用于盾构同步注浆的注浆组合物、盾构同步注浆系统、方法及应用与流程

1.本技术涉及轨道交通工程技术领域，进一步涉及隧道建设工程技术领域，特别涉及一种用于盾构同步注浆的注浆组合物、盾构同步注浆系统、方法及应用。


背景技术：

2.在城市轨道交通的隧道建设工程中，盾构工法因其高效、安全、环保、对地面交通影响小等优点得到了广泛运用。同步注浆的质量和效率决定着盾构机的推进速度和隧道建设的质量，传统技术的同步注浆料往往难以同时满足抗渗、抗折、抗裂的要求，而且注浆过程中容易堵管，难以实现长距离泵送。


技术实现要素：

3.基于此，本技术的目的包括提供一种用于盾构同步注浆的注浆组合物，注浆后的胶凝材料具有较好的抗折、抗压、抗冲击和抗渗性能，可用于长距离盾构同步注浆过程。
4.本技术的第一方面，提供一种用于盾构同步注浆的注浆组合物，按照质量份数计质量份数计，包括如下组分：
5.40份～70份的铁铝酸盐水泥，15份～50份的粉煤灰，10份～30份的膨润土，2份～8份的脱硫石膏，1份～10份的偏高岭土，1份～2.1份的第一外加剂，0.5份～2份的第二外加剂，0.5份～4份的第三外加剂，以及0.5份～2.5份的第四外加剂；
6.所述第一外加剂包含玻璃纤维；
7.所述第二外加剂为泵送剂；
8.所述第三外加剂包含减水剂和保水剂；
9.所述第四外加剂包含硅灰。
10.在一些实施方式中，所述的注浆组合物，满足如下特征中的一个或多个：
11.所述铁铝酸盐水泥的比表面积为370m2/kg～380m2/kg；
12.按照质量百分比，所述粉煤灰包含60％～95％的高钙粉煤灰和5％～40％的低钙粉煤灰；
13.所述粉煤灰的d50为15μm～20μm；
14.所述第一外加剂的所述玻璃纤维包含第一玻璃纤维、第二玻璃纤维和第三玻璃纤维，所述第一玻璃纤维和第二玻璃纤维的平均长度分别为5mm～9mm和12mm～16mm，第三玻璃纤维的平均长度为9mm～12mm；
15.按照质量份数计，所述脱硫石膏相对于所述偏高岭土的比值为0.7～1.2；
16.所述泵送剂选自zc1-高效复合泵送剂、hz-2泵送剂和jm高效流化泵送剂中的一种或多种。
17.在一些实施方式中，所述的注浆组合物，按照质量百分比，所述第一外加剂包含25％～35％的所述第一玻璃纤维，以及25％～35％的所述第二玻璃纤维，以及35％～50％
的所述第三玻璃纤维。
18.在一些实施方式中，所述的注浆组合物，满足如下特征中的一个或两个：
19.所述减水剂选自木质素磺酸盐和聚羧酸减水剂中的一种或两种；
20.所述保水剂选自羟乙基纤维素醚和可分散乳胶粉中的一种或两种。
21.在一些实施方式中，所述的注浆组合物，满足如下特征中的一个或多个：
22.所述减水剂相对于所述保水剂的质量比为0.2～1；
23.按照质量百分比，所述第三外加剂包含12％～25％的木质素磺酸盐，10％～23％的聚羧酸减水剂，8％～21％的羟乙基纤维素醚，以及32％～68％的所述可分散乳胶粉；
24.所述可分散乳胶粉包含醋酸乙烯酯和乙烯共聚树脂。
25.在一些实施方式中，所述的注浆组合物，按照质量百分比，所述第四外加剂包含10％～20％的憎水剂，15％～25％的丁苯胶粉，10％～30％的硅酸镁铝，以及30％～60％的所述硅灰。
26.在一些实施方式中，所述的注浆组合物，满足如下特征中的一个或多个：
27.所述憎水剂选自无机憎水剂；
28.所述硅灰的比表面积为15m2/g～20m2/g；
29.所述硅灰的平均粒径为0.1μm～0.2μm。
30.本技术的第二方面，提供一种盾构同步注浆系统，包含盾构设备以及装载于所述盾构设备的注浆组合物，所述注浆组合物如第一方面所定义。
31.本技术的第三方面，提供一种盾构同步注浆的方法，包括如下步骤：将第一方面所述的注浆组合物与水混合进行固化反应。
32.本技术的第四方面，提供第一方面所述的注浆组合物或第二方面所述盾构同步注浆系统在盾构施工过程中的应用。
33.通过精细调整铁铝酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、脱硫石膏、偏高岭土以及玻璃纤维、泵送剂、减水剂、保水剂和硅灰的比例，可以在不添加水玻璃的情况下，获得一种综合性能较好的用于盾构同步注浆的注浆组合物；该注浆组合物制备的注浆料应用于盾构过程时，引入的减水剂和保水剂不仅能减少配制注浆料的需水量，而且有利于保持合适的固化速度、调整注浆料的粘度等特性，在泵送剂协同作用下，该注浆料的流动性比较好、不易堵管，可长距离泵送；此外，将注浆组合物中组成的比例控制在合适的范围里，注浆料固化、固化得到的胶凝材料具有较好的抗折、抗压、抗裂性能且抗渗等级高，早期强度可观、后期强度满足要求。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案、更完整地理解本技术及其有益效果，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为一实施方式的胶凝材料的扫描电镜图；
36.图2为一实施方式的胶凝材料的扫描电镜图；
37.图3为一实施方式的注浆液配制方法；
38.图4为一实施方式的同步注浆试验的注浆工艺流程图。
具体实施方式
39.为了便于理解本技术，下面将对本技术进行更全面的描述。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。
40.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
41.术语
42.除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
43.本文中，“优选”、“更好”、“更佳”、“为宜”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本技术保护范围的限制。如果一个技术方案中出现多处“优选”，如无特别说明，且无矛盾之处或相互制约关系，则每项“优选”各自独立。
44.本技术中，“进一步”、“更进一步”、“特别”等用于描述目的，表示内容上的差异，但并不应理解为对本技术保护范围的限制。
45.本技术中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括所列举特征的开放式技术方案。比如，a包括a1和a2，相当于记载了“a为a1和a2的组合”以及“a为a1、a2和其他成员的组合”两种并列技术方案。
46.本技术中，涉及到数值区间(也即数值范围)，如无特别说明，该数值区间内可选的数值的分布视为连续，且包括该数值区间的两个数值端点(即最小值及最大值)，以及这两个数值端点之间的每一个数值。如无特别说明，当数值区间仅仅指向该数值区间内的整数时，包括该数值范围的两个端点整数，以及两个端点之间的每一个整数，相当于直接列举了每一个整数。当提供多个数值范围描述特征或特性时，可以合并这些数值范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之数值范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。该数值区间中的“数值”可以为任意的定量值，比如数字、百分比、比例等。“数值区间”允许广义地包括百分比区间、比例区间、比值区间等定量区间。
