浅析水泥水玻璃双液浆在隧道中的应用
进入到新世纪以来，随着我国国民经济水平的高速发展，我国的公路交通行业也得到了快速的发展，而在地铁隧道的掘进等地下工程的施工过程中，通常都会遇到大量涌水和突水的问题，而主要的治理对策就是开挖前进行预注浆以及施工后进行补注浆的操作，常规的纯水泥浆液的凝结时间难以控制，所以堵水的效果也并不理想。而以水泥浆和水玻璃为主剂的新型液体浆材，其不但能够提高注浆的结石率，同时也加快了水泥浆液的凝结速度，从而取得良好的快速排水的效果。文章便对水泥水玻璃双液浆的原材料和反应机理以及水泥水玻璃双液浆在隧道施工中的应用情况两个方面的内容进行了详细的分析和探析，从而详细的论述我国公路隧道施工过程中水泥水玻璃双液浆的应用情况。
标签：水泥水玻璃；隧道施工；反应机理
1 水泥水玻璃双液浆的原材料和反应机理
1.1 双液浆的原材料
通常情况下，水泥水玻璃双液浆的原材料是由水玻璃、水泥以及缓凝剂所共同组成的，其中水玻璃的模度应是在2.8-3.1的范围内的，而普通的硅酸盐水泥应是新鲜的，并且其强度等级应是高于32.5的，而在选择缓凝剂时建议采用工业上用的碳酸氢二钠。
1.2 水泥和水玻璃的反应机理
导致水泥出现凝结以及硬化现象的最主要的原因就是水泥水化的过程中，会析出具有较强凝胶性的胶体物质。通常情况下，水泥水化反应的过程中会生成氢氧化钙、硅酸二钙以及硅酸三钙，然后再在反应物中加入水玻璃，水玻璃就会与液体中氢氧化钙发生化学反应，从而生成具有一定强度的凝胶体水化硅酸钙，所以水泥的水化速度就被大幅度的提升了，而水泥凝结以及硬化的时间也被大幅度的缩短了。其具体的化学反应公式为：3CaO·SiO2+nH2O→2CaOSiO2（n-1）H2O+Ca（OH）2和Ca（OH）2+Na2O·nSiO2+mH2O→CaO·nSiO2·mH2O+2NaOH。
在水玻璃和氢氧化钠发生化学反应的过程中，胶体物质会不断生成，并且越累积越多，而结石体的强度也会随之越来越高，因此，水泥水玻璃双液浆结石体的最初强度是由氢氧化钙与水玻璃的化学反应所决定的，而浆液结石体的后期的强度则就是由水泥本身水化作用所决定的了。在水泥水化反应的过程中，由于所生成的氢氧化钙的量是一定的，所以所加入水玻璃的量也应是一定的，否则如果水玻璃加入的量过多时，整个体系就会被慢慢稀释，从而导致固结体的强度降低，因此水泥与水玻璃的配合比应是科学合理的。
1.3 磷酸氢二钠的作用机理
在制备水泥水玻璃双液浆的过程中，还必须加入另外一种重要的化学物质，此类物质就是磷酸氢二钠，由于浆液发生化学反应的过程可能只需要2-3秒的时间就可以完成，而化学反应的外在表现就是双液浆会瞬间出现凝结的现象，因此施工的可操作性是很差的。此时如果加入了磷酸氢二钠，那么在水泥颗粒的表面就会形成一层抗溶解性能极强的磷酸钙，水泥正常水化的过程就会被放慢。因此，Ca（OH）2析出的速度也会变慢，化学反应的时间被延长了，所以在发生化学反应的几分钟甚至是几十分钟的时间内就可以任意的调节双液浆的凝结时间了。
2 水泥水玻璃双液浆在隧道施工中的应用情况
2.1 注浆的目的
在充分分析了隧道工程施工特点的基础上，依据劈裂灌浆的原理并且选择水泥水玻璃双液浆的注浆方法，能够保证浆液的凝固时间是在可控的范围内的，并且提高了浆液结石体的早期强度和浆液的结石效率，在灌浆的压力相对较高的情况下，应保证浆液能够克服底层的抗拉强度和初始应力，避免土地结构出现被扰动和被破坏的情况，在黄土层中形成新的孔隙以及裂缝，这样就大大的提高了饱和黄土层的可灌性以及浆液扩散的实际距离。在黄土层的孔隙和裂缝中，水泥和水玻璃这两种液体能够充分混合并且迅速的凝结在一起，从而形成网状的浆脉，这样就会强制性的挤出土体中的一部分水分，同时自身也会吸收一部分水分，这样土体的含水量就被大大的降低了。
