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2023.No.3四 川 水 利新型早强带模注浆材料配方设计及拱顶带模注浆施工工艺研究吴玉良，闫 涛(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，611730)【摘要】二次衬砌背后脱空是指隧道二次衬砌混凝土与初支喷射混凝土之间存在空隙、空洞或不密实的现象。在隧道实体工程质量检测过程中发现，二次衬砌混凝土背后脱空及二次衬砌拱顶不密实现象普遍存在。为了解决上述问题，水电七局试验检测研究院研发了一种新型早强微膨胀带模注浆剂。该注浆剂直接与工程中实际使用的水泥复配组成新型早强带模注浆材料，该注浆材料的施工性能和力学性能不仅能够满足相关规范、设计的要求，也解决了二次衬砌混凝土背后脱空及二次衬砌拱顶不密实现象。新型早强微膨胀带模注浆剂的成功研发不仅较大程度降低了注浆材料的采购成本，也具有较高的技术、经济价值。【关键词】新型早强微膨胀带模注浆剂注浆材料配方设计拱顶带模注浆施工工艺研究中图分类号:TV543;TV432文献标志码:A文章编号:20951809(2023)030041030引言二次衬砌背后脱空是指隧道二次衬砌混凝土与初支喷射混凝土之间存在空隙、空洞或不密实现象。在隧道实体工程质量检测过程中发现，二次衬砌混凝土背后脱空及二次衬砌拱顶不密实现象普遍存在1。传统注浆材料浆液容易分层离析、收缩量大、泌水量大，无法保证浆液与混凝土之间很好地粘结，进而导致二次衬砌脱空需继续注浆。这样既增加了施工成本，也不利于二次衬砌施工质量的控制。为了解决上述问题，水电七局试验检测研究院研发了一种新型早强微膨胀带模注浆剂，适用于迪庆香格里拉昆钢鸿达水泥有限公司生产的 PO42.5 水泥。该注浆剂与工程中实际使用的水泥按照 20%80%的比例配制成注浆材料，该注浆材料的力学性能、工作性能不仅能够满足规范、设计的相关要求，也解决了二次衬砌混凝土背后脱空及二次衬砌拱顶不密实现象。新型早强带模注浆材料与传统注浆材料成本相比降低了 26%。在注浆剂的研发阶段，采用快硬水泥、缓凝剂、膨胀剂、填料等多种组分配制成注浆剂。该注浆剂与工程中实际使用的水泥复配后，注浆材料的出机流动度为 410mm、90min 后流动度为 330mm、表观密度为 2253kg/m3、12h 抗折强度为 1.5MPa。复配成的新型带模注浆材料改善了骨料和水泥浆的界面结构，提高了混凝土的抗渗性、耐久性和强度2，也解决了二次衬砌混凝土背后脱空及二次衬砌拱顶不密实现象，同时较大程度降低了采购成本。1原材料检测水泥采用迪庆香格里拉昆钢鸿达水泥有限公司生产的 PO42.5 普通硅酸盐水泥。按照 TB/T 104242018 铁路混凝土工程施工质量验收标准3 的相关规定对其进行检测，具体水泥物理力学性能检测项目见表 1、水泥化学成分检测项目见表 2。14吴玉良，闫 涛:新型早强带模注浆材料配方设计及拱顶带模注浆施工工艺研究2023.No.3表 1水泥物理力学性能检测项目序号检测项目试验指标检测结果检测标准1密度(g/cm3)/3.122标准稠度用水量 P(%)/26.83比表面积(m2/kg)3003503054安定性煮沸法合格合格5初凝时间(min)451976终凝时间(min)60026973d 抗折强度(MPa)3.53.7828d 抗折强度(MPa)6.57.193d 抗压强度(MPa)1718.41028d 抗压强度(MPa)42.545.0TB/T 10424表 2水泥化学成分检测项目序号检测项目试验指标检测结果检测标准1氧化镁(%)5.01.142碱含量(%)0.80.473三氧化硫(%)3.51.824烧失量(%)5.04.395游离氧化钙(%)1.00.826铝酸三钙(%)8.04.43TB/T 104242配方设计为了达到经济性最优，采用昆钢 PO42.5水泥掺加新型早强微膨胀带模注浆剂配制成注浆材料，该注浆材料由 20%的注浆剂和 80%的水泥组成，配制好的注浆材料添加 19.3%的水进行搅拌，注浆材料的物理性能及力学性能均满足隧道衬砌拱顶带模注浆暂行技术条件 的相关技术要求。