47.本技术中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内存在变动。应当理解的是，所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。允许在如
±
5℃、
±
4℃、
±
3℃、
±
2℃、
±
1℃的范围内波动。
48.铁铝酸盐水泥：亦称“快硬铁铝酸盐水泥”。将适当生料煅烧，得以无水硫铝酸钙、铁相和硅酸二钙为主要成分的熟料，掺加适量石膏和0％～10％石灰石磨细制成的水硬性胶凝材料。早期强度高,抗冻性、耐腐蚀性和耐磨性较好。铁铝酸盐水泥与普通水泥的区别主要在于可以适用于各种恶劣的恶工程环境，可以明显减少碳排放量。
49.硅灰：又称硅粉，一般指二氧化硅蒸气直接冷凝成非晶态的球状微粒，是电炉生产硅铁合金或单晶硅的副产品。硅粉形状为球状的玻璃体，具有极微细的粒径，比表面达150000cm2/g，其平均粒径小于0.2μm。
50.早期强度：本技术中，如无特别说明，可用3天的抗折强度、抗压强度和干缩率说明
后期强度的优劣。
51.后期强度：本技术中，如无特别说明，可用28天的抗折强度、抗压强度和干缩率说明后期强度的优劣。
52.盾构法是城市轨道交通的隧道建设工程中重要的方法。为改进盾构施工过程中盾构机尾部空隙容易引起地层沉降、坍塌等问题，通常采用盾构隧道同步注浆技术以维持地层的结构稳定。具体来说，在盾构隧道的掘进过程中，管片在盾构机的盾尾，拼接形成管片环，随着盾构机的推进，管片环会脱离盾尾进入土体；由于盾构机的开挖直径大于管片环的外径，脱离盾尾的管片(环)和土体之间会出现较宽的环状的盾构间隙(例如，可达10cm～18cm)。因而需要在盾构机推进过程中，利用合适的材料填充该盾构间隙，使管片与管片外的隧道土层紧密结合，以保证盾构隧道的结构稳固、可靠；同时该材料的输送性能、固化速度等关键参数还应当与盾构机的推进速度相匹配；此外，在城市轨道交通的隧道建设工程中，还期望该材料固化后具有较好的力学和抗渗性能以保证施工平稳和安全。该过程亦称为同步注浆。
53.传统技术中能做到兼顾抗渗性能、抗裂性能以及长距离泵送的注浆液种类较少。从材料体系上看，主要有两种注浆液可以满足城市轨道交通的隧道建设工程中的盾构同步注浆要求。一种包含水泥的可硬性浆液，另一种为水泥浆液和水玻璃构成的双浆液体系。其中，前者中添加的水泥具有凝固较快的有限，但极易堵塞管道、不利于长距离泵送，同时浆液快速凝固得到的胶凝材料力学性能和抗渗性能较差；后者的双浆液体系的流动性好，而且可以通过调整两种浆液的比例以获得所需的凝胶时间，但成本较高。随着盾构施工技术的发展，传统注浆液的性能难以满足严苛的要求。
54.本技术的第一方面，提供一种用于盾构同步注浆的注浆组合物，按照质量份数计，包括如下组分：40份～70份的铁铝酸盐水泥，15份～50份的粉煤灰，10份～30份的膨润土，3份～18份的掺合料，3.5份～10.6份复合外加剂；
55.所述掺合料包括脱硫石膏和偏高岭土，所述复合外加剂为包含玻璃纤维、泵送剂、减水剂、保水剂和硅灰的复合型添加剂(复合型外加剂)。根据成分的不同，可以将该复合添加剂区分为包含玻璃纤维的第一外加剂，泵送剂的第二外加剂，包含减水剂和保水剂的第三外加剂和包含硅灰的第四外加剂。
56.在一些实施方式中，所述用于盾构同步注浆的注浆组合物，按照质量份数计，包括以下组分：
57.40份～70份的所述铁铝酸盐水泥，15份～50份的所述粉煤灰，10份～30份的所述膨润土，2份～8份的所述脱硫石膏，1份～10份的所述偏高岭土，1份
58.～2.1份的所述第一外加剂，0.5份～2份的所述第二外加剂，0.5份～4份的所述第三外加剂，以及0.5份～2.5份的所述第四外加剂；
59.所述第一外加剂包含玻璃纤维；
60.所述第二外加剂为泵送剂；
61.所述第三外加剂包含减水剂和保水剂；
62.所述第四外加剂包含硅灰。
63.本技术经过大量探索，发现一种用于盾构同步注浆的注浆组合物，通过精细调整铁铝酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、脱硫石膏、偏高岭土以及玻璃纤维、泵送剂、减水剂、保水剂
和硅灰的比例，可以在不添加水玻璃的情况下，获得一种综合性能较好的盾构同步注浆的注浆组合物；该注浆组合物制备的注浆料应用于盾构过程的流动性比较好、不易堵管，可长距离泵送；与此同时，将注浆组合物中组成的比例控制在合适的范围里，注浆料固化、固化得到的胶凝材料具有较好的抗折、抗压、抗裂，抗渗等级高，早期强度可观、后期强度满足要求。
64.本技术通过精细调整铁铝酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、脱硫石膏、偏高岭土以及玻璃纤维、泵送剂、减水剂、保水剂和硅灰的比例，可以在不添加水玻璃的情况下，获得一种综合性能较好的盾构同步注浆的注浆组合物。该注浆组合物制备的注浆料应用于盾构过程可以实现长距离泵送，注浆料固化、固化得到的胶凝材料具有较好的力学和抗渗性能。
65.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量份数计，包括40份～70份的铁铝酸盐水泥，进一步可以为40份～60份，更进一步可以为40份～50份，还可以选自如下一种质量份数或两种质量份数构成的区间：40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份等。铁铝酸盐水泥的作用为提供前期较高的强度和后期的耐腐蚀性以及生成大量的钙矾石。将注浆组合物中的铁铝酸盐水泥含量控制在合适的范围，有利于固化热低，防止前期自收缩太大。若注浆组合物中的铁铝酸盐水泥含量高于合适范围，可能造成前期固化热过大导致开裂以及体系内部出现微裂纹不能达到体系密室的效果；若注浆组合物中的铁铝酸盐水泥含量低于合适范围，可能导致体系强度过低不符合一些恶劣情况施工。
66.在本发明中，对注浆组合物中的某个组分的质量份数进行描述时，如无其他说明，是基于前述概括技术方案“用于盾构同步注浆的注浆组合物，按照质量份数计，包括如下组分：40份～70份的铁铝酸盐水泥，15份～50份的粉煤灰，10份～30份的膨润土，3份～18份的掺合料，3.5份～10.6份复合外加剂”或“所述用于盾构同步注浆的注浆组合物，按照质量份数计，包括以下组分：40份～70份的所述铁铝酸盐水泥，15份～50份的所述粉煤灰，10份～30份的所述膨润土，2份～8份的所述脱硫石膏，1份～10份的所述偏高岭土，1份～2.1份的所述第一外加剂，0.5份～2份的所述第二外加剂，0.5份～4份的所述第三外加剂，以及0.5份～2.5份的所述第四外加剂”的进一步描述。
