CN108914924B - 有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法及装置 - Google Patents

有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法及装置，注浆加固方法通过将加固浆液和温度敏感型水凝胶微团在第一温度下搅拌混合后，用注浆管注入有流动地下水的砾卵石层中，温度敏感型水凝胶微团在温度大于转变温度时体积收缩、并可以穿过砾卵石层中的孔隙，温度敏感型水凝胶微团在温度小于转变温度时体积膨胀、并可以卡在砾卵石层中的孔隙上，所述第一温度大于转变温度，所述转变温度大于砾卵石层中的地下水温度，因此温度敏感型水凝胶微团在地下水温度时膨胀并卡在砾卵石层中的孔隙上，从而减缓流动地下水带走注入的加固浆液，使加固浆液有足够时间凝结硬化并胶结住砾卵石颗粒。

Description

有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法及装置
技术领域
本发明属于岩土工程研究领域，尤其涉及一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法及装置。
背景技术
砾卵石层中进行开挖时容易失稳，因此可以在砾卵石层中注浆，而凝固后的浆液可以加固砾卵石层。但若砾卵石层中富含流动的地下水，则注入的浆液往往被地下水冲走，注入的浆液难以快速有效凝结，难以填充砾卵石层的透水孔隙，造成砾卵石层中注浆加固困难。因此需要在注浆初期即降低砾卵石层渗透系数的装置，使注入的浆液在指定的砾卵石层中逐渐凝结硬化而不被地下水冲走。
发明内容
本发明为了克服富含流动地下水的砾卵石层中注入的加固浆液被水流冲走的问题，本发明提供了一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法及装置。
本发明的技术方案：一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法，包括下述步骤：
步骤1：将加固浆液和温度敏感型水凝胶微团在第一温度时搅拌混合，温度敏感型水凝胶微团在温度高于转变温度时体积收缩、并能够穿过砾卵石层中的孔隙，温度敏感型水凝胶微团在温度低于于转变温度时体积膨胀、并能够卡在砾卵石层中的孔隙上，所述第一温度高于转变温度，所述转变温度高于砾卵石层中的地下水温度；
步骤2：将混合后的加固浆液和温度敏感型水凝胶微团在第一温度时用注浆管注入有流动地下水的砾卵石层中，温度敏感型水凝胶微团在地下水温度时膨胀并卡在砾卵石层中的孔隙上，从而减缓流动地下水带走注入的加固浆液，使加固浆液有足够时间凝结硬化并胶结住砾卵石颗粒。
优选的，所述温度敏感型水凝胶微团含有修复胶囊，修复胶囊侧壁包裹有修复剂，当卵砾石孔隙中的加固浆液凝结硬化后因水压过大而产生裂纹并导致修复胶囊侧壁破裂，修复胶囊中的修复剂能够胶结裂纹，修复胶囊中的修复剂是单种修复剂或双种修复剂，这里单种修复剂指遇水就能够凝结硬化的材料，这里双种修复剂指不同修复胶囊中分别包裹的两种材料需要混合才能够固化；所述温度敏感型水凝胶微团中的部分修复胶囊包裹环氧树脂，而其他部分胶囊包裹与环氧树脂反应的固化剂，当裂纹导致修复胶囊破裂时流出的环氧树脂和固化剂相遇，从而使环氧树脂被快速固化并胶结裂缝；或者所述温度敏感型水凝胶微团中的部分修复胶囊包裹纳米硅溶胶，而其他部分胶囊包裹酸性液体，此酸性液体可以选为醋酸，当裂纹导致修复胶囊破裂时流出的纳米硅溶胶和酸性液体相遇，纳米硅溶胶中分散的纳米二氧化硅颗粒凝聚成硅凝胶从而胶结裂缝；或者所述温度敏感型水凝胶微团中的修复胶囊侧壁包裹水泥粉，当裂纹导致修复胶囊破裂时水泥粉和地下水相遇形成水泥浆液并胶结裂缝；或者所述温度敏感型水凝胶微团中的修复胶囊侧壁包裹聚氨酯，当裂纹导致修复胶囊破裂时聚氨酯和地下水相遇发泡膨胀并凝结硬化胶结裂缝。
优选的，所述加固浆液为水玻璃和氯化钙混合溶液、或水玻璃和水泥混合浆液、或硅溶胶。