注浆材料配合比见表 3、复配后注浆材料的性能见表 4。表 3注浆材料配合比单位:kg/m3材料名称水水泥注浆剂掺量3591500360表 4复配后注浆材料的性能序号检测项目试验指标检测结果检测标准1泌水率(%)002表观密度(kg/m3)22604022533出机流动度(mm)380410410490min 后流动度(mm)320330512h 抗折强度(MPa)1.01.5612h 抗压强度(MPa)3.53.871d 抗折强度(MPa)4.07.281d 抗压强度(MPa)18.035.4928d 抗折强度(MPa)10.016.31028d 抗压强度(MPa)50.079.3隧道衬砌拱顶带模注浆暂行技术条件3拱顶带模注浆施工工艺研究3.13.1拱顶带模注浆工艺要点拱顶带模注浆工艺要点采用搅拌注浆一体机对某隧道进行带模注浆施工，拱顶带模注浆完成后养护 56d，利用地质雷达对拱顶带模注浆施工质量进行扫描检测。带模注浆施工技术操作简单，是目前解决二次衬砌脱空的主要途径4。通过在二衬台车拱顶位置预设注浆孔，混凝土灌注前径向预埋注浆管，在混凝土冲顶后、初凝前完成注浆填充作业，达到保证衬砌厚度、治理拱顶空洞的目的5。注浆过程中，随时观察台车上部压力表和端模出浆情况。如果端头模圆弧最高点漏浆，先停止注浆并及时对漏浆处进行封堵，然后继续注浆，直至端头溢出的浆体密度与制浆机中的浆体密度一致时为注浆完成，更换至下一个注浆孔，依次进行。除排气孔外的每个注浆孔均需注浆，但在注浆过程中进行其他孔注浆时，未注浆的注浆孔溢出达到相同密度的浆体时，该孔可以封闭，不进行注浆。3.23.2搅拌注浆一体机配制注浆料搅拌注浆一体机配制注浆料采用搅拌注浆一体机进行二次衬砌拱顶带模注浆施工时，注浆材料需强制搅拌 8min，出机扩展度 408mm，粘度适宜，无泌水现象。本次带模注浆的注浆量为 220kg，通过四个注浆孔压入二次衬砌拱顶内，注浆料的施工性能好、可泵送性强。注浆材料的物理性能见表 5、注浆材料的力学性能见表 6。表 5注浆材料的物理性能序号检测项目试验指标检测结果检测标准1泌水率(%)0%02表观密度(kg/m3)22604022573出机流动度(mm)380410408490min 后流动度(mm)320340隧道衬砌拱顶带模注浆暂行技术条件表 6注浆材料的力学性能序号检测项目试验指标检测结果检测标准112h 抗折强度(MPa)1.01.7212h 抗压强度(MPa)3.55.231d 抗折强度(MPa)4.06.441d 抗压强度(MPa)18.024.8528d 抗折强度(MPa)10.019.9628d 抗压强度(MPa)50.080.0隧道衬砌拱顶带模注浆暂行技术条件3.33.3注浆效果评价注浆效果评价注浆完成后，采用地质雷达扫描进行注浆质量评价。地质雷达检测原理:利用衬砌混凝土与围岩及空气三者间介电常数存在较大的差异，雷达信号在不同介质界面间传播时会有比较明显的反射特征，进而为二次衬砌空洞位置的确定提供依据6。地质雷达检测拱顶带模注浆效果对比数据见表 7。选取 50m 使用传统带模注浆材料和50m 使用新型早强带模注浆材料的注浆密实度进行对比分析。通过地质雷达波形分析:使用新型早强带模注浆材料进行拱顶带模注浆施工的二次衬砌的波段均匀，信号幅度较弱，甚至没有截面反射信号，242023.No.3四 川 水 利由此可知，该段落的拱顶空洞很少，结构较密实，隧道的拱顶空洞缺陷比例明显下降。