67.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量份数计，包括15份～50份的粉煤灰，进一步可以为15份～45份，更进一步可以为20份～50份，还可以选自如下一种质量份数或两种质量份数构成的区间：15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份等。粉煤灰的作用为替代水泥，提高浆体的流动性，减少固化热，预防开裂以及增强了可泵性。将注浆组合物中的粉煤灰含量控制在合适的范围，有利于浆体泵送以及体系更密实。若注浆组合物中的粉煤灰含量高于合适范围，可能造成强度偏低，自密实差；若注浆组合物中的粉煤灰含量低于合适范围，可能导致流动性差不利于长距离泵送。
68.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量份数计，包括10份～30份的膨润土，进一步可以为10份～25份，更进一步可以为10份～20份，还可以选自如下一种质量份数或两种质量份数构成的区间：10份、15份、18份、20份、25份、30份等。膨润土的作用为提高浆体的和易性。将注浆组合物中的膨润土含量控制在合适的范围，有利于浆体拌合减少泌水的程度。若注浆组合物中的膨润土含量高于合适范围，可能造成强度的削弱；若注浆组合物中的膨润土含量低于合适范围，可能导致泌水程度较高。
69.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量份数计，包括2份～8份的脱硫
石膏，进一步可以为2份～6份，更进一步可以为2份～5份的脱硫石膏，还可以选自如下一种质量份数或两种质量份数构成的区间：2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份等。脱硫石膏的作用为促进固化生成钙矾石。将注浆组合物中的脱硫石膏含量控制在合适的范围，有利于体系更密实提高抗渗效果。若注浆组合物中的脱硫石膏含量高于合适范围，可能造成注浆组合物与水混合并固化后形成的胶凝材料的后期强度较低；若注浆组合物中的脱硫石膏含量低于合适范围，可能导致不能完全促进钙矾石的进一步生成。
70.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量份数计，包括1份
71.～10份的偏高岭土，进一步可以为1份～8份，更进一步可以为1份～6份，还可以选自如下一种质量份数或两种质量份数构成的区间：1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份等。偏高岭土的作用为促进固化提高早期强度使得体系更密实，具有良好的耐久性。将注浆组合物中的偏高岭土含量控制在合适的范围，有利于提高抗渗性能。若注浆组合物中的偏高岭土含量高于合适范围，可能造成抑制固化反应导致早期强度偏低；若注浆组合物中的偏高岭土含量低于合适范围，可能导致固化过程中形成的c-s-h凝胶以及aft钙矾石比重较小，体系的密实程度较低，从而抗渗等级降低，进而导致抗压强度随之下降。
72.注浆组合物经固化形成胶凝材料，固化过程中铝酸三钙(3cao
·
al2o3简称c3a)、硅酸二钙(3cao
·
sio2，简称c3s)和c2s硅酸二钙(2cao
·
sio2，简称c2s)与注浆组合物中其它组分发生复杂的固化反应，生成钙矾石即三硫型固化硫酸铝钙型aft，单硫型固化硫酸铝钙afm，氢氧化钙ch和硅酸钙c-s-h凝胶。随着固化反应的进行，其内在结构遂渐演变，由流动状态逐渐变为塑性状态，最后到凝结硬化状态，也即形成所述胶凝材料。
73.在一些实施方式中，按照质量份数计，所述脱硫石膏相对于所述偏高岭土的比值为0.7～1.2，进一步可以为0.75～1，还可以选自如下一种比值或两种比值构成的区间：0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1、1.05、1.1、1.15、1.2等。
74.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，包括1份
75.～2.1份的第一外加剂，0.5份～2份的第二外加剂，0.5份～4份的第三外加剂，以及0.5份～2.5份的第四外加剂。
76.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，包括1份
77.～2.1份的第一外加剂，进一步可以为1份～2份，更进一步可以为1份～1.5份，还可以选自如下一种份数或两种份数构成的区间：1份、1.25份、1.5份、2份、2.1份等。将注浆组合物中第一外加剂的用量控制在合适的范围，有利于改善配制的注浆液经固化、固化形成的胶凝材料的抗裂性能。若注浆组合物中第一外加剂的用量高于合适范围，可能造成容易搅拌不均匀出现结块；若注浆组合物中第一外加剂的用量低于合适范围，可能导致削弱抗裂性能以及抗折强度。
78.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，包括0.5份～2份的第二外加剂，进一步可以为0.5～1.5，更进一步可以为0.5～1，还可以选自如下一种份数或两种份数构成的区间：0.5份、0.75份、1份、1.25份、1.5份、2份等。
79.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，包括0.5份～4份的第三外加剂，进一步可以为0.5～2，更进一步可以为0.5～1，还可以选自如下一种份数或两种份数构成的区间：0.5份、0.75份、1份、1.25份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份等。
80.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，包括0.5份～2.5份的
第四外加剂进一步可以为0.5～2，更进一步可以为0.5～1.5，还可以选自如下一种份数或两种份数构成的区间：0.5份、0.75份、1份、1.25份、1.5份、2份、2.5份等。
81.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述第一外加剂包含玻璃纤维。
82.引入玻璃纤维形成网络交错结构，有助于改善注浆组合物经固化、固化得到的胶凝材料的稳定性，进而改善胶凝材料的抗渗等级，抗压和抗裂性能等。
83.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述第二外加剂为泵送剂。
84.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述泵送剂选自zc1-高效复合泵送剂、hz-2泵送剂和jm高效流化泵送剂中的一种或多种。
85.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述第三外加剂包含减水剂和保水剂。
86.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述第四外加剂包含硅灰。
87.在一些实施方式中，所述第四外加剂还包含憎水剂、丁苯胶粉、硅酸镁铝中的一种或多种。