2.2 注浆的技术参数
（1）浆液的配合比。在施工现场进行试验和统计时，为了保证饱和黄土层具备良好的可灌性以及浆液有充分的扩散距离，建议选择的浆液配合比为：水泥浆的水灰比应为0.75：1-1.0：1，水泥形势选择42.5的普通硅酸盐水泥；而水玻璃的模数则为2.8-3.1的范围内，其溶液的浓度应为35-40；至于双浆液的配合比则为水玻璃：水泥=0.5：1-1.0：1。（2）注浆的压力。注浆压力的选择与黄土层的强度、密度、钻孔的深度、最初的应力以及注浆的顺序等很多因素都是紧密相关的，在进行注浆操作的过程中，如果出现了浆液向着剪切破坏滑动面的方向发展的情况，并且被加固的土层的埋深很浅时，就会出现地表冒浆的现象，因此注浆时必须选择合适的劈裂注浆极限压力。（3）浆液的扩散半径。这里的浆液扩散半径指的并不是浆液扩散的最远距离，而是指符合工程实际需求的扩散距离。设计人员设计扩散半径时，不应选取平均值，而应选择多数条件下能够达到的数值，黄土在水平方向和竖直方向上的渗透性是有所差异的，所以在确定扩散半径时，应根据现场的实际试验情况来确定。
2.3 注浆的工艺控制
（1）隧道施工中的水泥水玻璃双液浆注浆技术主要分为掌子面朝前注浆以及地表注浆两大类，如果隧道工程的埋深是不大于30m的，那么建议采用地表注浆的加固技术，而如果隧道工程的埋深是大于了60m时，则建议采用掌子面超前注浆的加固技术的。而埋深在30m-60m的范围内时，则应根据实际的情况
来选择注浆加固的技术。（2）由于水泥水玻璃双液浆的注浆加固过程通常都是采用分段的注浆工艺的，所以如果选用了地表注浆的技术，那么就应选择下行式的分段注浆方法，而如果选择了掌子面超前注浆技术，则应选择由外向内的逐段式的注浆方法。（3）注浆的顺序应是由外向内按顺序进行的，地表注浆时采用垂直注浆的方法，而掌子面超前注浆时选用放射状注浆的方法。（4）控制注浆量时应采用定量注浆的方法，浆液的浓度会越来越浓，而在不扰动黄土层的前提下，注浆量应控制每分钟在15-30L的范围内，然后视每个循环的压力情况再进行加密补浆，直至符合要求。（5）控制注浆压力时应采用分段升压法，压力值应从低到高逐渐升高，选择间歇式的注浆方式，而具体的间歇时间则是由浆液的胶凝时间所决定的。由于施工时的实际胶凝时间是要远大于试验时所测出的时间，因此建议较为合理的间歇时间应是在3-8分钟的范围内。
2.4 注浆加固的效果
通过对实验室的分析以及实际工程情况进行分析后，采用水泥水玻璃双液浆注浆完成后，在施工过程中进行开挖观察并经过了钻孔取样我们发现：浆液在土体中是呈脉状分布的，结石体的平均抗压强度为3.5MPa，拱部开挖时的环境温度要高于洞内其他地方的温度，掌子面处的软泥被挤出，地下水也从裂缝中被排出了，土体的含水量有了明显的下降趋势，土体从原来的软塑形转变成为硬塑形，其力学特性得到了明显的改善，从而满足了隧道施工的实际需求。
通过以上的论述，我们对水泥水玻璃双液浆的原材料和反应机理以及水泥水玻璃双液浆在隧道施工中的应用情况两个方面的内容进行了详细的分析和探讨。在隧道施工的过程中，应用水泥水玻璃双液浆灌浆技术是十分可行的，大大的降低了隧道工程的施工难度，加固效果良好，并且也为施工提供了十分便利的条件，是一种适应性较强的加固方法，通过在实验室内以及施工现场所做的试验，对水泥水玻璃双液浆的施工工艺和注浆技术参数进行了一定的总结，为今后的隧道工程的施工和设计提供了参考。
参考文献
[1]赵宇.水泥水玻璃双浆液的特性试验研究[J].铁道建筑，2011.
[2]陆兆阳.水泥水玻璃双浆液配比试验及其特性研究.中国会议，200 7.