通过对比发现采用新型早强带模注浆材料进行拱顶带模注浆的施工质量优于传统注浆材料。表 7地质雷达检测拱顶带模注浆效果对比名称检测长度(m)不密实(处)脱空(处)脱空欠厚(处)缺陷比例(%)传统注浆材料5023214新型早强带模注浆材料5010024结语传统注浆材料应用于隧道拱顶注浆暴露出诸多问题，配制的注浆料容易分层离析、收缩量大、泌水量大，无法保证浆液与混凝土之间能够很好地粘结。自主研发的新型早强微膨胀带模注浆剂与工程中实际使用的水泥按照一定比例复配成的新型早强带模注浆材料具有良好的流动性、可泵送性、不泌水、不收缩，凝结后强度高等特点，同时也解决了二次衬砌混凝土背后脱空及二次衬砌拱顶不密实现象。新型早强微膨胀带模注浆料具有较高的技术、经济价值。参 考 文 献 1 卓 越隧道二衬脱空注浆补强处治技术要点 J 四川水泥，2020(04):165 2 游文鑫新型隧道带模注浆材料在隧道中的运用 J 科学技术创新，2019(05):119120 3 TB/T 104242018，铁路混凝土工程施工质量验收标准 S 4 袁继宾二衬混凝土防脱空带模注浆工艺在高速公路隧道中的应用J 中国高新科技，2021(07):118119 5 安哲立新建铁路隧道二次衬砌完成后即拱顶带模注浆的成套技术 J 铁道建筑，2017，57(11):5357 6 宋小兵基于探地雷达检测原理的隧道二衬拱顶带模注浆材料配制技术研究J 新型建筑材料，2020，47(03):3739作者简介:吴玉良(1987)，男，河北唐山人，工程师，学士，从事水电工程施工技术与试验检测工作;闫 涛(1995)，男，四川成都人，工程师，硕士，从事新材料的研发与科技项目执行工作。(上接第 35 页)工作提出明确要求，提高流量计相关工作的重视程度，确保取水口流量设施改造和流量计的安装符合规范要求，流量计参数设置符合规范要求，日常运维管理到位，流量数据准确可靠。(2)大口径和大断面液体流量计设备安装复杂，自动化操作程度高，而且大多由于不能停止取水或不方便拆卸等原因难以做到按期进行实验室周期检定，而液体流量计的溯源又直接关系到国家水资源管理制度的落实和需水方的经济利益及取水费用核算的准确性，因此应加快完善液体流量计现场校准规程规范的编制，加大现场校准用试验设备的研发工作。(3)流量计现场校准受安装位置和上下游工作断面等条件的影响，新建时应予以考虑预留用于标准电磁流量计、超声流量计和标准巴歇尔槽的安装位置，以备接入参比流量计开展计量校准工作。5结论通过对取水口计量设施进行调研分析，得出液体流量计的现场校准是计量测试技术和溯源的发展趋势，是解决大管径、大流量计量设施的校准的有效途径，特别是运用各种便携式设备开展在线流量计的校准是可行的68，可以方便实现对取水口流量计校准工作的开展，有效解决大型流量计量设施拆装困难、检验周期长和费用高的问题。参 考 文 献 1 樊 毅四川省大中型灌区农业用水计量监测模式研究 J 四川水利，2019，40(03):103105 2 史中兴大型灌区渠道闸门一体化测控系统J 排灌机械工程学报2020，38(02):145151 3 黄丽丽江西省农业供水计量设施选型探讨J 江西水利科技，2020，46(06):461465 4 王 池流量测量技术全书(下册)M 北京:化学工业出版社2012:105108 5 侯克峰明渠流量计在线校准规范研究 D 河北大学，2012:4142 6 刘宜仔液体流量计实验室检定和在线校准计量比对分析 J 供水技术，2021(06):2528 7 桑晓鸣明渠堰槽流量计在线校准研究J 中国计量，2018(03):9193 8 胡 博标准表法明渠流量计在线校准装置的设计 J 计测技术，2020，40(02):5458作者简介:申庆成(1981)，男，河南安阳人，工程师，硕士，长期从事水利水电施工工作。34