88.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述铁铝酸盐水泥的比表面积370m2/kg-380m2/kg。可以理解的，铁铝酸盐水泥的比表面积是指的是干粉形式的水泥中所含固体颗粒的比表面积。
89.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述粉煤灰包含60％～95％的高钙粉煤灰，进一步可以为60％～90％，更进一步可以为60％～80％。将粉煤灰中高钙粉煤灰和低钙粉煤灰的质量百分比控制在合适的范围，有利于维持体系稳定性以及浆体流动性。若粉煤灰中高钙粉煤灰的质量百分比高于合适范围，可能造成体系容易膨胀，从而出现开裂；若粉煤灰中高钙粉煤灰的质量百分比低于合适范围，可能导致削弱早期强度。若粉煤灰中低钙粉煤灰的质量百分比高于合适范围，可能造成体系容易膨胀，从而出现开裂；若粉煤灰中低钙粉煤灰的质量百分比低于合适范围，可能导致削弱早期强度。
90.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述粉煤灰包含5％～40％的低钙粉煤灰，进一步可以为10％～40％，更进一步可以为10％～20％。
91.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述粉煤灰包含60％～95％的高钙粉煤灰和5％～40％的低钙粉煤灰。
92.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述粉煤灰包含60％～90％的高钙粉煤灰和10％～40％的低钙粉煤灰。
93.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述粉煤灰包含60％～80％的高钙粉煤灰和10％～20％的低钙粉煤灰。
94.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述粉煤灰的d50为15μm～20μm，进一步可以为16μm～18μm，还可以选自如下一种d50或两种d50构成的区间：15μm、16μm、16.99μm、17μm、18μm、19μm、20μm等。
95.在本技术中，如无其他说明，d50具有本领域公知含义，指样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径。d50物理意义是粒径大于它的颗粒占50％，小于它的颗粒也占50％。
96.本技术中，粉煤灰的d50可以采用激光粒度仪进行测试，还可以选择利用方孔筛余方法测得。
97.在一些实施方式中，所述粉煤灰利用80μm方孔筛余结果为3％，对应粉煤灰的d50
约为16.99μm。
98.本技术中，如无其他说明，玻璃纤维的平均长度测试方法为游标卡尺，选取同型号的玻璃纤维，选取20个玻璃纤维，测试并计算得到平均长度。
99.本技术中所用的第一玻璃纤维的型号为e型玻璃纤维。
100.本技术中所用的第二玻璃纤维的型号为ar-glass玻璃纤维。
101.本技术中所用的第三玻璃纤维的型号为增强型玻璃纤维。
102.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述第一外加剂的所述玻璃纤维包含第一玻璃纤维、第二玻璃纤维和第三玻璃纤维，所述第一玻璃纤维和第二玻璃纤维的平均长度分别为5mm～9mm和12mm～16mm。
103.在一些实施方式中，所述第一玻璃纤维的平均长度为5mm～9mm，进一步可以为5mm～8mm，更进一步可以为5mm～7mm，还可以选自如下一种平均长度或两种平均长度构成的区间：5mm、6mm、7mm、8mm、9mm等。
104.在一些实施方式中，所述第二玻璃纤维的平均长度为12mm～16mm，进一步可以为12mm～15mm，更进一步可以为13mm～15mm，还可以选自如下一种平均长度或两种平均长度构成的区间：12mm、13mm、14mm、15mm、16mm等。
105.在一些实施方式中，所述第三玻璃纤维的平均长度为9mm～12mm，进一步可以为9mm～11mm，更进一步可以为10mm～12mm，还可以选自如下一种平均长度或两种平均长度构成的区间：9mm、10mm、11mm、12mm等。
106.在一些实施方式中，所述第一玻璃纤维的平均长度为5mm～9mm，所述第二玻璃纤维的平均长度为12mm～16mm。
107.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第一外加剂包含25％～35％的所述第一玻璃纤维，进一步可以为26％～34％，更进一步可以为28％～32％，还可以选自如下一种质量百分比或两种质量百分比构成的区间：25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％等。
108.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第一外加剂包含以及25％～35％的所述第二玻璃纤维，进一步可以为26％～34％，更进一步可以为28％～32％，还可以选自如下一种质量百分比或两种质量百分比构成的区间：25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％等。
109.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第一外加剂包含35％～50％的所述第三玻璃纤维，进一步可以为35％～48％，更进一步可以为38％～42％，还可以选自如下一种质量百分比或两种质量百分比构成的区间：35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％等。
110.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第一外加剂包含25％～35％的第一玻璃纤维，25％～35％的第二玻璃纤维，以及35％～50％的第三玻璃纤维。
111.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第一外加剂包含26％～34％的第一玻璃纤维，26％～34％的第二玻璃纤维，以及35％～50％的第三玻璃纤维。
112.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第一外加剂包含
28％～32％的第一玻璃纤维，28％～32％的第二玻璃纤维，以及38％～44％的第三玻璃纤维。
113.调整注浆组合物中的玻璃纤维的尺寸和不同玻璃纤维之间的比例在较合适的范围，有利于进一步改善由该注浆组合物经固化、固化得到的胶凝材料的力学性能和抗渗性能。
114.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述减水剂选自木质素磺酸盐和聚羧酸减水剂中的一种或两种。
115.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述保水剂选自羟乙基纤维素醚和可分散乳胶粉中的一种或两种。