一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固装置，其特征是：其由依次连接的恒温贮存箱、加压泵、注浆管组成，所述恒温贮存箱可以在指定温度下存放混合有温度敏感型水凝胶微团的加固浆液，恒温贮存箱中混合有温度敏感型水凝胶微团的加固浆液通过加压泵从注浆管流入地下砾卵石层中。
优选的，所述注浆管为绝热管套在导热管外侧制成，绝热管能够防止地下水在注浆管外流动时带走注浆管内的热量。
优选的，所述注浆管配有电涡流加热装置，所述电涡流加热装置包含线圈、导热管和高频电源，所述导热管由可发生电涡流的铁磁性材料制成，所述线圈缠绕在导热管外侧且夹在导热管和绝热管之间，所述线圈和高频电源连接。高频电源对线圈施加高频电流，在导热管中产生电涡流从而使导热管产生热量，此热量传递给加固浆液，从而防止加固浆液里温度敏感型水凝胶微团因温度降低至地下水温度而膨胀。另外也可以在加固浆液里搅拌有铁磁性颗粒，线圈中通有高频电流时铁磁性颗粒因电涡流发热而均匀加热加固浆液，防止加固浆液里温度敏感型水凝胶微团因温度降低至地下水温度而膨胀。
优选的，所述注浆管包括第一注浆管和第二注浆管且配有注浆效果监测装置，所述注浆效果监测装置包含超声波发射片、超声波接受片和数据采集分析系统，数据采集分析系统分别与超声波发射片和超声波接受片连接，第一注浆管在砾卵石层中的部位安放有超声波发射片，第二注浆管在砾卵石层中的部位安放有超声波接收片。注浆效果监测方法为：注浆前超声波发射片将超声波发射至超声波接收片，由发射和接收的时间差以及第一注浆管和第二注浆管的距离计算注浆前波速；注浆后超声波发射片将超声波发射至超声波接收片，由发射和接收的时间差以及第一注浆管和第二注浆管的距离计算注浆后波速；如果注浆前波速和注浆后波速相比没有变化，表明流动地下水带走加固浆液且加固失败；如果注浆后波速大于注浆前波速表明加固浆液留在砾卵石层的孔隙中。通过上述方式可以监测注浆效果。
本发明的有益效果是克服富含流动地下水的砾卵石层中注入的加固浆液被水流冲走的问题，通过温度敏感型水凝胶微团渗透进砾卵石层中的孔隙并膨胀从而减少砾卵石层的渗透系数，使加固浆液有足够时间凝结硬化从而胶结砾卵石层。
附图说明
图1为本发明的砾卵石层中注浆加固的示意图；
图2为本发明的注浆管纵断面的示意图；
图3为本发明的线圈绕在导热管外的示意图；
图4为本发明的注浆效果监测装置的示意图；
图5为本发明的温度敏感型水凝胶微团中含有的修复胶囊的示意图。
图中1.砾卵石层，2.地下水流动方向，3.注浆管，4.加压泵，5.恒温贮存箱，6.导热管，7.绝热管，8.线圈，9.超声波发射片，10.超声波接受片，11.数据采集分析系统，12.注浆管中加固浆液流动方向，13.温度敏感型水凝胶微团，14.高频电源，15.修复胶囊侧壁，16.修复胶囊包裹的修复剂。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1-图5中一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法，包括下述步骤：
步骤1：将加固浆液和温度敏感型水凝胶微团13在第一温度下搅拌混合，温度敏感型水凝胶微团13在温度大于转变温度时体积收缩、并可以穿过砾卵石层1中的孔隙，温度敏感型水凝胶微团13在温度小于转变温度时体积膨胀、并可以卡在砾卵石层1中的孔隙上，所述第一温度大于转变温度，所述转变温度大于砾卵石层1中的地下水温度；
步骤2：将混合后的加固浆液和温度敏感型水凝胶微团13在第一温度下用注浆管注入有流动地下水的砾卵石层1中，温度敏感型水凝胶微团13在地下水温度时膨胀并卡在砾卵石层1中的孔隙上，从而减缓流动地下水2带走注入的加固浆液，使加固浆液有足够时间凝结硬化并胶结住砾卵石颗粒；
所述加固浆液为水玻璃和氯化钙混合溶液、或水玻璃和水泥混合浆液、或硅溶胶；
