弃沙石和粉煤灰辅助水泥,减少了水泥的使用量,变废为宝,经济且环保。(The invention discloses a soft stratum tunnel advanced deep hole grouting reinforcement material and a preparation method thereof, belonging to the technical field of grouting materials and being prepared from the following raw materials in parts by weight: 500 portions of cement, 300 portions of waste building sand, 300 portions of 200 portions of waste building sand, 250 portions of fly ash, 50 to 80 portions of calcium chloride, 60 to 90 portions of water glass, 40 to 60 portions of hydroxymethyl cellulose and 600 portions of water; according to the invention, calcium chloride and water glass are added to generate gel, so that the gel property of a material system is improved, and hydroxymethyl cellulose is added to further improve the viscosity of the system, the components can form an interactive network structure in a slurry system, and the material can be quickly condensed after being injected, so that the invasion of external moisture is prevented, and the anti-dispersion property of the whole slurry system is improved; the cement is assisted by the building waste sand and stone and the fly ash, so that the use amount of the cement is reduced, waste materials are changed into things of value, and the cement is economical and environment-friendly.)

一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料及其制备方法

技术领域

本发明属于注浆材料技术领域，具体涉及一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料及其制备方法。

背景技术

在隧道施工时，经常会面临各种复杂的地形挑战，特别是在穿越软弱地层时，由于地质松散、土壤粘接能力较差，若不进行预处理，极易导致隧道坍塌，严重威胁隧道施工安全。针对上述问题，目前常用的方法是采用注浆法，即在隧道开挖前，先对软弱地层进行注浆加固，浆料渗透至地层之间并凝固，使得原本松散的地层凝结为一体，从而提高了地层的力学性能和抗渗透能力，能够有效防止隧道开挖过程中坍塌事故的发生。目前的浆料能够渗透至地质层内，且提高软弱地质的力学性能，但是存在如下问题：当材料注入含有水分较多的地层中时，材料遇水容易被稀释，改变了材料配比，降低了材料性能；原料价格较高，提高了施工成本。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出了一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料及其制备方法。

本发明的第一个目的是提供一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料，由以下重量份数的原料制成：水泥300-500份、建筑废弃沙石200-300份、粉煤灰150-250份、氯化钙50-80份、水玻璃60-90份、羟甲基纤维素40-60份、水400-600份。

优选地，所述软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料由以下重量份数的原料制成：水泥350-420份、建筑废弃沙石240-280份、粉煤灰160-240份、氯化钙55-70份、水玻璃65-85份、羟甲基纤维素42-56份、水450-580份。

更优选地，所述软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料由以下重量份数的原料制成：水泥400份、建筑废弃沙石260份、粉煤灰210份、氯化钙65份、水玻璃72份、羟甲基纤维素53份、水520份。

优选地，所述建筑废弃沙石粒径为3-6mm。

本发明的第二个目的是提供一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、分别称取以下重量份数的原料：水泥300-500份、建筑废弃沙石200-300份、粉煤灰150-250份、氯化钙50-80份、水玻璃60-90份、羟甲基纤维素40-60份、水400-600份；

S2、将S1称取的各原料混合，搅拌均匀，即制得软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料。

优选地，所述S2具体包括以下步骤：

将S1羟甲基纤维素溶于水，制得第一混合物；将S1水玻璃溶于水，制得第二混合物；将S1水泥、建筑废弃沙石、粉煤灰和氯化钙混合，并加水，制得第三混合物；将第一混合物加至第三混合物，搅拌均匀，之后加入第二混合物，混合搅拌均匀即可。

优选地，所述第一混合物中水占S1水的质量百分数为5-8％，第二混合物中水占S1水的质量百分数为8-12％，第三混合物中水占S1水的质量百分数为80-87％。

优选地，所述粉煤灰是过60目筛制得。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果:

本发明添加氯化钙和水玻璃，生成凝胶体，提高了材料体系的凝胶性能，且添加羟甲基纤维素，进一步提高体系粘度，羟甲基纤维素含有大量羟基，与钙离子静电作用，能够在浆料体系中形成相互作用的网络结构，材料被注入之后能够快速凝结，阻止了外界水分的侵入，从而提高整个浆料体系的抗分散性能；以建筑废弃沙石和粉煤灰辅助水泥，减少了水泥的使用量，变废为宝，经济且环保。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和数据对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料，由以下原料制得：水泥400kg、建筑废弃沙石260kg、粉煤灰210kg、氯化钙65kg、水玻璃72kg、羟甲基纤维素53kg、水520kg。