116.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述减水剂相对于所述保水剂的质量比为0.2～1，进一步可以为0.2～0.8，更进一步可以为0.45～0.55。
117.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第三外加剂包含20％～60％的减水剂和30％～70％的保水剂。
118.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第三外加剂包含22％～34％的减水剂和40％～63％的保水剂。第三外加剂中包含的保水剂和减水剂可以协同改善由该注浆组合物配制的注浆液的流动性。将所述减水剂相对于所述保水剂的比值控制在合适的范围内，有利于获得流动性更好、更适合长距离泵送的注浆组合物。若所述减水剂相对于所述保水剂的比值高于合适范围，可能造成由该注浆组合物配制的注浆料泌较严重；若所述减水剂相对于所述保水剂的比值低于合适范围，可能造成由该注浆组合物配制的注浆料相同用水量下流动性较差。
119.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第三外加剂包含12％～25％的木质素磺酸盐，10％～23％的聚羧酸减水剂，8％～21％的羟乙基纤维素醚，以及32％～68％的所述可分散乳胶粉。
120.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第三外加剂包含12％～25％的木质素磺酸盐，进一步可以为12％～20％，更进一步可以为12％～18％，还可以选自如下一种质量百分比或两种质量百分比构成的区间：12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％等。
121.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第三外加剂包含8％～21％的羟乙基纤维素醚，进一步可以为8％～18％，更进一步可以为8％～16％，还可以选自如下一种质量百分比或两种质量百分比构成的区间：8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％等。
122.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第三外加剂包含10％～23％的聚羧酸减水剂，进一步可以为10％～20％，更进一步可以为10％～16％，还可以选自如下一种质量百分比或两种质量百分比构成的区间：10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％等。将第三外加剂中聚羧酸减水剂的质量百分比控制在合适的范围，有利于分散水泥颗粒。若第三外加剂中聚羧酸减水剂的质量百分比高于合适范围，可能造成离析程度较高，强度削弱较严重；若第三外加剂中聚羧酸减水剂的质量百分比低于合适范围，可能导致相同水用量流动度偏小。
123.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第三外加剂包含
32％～68％的所述可分散乳胶粉，进一步可以为32％～60％，更进一步可以为32％～48％，还可以选自如下一种质量百分比或两种质量百分比构成的区间：32％、36％、40％、42％、44％、48％、52％、56％、60％、64％、68％等。可分散乳胶粉可以改善胶凝材料的保水性能，成膜后不会被水破坏掉、预防二次分散，有利于增强胶凝材料的内聚力，减少土壤环境中的水含量对胶凝材料水含量的影响，降低对胶凝材料的塑性、抗压性能、抗裂性能等方面的劣化。
124.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第三外加剂包含12％～25％的木质素磺酸盐，8％～21％的羟乙基纤维素醚，10％～23％的聚羧酸减水剂，以及32％～68％的所述可分散乳胶粉。
125.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第三外加剂包含12％～20％的木质素磺酸盐，8％～18％的羟乙基纤维素醚，10％～20％的聚羧酸减水剂，以及32％～60％的所述可分散乳胶粉。
126.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第三外加剂包含12％～18％的木质素磺酸盐，8％～16％的羟乙基纤维素醚，10％～16％的聚羧酸减水剂，以及32％～48％的所述可分散乳胶粉。
127.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第四外加剂包含10％～20％的憎水剂，进一步可以为10％～18％，更进一步可以为10％～15％，还可以选自如下一种质量百分比或两种质量百分比构成的区间：10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％等。注浆组合物中的憎水剂有助于抑制扩展度损失，含有憎水剂的注浆组合物的和易性更好，抗渗效果好。若第四外加剂中憎水剂的质量百分比高于合适范围，可能造成抗渗效果提升不明显；若第四外加剂中憎水剂的质量百分比低于合适范围，可能导致抗渗效果较差。
128.在一些实施方式中，所述憎水剂包括无机类型憎水剂，进一步可以选自无机类型憎水剂。
129.在一些实施方式中，所述的注浆组合物，所述可分散乳胶粉包含醋酸乙烯酯和乙烯共聚树脂。
130.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，所述憎水剂选自无机憎水剂，进一步地，所述无机憎水剂可以为zdjd砂浆用无机憎水型外加剂选自(河南正大金盾环保材料有限公司)。
131.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第四外加剂包含15％～25％的丁苯胶粉，进一步可以为15％～22％，更进一步可以为15％～20％，还可以选自如下一种质量百分比或两种质量百分比构成的区间：10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％等。第四外加剂中的丁苯胶粉起到的作用与可分散乳胶粉类似，都可以改善胶凝材料的保水性能，维持胶凝材料的塑性，减少因突然环境水分含量变化或后期强度下降。
132.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第四外加剂包含10％～30％的硅酸镁铝，进一步可以为10％～25％，更进一步可以为10％～20％，还可以选自如下一种质量百分比或两种质量百分比构成的区间：10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％等。
将第四外加剂中硅酸镁铝的质量百分比控制在合适的范围，有利于延长开放时间和可操作时间以及提高输送效率。若第四外加剂中硅酸镁铝的质量百分比高于合适范围，可能造成稠度过大影响施工和泵送；若第四外加剂中硅酸镁铝的质量百分比低于合适范围，可能导致开放时间变短影响施工效率以及长距离泵送。
