一种废弃泥浆同步双液浆配合比综合优选方法与流程

本发明涉及盾构隧道施工，具体来说，涉及一种废弃泥浆同步双液浆配合比综合优选方法。

背景技术：

1、由于盾构机盾壳外径大于管片外径，所以隧道管片脱出盾尾后，管片与地层之间存在间隙，盾构机往前掘进时需同步注浆填充，即同步注浆，以防止地层变形和隧道位移。传统采用的单液惰性浆和单液硬性浆对于控制管片上浮的效果不佳，近年来大直径盾构隧道普遍采用水泥-水玻璃双液浆作为同步注浆材料，其快速凝胶的特点能够有效抑制管片上浮并减小地表沉降。同步注浆所采用的水泥-水玻璃双液浆包括水泥浆液（a液）和水玻璃溶液（b液），其中a液主要成分为水泥、膨润土、缓凝剂和水。

2、在现有工程实践中，常规的水泥-水玻璃双液浆配制方法是根据同步注浆相关标准或建设单位要求或现场测试，明确a液的泌水率和a液、b液混合后的凝胶时间、强度等指标取值范围，再以水灰比、缓凝剂掺量、膨润土掺量、a液与b液体积比为关键参数控制双液浆配合比，得到满足施工要求的同步注浆浆液。该方法已应用于多个大直径盾构，有成熟的经验。

3、另外，盾构隧道施工会产生大量工程渣土或废弃泥浆。对于泥水盾构，从排浆管排出的泥浆经过泥水分离仍然数量庞大，重新调浆作为掘进泥浆再利用也无法完全消纳，剩余的泥浆则被废弃，需脱水为渣土后外运，工序多、时间长且成本高。而经泥水分离后的泥浆所含的土颗粒粒径较小，也可用于配制同步双液浆a液，目前已有相关研究验证了利用泥水分离处理后泥浆的土颗粒代替同步双液浆中膨润土配制浆液的可行性，但工程中实际应用几乎没有。

4、对于利用废弃泥浆或渣土制备同步注浆浆液，以往在单液浆中应用较多，因为单液浆中含有砂、膨润土，对于废弃泥浆的要求较低，但制备同步双液浆的方法仍然不成熟，技术思路多是废弃泥浆处理成渣土或泥饼再加水制浆，直接给出同步注浆浆液各材料组分的质量。该现有技术仍存在以下不足：

5、1）废弃泥浆最大的特点是性质不稳定，不同项目、不同地层和不同的处理方法得到的泥浆差异很大，若直接采用现有组分比例配制，浆液的性能无法保证，并且，当前已有的配合比基本都是针对单液浆，双液浆的材料组分与单液浆差异比较大。

6、2）当前同步双液浆配合比通过水灰比、缓凝剂掺量和a液、b液体积比控制，但上述参数在施工过程中很容易发生扰动，导致实际值与设计值存在较大偏差，从而影响同步注浆质量。

7、3）现有废弃泥浆同步注浆材料配合比设计方法主要依据正交试验、经验设计或单一性能指标确定配合比，通常以满足浆液性能要求或材料成本最低作为优化目标，缺乏对浆液性能、经济性以及施工过程中关键参数波动影响的综合评价。

8、4）当前的材料不仅组分复杂、成本高，而且废弃泥浆占比不高，对于废弃泥浆处理与同步注浆综合成本节约的效果不显著。

9、因此，本发明针对废弃泥浆性质不稳定、施工参数精准控制难、配合比决定依据单一和泥浆利用率低的问题，提出一种废弃泥浆同步双液浆配合比综合优选方法。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明提出一种废弃泥浆同步双液浆配合比综合优选方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

2、为此，本发明采用的具体技术方案如下：

3、一种废弃泥浆同步双液浆配合比综合优选方法，包括：

4、基于目标因素，结合正交试验测试水泥土浆-水玻璃双液浆的性能指标，并确定经济指标，其中，目标因素为泥浆比重、水胶比、缓凝剂掺量及碱胶比；

5、对正交试验结果进行多元回归拟合，得到水泥土浆-水玻璃双液浆的性能指标及经济指标关于目标因素的拟合公式；

6、根据行业标准及项目注浆需求，确定水泥土浆-水玻璃双液浆性能指标的取值范围，并根据地层特征确定泥浆比重的取值范围；

7、以性能指标和泥浆比重的取值范围为约束条件，结合拟合公式求解所有满足同步注浆性能指标和掘进泥浆要求的目标因素组合集；

8、基于水泥土浆-水玻璃双液浆的综合性能指标衡量指数、经济指标衡量指数及性能指标综合抗干扰能力衡量指数，计算目标因素组合集中每组目标因素组合的综合评价指数；

9、根据综合评价指数的计算结果确定最佳目标因素组合，基于最佳目标因素组合中目标因素的取值，确定泥浆、水泥、缓凝剂与水玻璃质量，得到废弃泥浆同步双液浆的配合比。

10、其中，基于水泥土浆-水玻璃双液浆的综合性能指标衡量指数、经济指标衡量指数及性能指标综合抗干扰能力衡量指数，计算目标因素组合集中每组目标因素组合的综合评价指数，包括：