上述材料具体是通过以下步骤制得：

S1、分别称取以下重量份数的原料：水泥400kg、建筑废弃沙石260kg、粉煤灰210kg、氯化钙65kg、水玻璃72kg、羟甲基纤维素53kg、水520kg；

S2、将S1羟甲基纤维素溶于水，制得第一混合物(第一混合物中水占S1水的质量百分数为6％)；将S1水玻璃溶于水，制得第二混合物(第二混合物中水占S1水的质量百分数为10％)；将S1水泥、建筑废弃沙石、粉煤灰和氯化钙混合，并加水，制得第三混合物(第三混合物中水占S1水的质量百分数为84％)；将第一混合物加至第三混合物，搅拌均匀，之后加入第二混合物，混合搅拌均匀即可。

实施例2

一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料，由以下原料制得：水泥350kg、建筑废弃沙石240kg、粉煤灰160kg、氯化钙55kg、水玻璃65kg、羟甲基纤维素42kg、水450kg。

上述材料具体是通过以下步骤制得：

S1、分别称取以下重量份数的原料：水泥350kg、建筑废弃沙石240kg、粉煤灰160kg、氯化钙55kg、水玻璃65kg、羟甲基纤维素42kg、水450kg；

S2、将S1羟甲基纤维素溶于水，制得第一混合物(第一混合物中水占S1水的质量百分数为7％)；将S1水玻璃溶于水，制得第二混合物(第二混合物中水占S1水的质量百分数为12％)；将S1水泥、建筑废弃沙石、粉煤灰和氯化钙混合，并加水，制得第三混合物(第三混合物中水占S1水的质量百分数为81％)；将第一混合物加至第三混合物，搅拌均匀，之后加入第二混合物，混合搅拌均匀即可。

实施例3

一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料，由以下原料制得：水泥420kg、建筑废弃沙石280kg、粉煤灰240kg、氯化钙70kg、水玻璃85kg、羟甲基纤维素56kg、水580kg。

上述材料具体是通过以下步骤制得：

S1、分别称取以下重量份数的原料：水泥420kg、建筑废弃沙石280kg、粉煤灰240kg、氯化钙70kg、水玻璃85kg、羟甲基纤维素56kg、水580kg；

S2、将S1羟甲基纤维素溶于水，制得第一混合物(第一混合物中水占S1水的质量百分数为8％)；将S1水玻璃溶于水，制得第二混合物(第二混合物中水占S1水的质量百分数为12％)；将S1水泥、建筑废弃沙石、粉煤灰和氯化钙混合，并加水，制得第三混合物(第三混合物中水占S1水的质量百分数为80％)；将第一混合物加至第三混合物，搅拌均匀，之后加入第二混合物，混合搅拌均匀即可。

实施例4

一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料，由以下原料制得：水泥300kg、建筑废弃沙石200kg、粉煤灰150kg、氯化钙50kg、水玻璃60kg、羟甲基纤维素40kg、水400kg。

上述材料具体是通过以下步骤制得：

S1、分别称取以下重量份数的原料：水泥300kg、建筑废弃沙石200kg、粉煤灰150kg、氯化钙50kg、水玻璃60kg、羟甲基纤维素40kg、水400kg；

S2、将S1羟甲基纤维素溶于水，制得第一混合物(第一混合物中水占S1水的质量百分数为6％)；将S1水玻璃溶于水，制得第二混合物(第二混合物中水占S1水的质量百分数为10％)；将S1水泥、建筑废弃沙石、粉煤灰和氯化钙混合，并加水，制得第三混合物(第三混合物中水占S1水的质量百分数为84％)；将第一混合物加至第三混合物，搅拌均匀，之后加入第二混合物，混合搅拌均匀即可。

实施例5

一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料，由以下原料制得：水泥500kg、建筑废弃沙石300kg、粉煤灰250kg、氯化钙80kg、水玻璃90kg、羟甲基纤维素60kg、水600kg。