133.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第四外加剂包含30％～60％的硅灰，进一步可以为30％～55％，更进一步可以为30％～50％，还可以选自如下一种质量百分比或两种质量百分比构成的区间：30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％等。将第四外加剂中硅灰的质量百分比控制在合适的范围，有利于改善胶凝材料的抗压能力，且维持较好的减水能力。若第四外加剂中硅灰的质量百分比高于合适范围，可能造成需水量增加，进而影响注浆组合物的固化过程中；若第四外加剂中硅灰的质量百分比低于合适范围，可能导致二次固化过程中，进而对固化后的水泥的抗压强度增强效果不明显。
134.硅灰是一种矿物外加剂，在本技术的注浆组合物中有利于改善注浆料固化后的抗压强度。
135.硅灰对混凝土的增强作用十分明显，当硅灰内掺10％时，混凝土的抗压强度可提高25％以上。但随着硅灰掺量的增加，需水量也增加，混凝土黏度也增加，硅灰的掺人还会加大混凝土的收缩，因此硅灰的掺量一般在5％～10％之间。可以和粉煤灰、矿粉、减水剂等复合使用。
136.本技术中，如无其他说明，硅灰的比表面积测试方法为采用激光粒度仪进行测试。
137.在一些实施方式中，所述硅灰的比表面积为18m2/g～22m2/g，还可以选自如下一种比表面积或两种比表面积构成的区间：18m2/g、19m2/g、20m2/g、21m2/g、22m2/g等。
138.在一些实施方式中，所述硅灰的平均粒径为0.06μm～0.12μm，还可以选自如下一种平均粒径或两种平均粒径构成的区间：0.06μm、0.07μm、0.08μm、0.09μm、0.1μm、0.11μm、0.12μm。
139.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第四外加剂包含10％～20％的憎水剂，15％～25％的丁苯胶粉，10％～30％的硅酸镁铝，以及30％～60％的硅灰。
140.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第四外加剂包含10％～18％的憎水剂，15％～22％的丁苯胶粉，10％～25％的硅酸镁铝，以及30％～55％的硅灰。
141.在一些实施方式中，所述的注浆组合物中，按照质量百分比，所述第四外加剂包含10％～15％的憎水剂，15％～20％的丁苯胶粉，10％～20％的硅酸镁铝，以及30％～50％的硅灰。
142.本技术的第二方面，提供一种盾构同步注浆系统，包含盾构设备以及装载于所述盾构设备的注浆组合物，所述注浆组合物如第一方面所定义。
143.该盾构同步注浆系统采用的注浆料中包括前述注浆组合物，具有较好的综合力学性能和抗渗性能，应用于盾构施工过程中早期强度较好，后期强度可以满足盾构施工的要求。
144.本技术的第三方面，提供一种盾构同步注浆的方法，包括如下步骤：将第一方面所述的注浆组合物与水混合，进行固化反应。
145.将该注浆料用于盾构同步注浆过程不易堵管，注浆料具有较好的流动性，可用于长距离泵送。同时该注浆料的固化速度合适，在盾构同步注浆后该注浆料较快地凝结，有效填充盾尾的管片(环)和土体之间的盾构间隙。
146.通常来说，通过地上搅拌罐将干拌料与水搅拌混合成浆液，采用浆液泵送到隧道浆车，盾构机采用盾尾壁后注浆方式，盾构掘进时，注浆泵将储浆槽中的浆液泵出，经同步注浆管对管片外表面的环行空隙进行同步注浆。工程应用也可以将注浆组合物加入到盾构机的相应部件中，在盾构机推进过程中，注浆组合物与水在该组件/设备均匀混合，泵送到相应位置。
147.在一些实施方式中，所述水相对于所述注浆组合物的质量比为0.8～1，还可以选自如下一种质量比或两种质量比构成的区间：0.8、0.85、0.9、0.95、1等。通过合理控制水相对于注浆组合物的质量比，有助于改善注浆料的泵送性能较好，注浆料固化形成的胶凝材料的力学性能较好。若注浆料中的水相对于注浆组合物的质量比低于合适范围，可能造成注浆料的泵送性能下降，特别是在长距离泵送运输或者严苛环境例如低温环境下容易堵管；若注浆料中的水相对于注浆组合物的质量比高于合适范围，可能造成泌水，进而注浆料固化形成的胶凝材料早期强度较差。
148.该注浆料经过一次加水固化可形成兼具力学性能和抗渗性能的胶凝材料。
149.所形成的胶凝材料具有较好的抗折、抗压、抗裂性能且抗渗等级高。
150.在城市轨道交通的隧道建设工程中，一般还存在土壤含水率较高的情况。含水率对注浆料固化、固化后形成的胶凝材料的抗渗提出了更高的要求，本技术中的胶凝材料抗渗等级可以达到p8等级，能够适应城市地下的含水率较高土壤层(例如0～20cm土壤相对含水量为71％～85％，20～40cm土壤相对含水量为77％～90％)。
151.在一些实施方式中，所述的胶凝材料，所述胶凝材料中的钙矾石为针状和柱状形。
152.本技术的第四方面，提供第一方面所述的注浆组合物在盾构施工过程中的应用。
153.注浆过程包括经过注浆系统配制、参数设计、设置控制方式、注浆、注浆工况分析，直至注浆完毕。
154.前述注浆组合物或注浆料应用于盾构同步注浆过程，在盾构同步注浆过程中可以实现较快地填充环形间隙，管片与管片外的隧道土层结合紧密，盾构隧道的结构稳固且具有较好的抗渗性能。
155.以下提供一些具体实施例。
156.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，优先参考本发明中给出的指引，还可以按照本领域的实验手册或常规条件，还可以按照制造厂商所建议的条件，或者参考本领域已知的实验方法。
157.如无特殊说明，以下各试验所用的原材料皆可从市场上购得。
158.测试方法：
159.同步注浆试验：按照图4中所示的注浆工艺流程进行同步注浆试验。
160.出机扩展度：国家标准gb/t2419—2005。
161.干缩率(28d)：jc/tc603—2004。
162.抗折强度：国家标准gb/t17671—1999，得到抗折强度(3d)和抗折强度(28d)。
163.抗压强度：国家标准gb/t17671—1999，得到抗压强度(3d)和抗压强度(28d)。
164.抗冲击强度：采用ac1544采用自制试验设备高度h35mm直径150mm，落锤中2kg，落距255mm，得到抗冲击性(初裂)(3d)。
165.抗渗性能：国家标准gb50164，得到抗渗等级(28d)。
166.扫描电镜测试：电压5kv，放大倍数5000
×
。
167.评价标准：
168.以下相关实施例和对比例中，对泵送性能的评价标准如下：当出机扩展度＞260，泵送性能为“良好”；当220mm＜出机扩展度≤260mm，泵送性能为“较差”。
169.对抗折的评价标准如下：当抗折强度(3d)＞1mpa，抗折性能为“良好”；当0.5mpa＜抗折强度≤1mpa，抗折性能为“合格”；当0mpa＜抗折强度≤0.5mpa，抗折性能为“较差”。