如图5所示所述温度敏感型水凝胶微团13含有修复胶囊，当卵砾石孔隙中的加固浆液凝结硬化后因水压过大而产生裂纹并导致修复胶囊侧壁15破裂，修复胶囊中的修复剂16能够胶结裂纹，修复胶囊中的修复剂16是单种修复剂或双种修复剂，这里单种修复剂指遇水就能够凝结硬化的材料，这里双种修复剂指不同修复胶囊中分别包裹的两种材料需要混合才能够固化；所述温度敏感型水凝胶微团13中的部分修复胶囊包裹的修复剂16为环氧树脂，而其他部分胶囊包裹与环氧树脂反应的固化剂，当裂纹导致修复胶囊侧壁15破裂时流出的环氧树脂和固化剂相遇，从而使环氧树脂被快速固化并胶结裂缝；或者所述温度敏感型水凝胶微团13中的部分修复胶囊包裹纳米硅溶胶，而其他部分修复胶囊包裹酸性液体，此酸性液体可以选为醋酸，当裂纹导致修复胶囊侧壁15破裂时流出的纳米硅溶胶和酸性液体相遇，纳米硅溶胶中分散的纳米二氧化硅颗粒凝聚成硅凝胶从而胶结裂缝；或者所述温度敏感型水凝胶微团13中修复胶囊侧壁15包裹的修复剂16为水泥粉，当裂纹导致修复胶囊侧壁15破裂时水泥粉和地下水相遇形成水泥浆液并胶结裂缝；或者所述温度敏感型水凝胶微团13中的修复胶囊侧壁15包裹聚氨酯，当裂纹导致修复胶囊侧壁15破裂时聚氨酯和地下水相遇发泡膨胀并凝结硬化胶结裂缝。
一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固装置，其特征是：由图1所示其由依次连接的恒温贮存箱5、加压泵4、注浆管3组成，所述恒温贮存箱5可以在指定温度下存放混合有温度敏感型水凝胶微团13的加固浆液，恒温贮存箱5中混合有温度敏感型水凝胶微团13的加固浆液通过加压泵4从注浆管流入地下砾卵石层1中；
如图2所示所述注浆管3为绝热管7套在导热管6外侧制成，绝热管7可以防止地下水在注浆管3外流动时带走注浆管3内的热量；
如图3所示所述注浆管3配有电涡流加热装置，所述电涡流加热装置包含线圈8、导热管6和高频电源14，所述导热管6由可发生电涡流的铁磁性材料制成，所述线圈缠绕在导热管6外侧且夹在导热管6和绝热管7之间，所述线圈8和高频电源14连接。高频电源14对线圈8施加高频电流，在导热管6中产生电涡流从而使导热管6产生热量，此热量传递给加固浆液，从而防止加固浆液里温度敏感型水凝胶微团13因温度降低至地下水温度而膨胀。另外也可以在加固浆液里搅拌有铁磁性颗粒，线圈8中通有高频电流时铁磁性颗粒因电涡流发热而均匀加热加固浆液，防止加固浆液里温度敏感型水凝胶微团13因温度降低至地下水温度而膨胀；
如图4所示所述注浆管3包括第一注浆管3(1)和第二注浆管3(2)且配有注浆效果监测装置，所述注浆效果监测装置包含超声波发射片9、超声波接受片10和数据采集分析系统11，数据采集分析系统11分别与超声波发射片9和超声波接受片10连接，第一注浆管3(1)在砾卵石层1中的部位安放有超声波发射片9，第二注浆管3(2)在砾卵石层1中的部位安放有超声波接收片10。注浆效果监测方法为：注浆前超声波发射片9将超声波发射至超声波接收片10，由发射和接收的时间差以及第一注浆管3(1)和第二注浆管3(2)的距离计算注浆前波速；注浆后超声波发射片9将超声波发射至超声波接收片10，由发射和接收的时间差以及第一注浆管3(1)和第二注浆管3(2)的距离计算注浆后波速；如果注浆前波速和注浆后波速相比没有变化，表明流动地下水带走加固浆液且加固失败；如果注浆后波速大于注浆前波速表明加固浆液留在砾卵石层1的孔隙中。通过上述方式可以监测注浆效果。

Claims (8)

1.一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤1：将加固浆液和温度敏感型水凝胶微团在第一温度时搅拌混合，温度敏感型水凝胶微团在温度高于转变温度时体积收缩、并能够穿过砾卵石层中的孔隙，温度敏感型水凝胶微团在温度低于转变温度时体积膨胀、并能够卡在砾卵石层中的孔隙上，所述第一温度高于转变温度，所述转变温度高于砾卵石层中的地下水温度；