上述材料具体是通过以下步骤制得：

S1、分别称取以下重量份数的原料：水泥500kg、建筑废弃沙石300kg、粉煤灰250kg、氯化钙80kg、水玻璃90kg、羟甲基纤维素60kg、水600kg；

S2、将S1羟甲基纤维素溶于水，制得第一混合物(第一混合物中水占S1水的质量百分数为6％)；将S1水玻璃溶于水，制得第二混合物(第二混合物中水占S1水的质量百分数为10％)；将S1水泥、建筑废弃沙石、粉煤灰和氯化钙混合，并加水，制得第三混合物(第三混合物中水占S1水的质量百分数为84％)；将第一混合物加至第三混合物，搅拌均匀，之后加入第二混合物，混合搅拌均匀即可。

对比例1

一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料，由以下原料制得：水泥400kg、建筑废弃沙石260kg、粉煤灰210kg、羟甲基纤维素53kg、水520kg。

上述材料具体是通过以下步骤制得：

S1、分别称取以下重量份数的原料：水泥400kg、建筑废弃沙石260kg、粉煤灰210kg、羟甲基纤维素53kg、水520kg；

S2、将S1羟甲基纤维素溶于水，制得第一混合物(第一混合物中水占S1水的质量百分数为6％)；将S1水泥、建筑废弃沙石、粉煤灰混合，并加水，制得第二混合物(第二混合物中水占S1水的质量百分数为94％)；将第一混合物加至第二混合物，混合搅拌均匀即可。

对比例2

一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料，由以下原料制得：水泥400kg、建筑废弃沙石260kg、粉煤灰210kg、氯化钙65kg、水玻璃72kg、水520kg。

上述材料具体是通过以下步骤制得：

S1、分别称取以下重量份数的原料：水泥400kg、建筑废弃沙石260kg、粉煤灰210kg、氯化钙65kg、水玻璃72kg、水520kg；

S2、将S1水玻璃溶于水，制得第一混合物(第一混合物中水占S1水的质量百分数为10％)；将S1水泥、建筑废弃沙石、粉煤灰和氯化钙混合，并加水，制得第二混合物(第二混合物中水占S1水的质量百分数为90％)；将第一混合物加至第二混合物，混合搅拌均匀即可。

对比例3

一种软弱地层隧道超前深孔注浆加固材料，由以下原料制得：水泥400kg、建筑废弃沙石260kg、羟甲基纤维素53kg、水520kg。

上述材料具体是通过以下步骤制得：

S1、分别称取以下重量份数的原料：水泥400kg、建筑废弃沙石260kg、粉煤灰210kg、水520kg；

S2、将S1原料混合，搅拌均匀即可。

对上述实施例1-5和对比例1-3制得的材料放入成型磨具，之后放入混凝土养护箱进行养护，进行性能检测，结果如表1所示：

表1实施例1-5和对比例1-3制得材料的性能数据

由表1结果可得，与对比例1-3相比，本发明所制备的材料凝结时间较短，且抗压强度较高，以实施例1和对比例1为例，对比例1中的混凝土不含有氯化钙和水玻璃，对比例1中的凝结时间为27min，而实施例1的凝结时间为15min，而对于抗压强度，由表1可得，实施例1也高于对比例1，说明氯化钙、水玻璃能缩短混凝土凝结时间，提高力学强度；同样，羟甲基纤维素也能提供混凝土的性能，且氯化钙、水玻璃和羟甲基纤维素三者协同作用的效果要好于单一添加(添加氯化钙和水玻璃或者添加羟甲基纤维素)的效果。这是由于本发明添加氯化钙和水玻璃，生成凝胶体，提高了材料体系的凝胶性能，且添加羟甲基纤维素，进一步提高体系粘度，且羟甲基纤维素含有大量羟基，与钙离子静电作用，能够在浆料体系中形成相互作用的网络结构，材料被注入之后能够快速凝结，阻止了外界水分的侵入，从而提高整个浆料体系的抗分散性能。另外，本发明以建筑废弃沙石和粉煤灰辅助水泥，减少了水泥的使用量，变废为宝，经济且环保。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。