170.对抗压的评价标准如下：当抗压强度(3d)＞0.8mpa，抗压性能为“良好”；当0.5mpa＜抗压强度≤0.8mpa，抗压性能为“合格”；当抗压强度≤0.5mpa，抗压性能为“较差”。
171.对抗裂的评价标准如下：当抗冲击次数(3d)＞280次，抗裂性能为“良好”；当240次＜抗冲击强度≤280次，抗裂性能为“合格”；当160次＜抗冲击强度≤240次，抗裂性能为“较差”。
172.抗渗性能的评价标准如下：当抗渗等级＞p6级别，抗渗性能为“良好”；当p4级别＜抗渗等级≤p6级别，抗渗性能为“合格”；当抗渗等级≤p4级别，抗渗性能为“较差”。
173.实施例1～3采用表1所示原料组成。
174.表1.实施例1～3的注浆组合物组成
175.[0176][0177]
实施例1
[0178]
按照表1中注浆组合物，配制注浆液(如图3所示)，应用于15m大型盾构机进行同步注浆实验。采用前述测试方法测得的胶凝材料性能如下(亦如表2所示)：出机扩展度为260mm，28d干缩率为0.02％，抗折强度3d为2.0mpa、28d为3.3mpa，抗压强度3d为1.0mpa、28d为5.5mpa，抗冲击性(初裂)3d为330次，28d抗渗等级为p8，抗渗性能良好。
[0179]
基于前述性能评价标准，该注浆液的泵送性能、能适用于长距离泵送，该胶凝材料的抗折性能、抗压性能、抗裂性能和抗渗性能均为良好。
[0180]
实施例2～3采用与实施例1基本相同的方法配制注浆液、进行同步注浆实验，测试胶凝材料的性能。
[0181]
实施例1～3的注浆组合物组成可参阅表1，实施例1～3的胶凝材料的性能参数可参阅表2。
[0182]
根据测试结果，实施例1～3的注浆液的泵送性能较好，能适用于长距离泵送，该胶凝材料的抗折性能、抗压性能、抗裂性能和抗渗性能均为良好。
[0183]
表2.实施例1～3形成的胶凝材料的性能参数
[0184][0185]
对比例1～6的注浆组合物采用表3所示组成。对比例1～6制备得的胶凝材料的性能测试结果可参阅表4。
[0186]
对比例1
[0187]
对比例1中注浆组合物的成分与实施例3基本相同，不同之处在于未添加第一外加剂，可参阅表3。
[0188]
采用与实施例1相同的注浆组合物配制方法和相关的性能测试方法，得到的注浆组合物用于盾构工程的同步注浆过程和固化形成的胶凝材料的性能如下：出机扩展度为280mm，28d干缩率为0.025％，抗折强度3d为1.2mpa、28d为2.1mpa，抗压强度3d为0.7mpa、28d为4.0mpa，抗冲击性(初裂)3d为230次，28d抗渗等级为p8。
[0189]
同步注浆过程出机扩展度和干缩率与实施例3中的注浆液持平，泵送性能较好，抗渗等级为p8，抗渗性能良好；该胶凝材料的抗折性能、抗压性能、抗裂性能和抗渗性能均显著低于实施例3，可能的原因是对比例1的注浆组合物中省略了第一外加剂，也即未添加玻璃纤维，导致没有强筋作用，最终导致胶凝材料力学性能的整体下降。
[0190]
对比例2
[0191]
对比例2中注浆组合物的成分与实施例3基本相同，不同之处在于未添加第二外加剂，可参阅表3。
[0192]
采用与实施例1相同的注浆组合物配制方法和相关的性能测试方法，得到的注浆组合物用于盾构工程的同步注浆过程和固化形成的胶凝材料的性能如下：出机扩展度为240mm，28d干缩率为0.023％，抗折强度3d为1.8mpa、28d为3.0mpa，抗压强度3d为1.1mpa、28d为4.9mpa，抗冲击性(初裂)3d为310次，28d抗渗等级为p6，抗渗性能较差。
[0193]
同步注浆过程出机扩展度和干缩率与实施例3中的注浆液持平，泵送性能较差，抗渗等级为p6合格；该胶凝材料的抗折性能、抗压性能、抗裂性能和抗渗性能均低于实施例3，可能的原因是对比例2的注浆组合物中省略了第二外加剂，也即未添加泵送剂，因而注浆液的润滑度较低，最终导致胶凝材料力学性能的稍稍下降。
[0194]
对比例3
[0195]
对比例3中注浆组合物的成分与实施例3基本相同，不同之处在于未添加第三外加剂，可参阅表3。
[0196]
采用与实施例1相同的注浆组合物配制方法和相关的性能测试方法，得到的注浆组合物用于盾构工程的同步注浆过程和固化形成的胶凝材料的性能如下：出机扩展度为245mm，28d干缩率为0.025％，抗折强度3d为1.6mpa、28d为2.7mpa，抗压强度3d为1.0mpa、28d为4.3mpa，抗冲击性(初裂)3d为300次，28d抗渗等级为p6，抗渗性能较差。
[0197]
同步注浆过程出机扩展度和干缩率与实施例3中的注浆液持平，泵送性能较差；该胶凝材料的抗折性能、抗压性能、抗裂性能和抗渗性能均低于实施例3但高于对比例1，而且抗渗等级下降到p6。可能的原因是对比例3的注浆组合物中省略了第三外加剂，也即未添加保水剂和减水剂，因而在固化过程中胶体的需水量增加且保水能力下降，最终导致胶凝材料力学性能和抗渗等级下降。
[0198]
对比例4
[0199]
对比例4中注浆组合物的成分与实施例3基本相同，不同之处在于未添加第四外加剂，可参阅表3。
[0200]
采用与实施例1相同的注浆组合物配制方法和相关的性能测试方法，得到的注浆组合物用于盾构工程的同步注浆过程和固化形成的胶凝材料的性能如下：出机扩展度为255mm，28d干缩率为0.025％，抗折强度3d为1.6mpa、28d为2.6mpa，抗压强度3d为0.7mpa、28d为4.0mpa，抗冲击性(初裂)3d为300次，28d抗渗等级为p6，抗渗性能较差。
[0201]
同步注浆过程出机扩展度和干缩率与实施例3中的注浆液持平，泵送性能较差；该胶凝材料的抗折性能、抗压性能、抗裂性能和抗渗性能均低于实施例3，与对比例2持平，而且抗渗等级下降到p6。可能的原因是对比例4的注浆组合物中省略了第四外加剂，也即未添加硅灰、硅酸镁铝和憎水剂等，因而，最终导致胶凝材料力学性能和抗渗等级下降。
[0202]
对比例5
[0203]
对比例5中注浆组合物的成分与实施例3基本相同，不同之处在于将铁铝酸盐水泥替换为硅酸盐水泥，可参阅表3。
[0204]
采用与实施例1相同的注浆组合物配制方法和相关的性能测试方法，得到的注浆组合物用于盾构工程的同步注浆过程和固化形成的胶凝材料的性能如下：出机扩展度为260mm，28d干缩率为0.02％，抗折强度3d为1.2mpa、28d为2.6mpa，抗压强度3d为0.8mpa、28d为4.1mpa，抗冲击性(初裂)3d为265次，28d抗渗等级为p6。
[0205]
同步注浆过程的出机扩展度和和干缩率与实施例3中的注浆液持平，泵送性能与实际例3相对略下降；该胶凝材料的抗折强度、抗压强度、抗裂性能和抗渗性能均低于实施例3，而且抗渗等级下降到p6(抗渗性能较差)。可能的原因是对比例5中将铁铝酸盐水泥替换为硅酸盐水泥，因而体系致密度不足，最终导致胶凝材料的力学性能和抗渗等级的下降。
[0206]
对比例6
[0207]
对比例6中注浆组合物的成分与实施例3基本相同，不同之处在于第四外加剂中不包含硅灰，可参阅表3。
[0208]
采用与实施例1相同的注浆组合物配制方法和相关的性能测试方法，得到的注浆组合物用于盾构工程的同步注浆过程和固化形成的胶凝材料的性能如下：出机扩展度为265mm，28d干缩率为0.02％，抗折强度3d为1.5mpa、28d为2.4mpa，抗压强度3d为0.6mpa、28d