步骤2：将混合后的加固浆液和温度敏感型水凝胶微团在第一温度时用注浆管注入有流动地下水的砾卵石层中，温度敏感型水凝胶微团在地下水温度时膨胀并卡在砾卵石层中的孔隙上，从而减缓流动地下水带走注入的加固浆液，使加固浆液有足够时间凝结硬化并胶结住砾卵石颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法，其特征在于：所述温度敏感型水凝胶微团含有修复胶囊，修复胶囊侧壁包裹有修复剂，当卵砾石孔隙中的加固浆液凝结硬化后因水压过大而产生裂纹并导致修复胶囊侧壁破裂，修复胶囊中的修复剂能够胶结裂纹，修复胶囊中的修复剂是单种修复剂或双种修复剂，这里单种修复剂指遇水就能够凝结硬化的材料，这里双种修复剂指不同修复胶囊中分别包裹的两种材料需要混合才能够固化。
3.根据权利要求2所述的一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法，其特征在于：所述温度敏感型水凝胶微团中的部分修复胶囊包裹环氧树脂，而其他部分胶囊包裹与环氧树脂反应的固化剂，当裂纹导致修复胶囊破裂时流出的环氧树脂和固化剂相遇，从而使环氧树脂被快速固化并胶结裂缝；或者所述温度敏感型水凝胶微团中的部分修复胶囊包裹纳米硅溶胶，而其他部分胶囊包裹酸性液体，当裂纹导致修复胶囊破裂时流出的纳米硅溶胶和酸性液体相遇，纳米硅溶胶中分散的纳米二氧化硅颗粒凝聚成硅凝胶从而胶结裂缝；或者所述温度敏感型水凝胶微团中的修复胶囊侧壁包裹水泥粉，当裂纹导致修复胶囊破裂时水泥粉和地下水相遇形成水泥浆液并胶结裂缝；或者所述温度敏感型水凝胶微团中的修复胶囊侧壁包裹聚氨酯，当裂纹导致修复胶囊破裂时聚氨酯和地下水相遇发泡膨胀并凝结硬化胶结裂缝。
4.根据权利要求1所述的一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固方法，其特征在于：所述加固浆液为水玻璃和氯化钙混合溶液、或水玻璃和水泥混合浆液、或水泥浆液、或硅溶胶。
5.一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固装置，其特征在于：其由依次连接的恒温贮存箱、加压泵、注浆管组成，所述恒温贮存箱可以在指定温度下存放混合有温度敏感型水凝胶微团的加固浆液，恒温贮存箱中混合有温度敏感型水凝胶微团的加固浆液通过加压泵从注浆管流入地下砾卵石层中，所述注浆管配有电涡流加热装置，所述电涡流加热装置包含线圈、导热管和高频电源，所述导热管由可发生电涡流的铁磁性材料制成，所述线圈缠绕在导热管外侧且夹在导热管和绝热管之间，所述线圈和高频电源连接，高频电源对线圈施加高频电流，在导热管中产生电涡流从而使导热管产生热量，此热量传递给加固浆液，从而防止加固浆液里温度敏感型水凝胶微团因温度降低至地下水温度而膨胀；另外在加固浆液里搅拌有铁磁性颗粒，线圈中通有高频电流时铁磁性颗粒因电涡流发热而均匀加热加固浆液，防止加固浆液里温度敏感型水凝胶微团因温度降低至地下水温度而膨胀。
6.根据权利要求5所述的一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固装置，其特征在于：所述注浆管为绝热管套在导热管外侧制成，绝热管能够防止地下水在注浆管外流动时带走注浆管内的热量。
7.根据权利要求5所述的一种有流动地下水砾卵石层中的注浆加固装置，所述注浆管包括第一注浆管和第二注浆管且配有注浆效果监测装置，所述注浆效果监测装置包含超声波发射片、超声波接受片和数据采集分析系统，数据采集分析系统分别与超声波发射片和超声波接受片连接，第一注浆管在砾卵石层中的部位安放有超声波发射片，第二注浆管在砾卵石层中的部位安放有超声波接收片。
8.根据权利要求7所述的有流动地下水砾卵石层中的注浆加固装置，其特征在于：所述注浆效果监测装置的监测方法是，注浆前超声波发射片将超声波发射至超声波接收片，由发射和接收的时间差以及第一注浆管和第二注浆管的距离计算注浆前波速；注浆后超声波发射片将超声波发射至超声波接收片，由发射和接收的时间差以及第一注浆管和第二注浆管的距离计算注浆后波速；如果注浆前波速和注浆后波速相比没有变化，表明流动地下水带走加固浆液且加固失败；如果注浆后波速大于注浆前波速表明加固浆液留在砾卵石层的孔隙中。
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