11、基于求解得到的目标因素组合集，分别确定各性能指标及经济指标的取值范围极值，并确定泥浆比重、水胶比、缓凝剂掺量及碱胶比在施工过程中的波动值；

12、将每组目标因素组合中的各性能指标分别与对应取值范围极值进行无量纲化换算，确定各性能指标在目标因素组合中的优劣得分，并结合预设的性能权重加权求和得到水泥土浆-水玻璃双液浆的综合性能指标衡量指数；

13、将每组目标因素组合中的经济指标与对应取值范围极值进行无量纲化换算，得到水泥土浆-水玻璃双液浆的经济指标衡量指数；

14、利用拟合公式计算各目标因素同时在预设波动幅值下正向波动和负向波动时各性能指标的偏离程度，根据偏离程度确定各性能指标对施工扰动的敏感度，并对敏感度进行反向无量纲化换算后按预设性能权重加权求和，得到水泥土浆-水玻璃双液浆的性能指标综合抗干扰能力衡量指数；

15、根据水泥土浆-水玻璃双液浆的综合性能指标衡量指数、经济指标衡量指数及性能指标综合抗干扰能力衡量指数，结合预设的指数权重加权求和得到每组目标因素组合的综合评价指数。

16、其中，根据综合评价指数的计算结果确定最佳目标因素组合，基于最佳目标因素组合中目标因素的取值，确定泥浆、水泥、缓凝剂与水玻璃质量，得到废弃泥浆同步双液浆的配合比，包括：

17、根据目标因素组合集中每组目标因素组合的综合评价指数的计算结果，选取综合评价指数最大的目标因素组合作为最佳目标因素组合；

18、根据最佳目标因素组合确定泥浆比重、水胶比、缓凝剂掺量及碱胶比，并对最佳目标因素组合中水泥土浆的凝结时间进行验证，当凝结时间不满足预设时间阈值时，对确定的缓凝剂掺量进行调整；

19、基于确定的泥浆比重、水胶比、碱胶比及调整后的缓凝剂掺量，结合预先测定的泥浆中土颗粒与水的质量，计算得到待添加的泥浆、水泥、缓凝剂与水玻璃质量，得到废弃泥浆同步双液浆的配合比。

20、本发明的有益效果为：

21、1）本发明建立了综合评价指数，不再仅依据单一性能指标或经济指标确定配合比，而是综合考虑浆液性能、经济性及抗波动能力，实现了配合比的综合优选，提高了配合比设计的科学性和合理性，该方法也可简化推广至普通水泥-水玻璃双液浆。

22、2）本发明充分考虑施工过程中目标因素波动对浆液性能的影响，以四个目标因素同时发生同向偏差的最不利工况为评价基准，提出性能指标综合抗干扰能力衡量指数，可根据施工单位实际技术水平，优选出对施工适应性更好的配合比，提高同步双液浆施工的可靠性。

23、3）本发明考虑了不同地层中泥浆参数的调整变化，可根据地层的变化快速调整配合比，确保水泥土浆-水玻璃双液浆的性能稳定，能够提高同步注浆的施工质量，避免因浆液性能降低而导致管片上浮、地面沉降等问题。

24、4）本发明的水泥土浆-水玻璃双液浆材料以掘进泥浆作为主要原材料，泥浆在双液浆总质量中占比可超过70%，并相应减少水泥、水玻璃用量，既可减少泥浆废弃量，节约弃浆脱水、外运成本，又直接降低水泥、水玻璃费用，与常规水泥-水玻璃双液浆相比，综合节约成本可超过50%。

25、5）本发明的水泥土浆-水玻璃双液浆中土颗粒含量远超常规水泥-水玻璃双液浆中膨润土含量，能够更充分地填充水泥、水玻璃反应产物形成的微观孔隙，从而在保证同步注浆浆液性能不削弱的前提下，提高产物的密实度而提升耐久性。

26、6）本发明的泥浆原材料利用既有且必备的泥水分离设备处理即可得到，可同时用于盾构掘进与制备同步双液浆，实现一浆两用，不用另外增设工序或设备，施工便捷性与经济性好，方便推广使用。