为4.0mpa，抗冲击性(初裂)3d为260次，28d抗渗等级为p6。
[0209]
同步注浆过程的出机扩展度和和干缩率与实施例3中的注浆液持平，泵送性能较好；该胶凝材料的抗折强度、抗压强度、抗裂性能和抗渗性能均低于实施例3，而且抗渗等级下降到p6(抗渗性能较差)。可能的原因是对比例6中缺少硅灰，火山活性较低最终导致胶凝材料的力学性能和抗渗等级的下降。
[0210]
表3.对比例1～6的注浆组合物组成
[0211]
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表4.对比例1～6胶凝材料的性能参数
[0214][0215]
此外，盾构同步注浆的注浆组合物由40份的铁铝酸盐水泥、36份的粉煤灰(包含80％高钙粉煤灰、20％低钙粉煤灰)、10份膨润土、5份脱硫石膏和6份偏高岭土组成，采用与实施例1相同的注浆组合物配制方法，将得到的注浆料固化28天。对固化的胶凝材料进行扫描电镜(sem)表征，结果可参阅图1。根据图1，可以看出胶凝材料中出现细小的纤维状结构或管状结构的固化硅酸钙凝胶，晶粒尺寸普遍较小，且六角板状结构的氢氧化钙晶体胶逐
渐减少，并产生大量柱状钙钒石，孔隙较小，结构较为致密。可能的原因是加入合适用量的石膏和偏高岭土，有利于与浆料中固化产物氢氧化钙以及粉煤灰中活性物质更好反应，生成的柱状钙钒石和固化硅酸钙凝胶更致密，晶粒较细化，在应用于盾构工程时，可能有利于减少砂浆孔隙，提高砂浆结构的致密性。
[0216]
另外，当脱硫石膏相对于偏高岭土的重量比较低或较高时，同样会对经固化形成的胶凝材料的性能产生不利影响，而直接省略脱硫石膏或偏高岭土，抑或直接省略两者，胶凝材料的性能进一步劣化。例如，盾构同步注浆的注浆组合物由40份的铁铝酸盐水泥、36份的粉煤灰(包含80％高钙粉煤灰、20％低钙粉煤灰)和10份膨润土组成，采用与实施例1相同的注浆组合物配制方法，将得到的注浆料固化28天。根据扫描电镜sem对形成的凝胶材料进行表征，可以看出(图2)未添加掺合料和复合剂时，生成的胶凝材料为包含大量较粗大的纤维状结构或管状结构的固化硅酸钙凝胶，以及少量的六角板状结构的氢氧化钙晶体，并且构架成相互交错的空间网状结构，孔隙较大，且有部分未固化球状粉煤灰颗粒存在。这可能是因为未掺加脱硫石膏和偏高岭土时，注浆料固化过程不能较好地固化，因而结构较为疏松，颗粒易长大，孔隙较大。
[0217]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0218]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书及附图可用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种用于盾构同步注浆的注浆组合物，其特征在于，按照质量份数计，包括如下组分：40份～70份的铁铝酸盐水泥，15份～50份的粉煤灰，10份～30份的膨润土，2份～8份的脱硫石膏，1份～10份的偏高岭土，1份～2.1份的第一外加剂，0.5份～2份的第二外加剂，0.5份～4份的第三外加剂，以及0.5份～2.5份的第四外加剂；所述第一外加剂包含玻璃纤维；所述第二外加剂为泵送剂；所述第三外加剂包含减水剂和保水剂；所述第四外加剂包含硅灰。2.根据权利要求1所述的注浆组合物，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：所述铁铝酸盐水泥的比表面积为370m2/kg～380m2/kg；按照质量百分比，所述粉煤灰包含60％～95％的高钙粉煤灰和5％～40％的低钙粉煤灰；所述粉煤灰的d50为15μm～20μm；所述第一外加剂的所述玻璃纤维包含第一玻璃纤维、第二玻璃纤维和第三玻璃纤维，所述第一玻璃纤维和第二玻璃纤维的平均长度分别为5mm～9mm和12mm～16mm，第三玻璃纤维的平均长度为9mm～12mm；按照质量份数计，所述脱硫石膏相对于所述偏高岭土的比值为0.7～1.2；所述泵送剂选自zc1-高效复合泵送剂、hz-2泵送剂和jm高效流化泵送剂中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的注浆组合物，其特征在于，按照质量百分比，所述第一外加剂包含25％～35％的所述第一玻璃纤维，25％～35％的所述第二玻璃纤维，以及35％～50％的所述第三玻璃纤维。4.根据权利要求1～3中任一项所述的注浆组合物，其特征在于，满足如下特征中的一个或两个：所述减水剂选自木质素磺酸盐和聚羧酸减水剂中的一种或两种；所述保水剂选自羟乙基纤维素醚和可分散乳胶粉中的一种或两种。5.根据权利要求4所述的注浆组合物，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：所述减水剂相对于所述保水剂的质量比为0.2～1；按照质量百分比，所述第三外加剂包含12％～25％的木质素磺酸盐，10％～23％的聚羧酸减水剂，8％～21％的羟乙基纤维素醚，以及32％～68％的所述可分散乳胶粉；所述可分散乳胶粉为醋酸乙烯酯-乙烯共聚胶粉。6.根据权利要求1～3中任一项所述的注浆组合物，其特征在于，按照质量百分比，所述第四外加剂包含10％～20％的憎水剂，15％～25％的丁苯胶粉，10％～30％的硅酸镁铝，以及30％～60％的所述硅灰。7.根据权利要求6所述的注浆组合物，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：所述憎水剂选自无机憎水剂；所述硅灰的比表面积为15m2/g～20m2/g；所述硅灰的平均粒径为0.1μm～0.2μm。
8.一种盾构同步注浆系统，其特征在于，包含盾构设备以及装载于所述盾构设备的注浆组合物，所述注浆组合物如权利要求1～7中任一项所定义。9.一种盾构同步注浆的方法，其特征在于，包括如下步骤：将权利要求1～7中任一项所述的注浆组合物与水混合，进行固化反应。10.权利要求1～7中任一项所述的注浆组合物或权利要求8所述盾构同步注浆系统在盾构施工过程中的应用。

技术总结
本申请涉及用于盾构同步注浆的注浆组合物，按照质量份数计，包括如下组分：40份～70份的铁铝酸盐水泥，15份～50份的粉煤灰，10份～30份的膨润土，2份～8份的脱硫石膏，1份～10份的偏高岭土，1份～2.1份的第一外加剂，0.5份～2份的第二外加剂，0.5份～4份的第三外加剂，以及0.5份～2.5份的第四外加剂。通过精细调整各组分的比例，获得一种综合性能较好的注浆组合物，注浆料固化、固化得到的胶凝材料具有较好的力学和抗渗性能。该注浆组合物可以应用于盾构施工过程的长距离泵送，并满足工程对同步注浆后隧道结构稳固、可靠的要求。可靠的要求。可靠的要求。


技术研发人员：白玮 刘潮 郭县华 穆文庆 王静 顾震坤 何盛坤
受保护的技术使用者：中铁建华南建设有限公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/18