CN115340336A - 注浆堵漏加固高聚物材料、制备方法、堵漏方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于注浆堵漏材料技术领域，公开了注浆堵漏加固高聚物材料、制备方法、堵漏方法及应用。所述大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料由普通水泥、超细水泥、RSS‑粉状化学堵水材料以及RSS‑化学堵水材料组成。所述大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料的制备方法包括：取普通水泥、超细水泥、RSS‑粉状化学堵水材料以及RSS‑化学堵水材料进行混合搅拌。所述大涌水量隧道注浆堵漏方法包括：选择高低压结合、深浅孔并用、复合、诱导注浆直接堵水。本发明浆液凝固时间：可按工程需要进行调节。浆液施工工艺简单，操作方便，能大规模使用。
Description
技术领域
本发明属于注浆堵漏材料技术领域，尤其涉及注浆堵漏加固高聚物材料、制备方法、堵漏方法及应用。
背景技术
某县矿业有限公司一号矿井设计生产能力为2.40Mt/a，采用主斜井、副立井和回风立井混合开拓，单水平盘区式开采。
主斜井井口标高+1097.50m，落底标高+683.00m，井筒斜长1527m，半圆拱形断面。巷道净宽5200mm，净高4200mm，净断面17.9㎡，井筒掘进工程已于2014年5月完工。井筒主要采用锚网喷支护，其中75m至350m为过白垩系下统洛河组砂岩空隙裂隙含水层段，设计采用双层支护，一次支护为锚网喷支护，喷厚150mm，二次支护为单层钢筋混凝土，壁厚为400mm，铺底混凝土厚度为100mm，目前仅完成一次支护，二次支护及铺底尚未施工，目前涌水量为200m3/h，为保证井筒正常使用，现需要对此井筒进行注浆堵水工程。
整合区地下水主要依靠大气降水补给。由于沟谷坡降比为6‰左右，利于大气降水排泄，不利于补给。整合区地层稳定，未发现构造断裂，从煤层底板形态看，只有一些宽缓的波状起伏。上、下含水层间水质变化明显，未发现上、下含水层间互相串通。勘查区浅部含水层富水性强，地下水矿化度较低，处于积极交替带；愈向深部，富水性愈弱，矿化度增高，地下水交替速度变缓，最后达到滞流不含水。
整合区内无生产矿井，区内充水水源较为广泛，主要有以下几类：
(1)大气降水：芦某村煤矿整合区属半干旱地区大陆性气候，年平均降水量567.5mm，蒸发量大于1300mm，雨水多集中在七、八、九月。勘查区地表地形起伏较大，沟谷切割严重，有利于地表水排泄，但是，本区地表植被极为发育，易形成大气降水的蓄积，地表泄水相对迟滞，有利于大气降水在地表的滞留，因此，大气降水是地下含水层的主要补给水源。由于本区2号煤上覆基岩厚度较大，煤层开采后导水裂隙带高度未超过基岩顶面，区内又未见较大的构造断裂破碎带，因此大气降水不会直接进入矿井，故其为生产矿井充水的间接水源。
(2)地表水：整合区内地表水主要为小河子某河、东部的芦某村沟及东北部的葫芦某河。受大陆性季风气侯影响，本区河沟均属典型的季节性河流，流量随季节变化，夏秋雨季，猛涨暴落，冬春旱季则淙淙细流、清澈蜿蜒。据长期观测资料：小河子某河流量296.45～642.63m3/h，一般451.66m3/h，最高洪水位一般高出河床3m左右。未来矿井开采煤层位于当地侵蚀基准面以下，上覆基岩厚度远大于采煤后形成的导水裂隙带高度，不会导通地表水体，故其为矿井充水的间接水源。
(3)地下水：影响生产矿井的地下水为煤层开采后形成的导水裂隙带范围内的含水层，为直接充水水源。区内第四系潜水、白垩系华池组、洛河组地下水为煤矿充水的间接水源。煤层顶板的延安组地下水为承压水，虽具有较高的水头压力，但在天然状态下其富水性弱，易于疏干，故为煤矿的主要的直接的充水水源，一般对煤层开采不会造成大的威胁。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术注浆堵水效果差，堵漏材料制备繁琐。现有技术注浆堵水没有结合数据信息的提前预测，不能做到提前预防和实施，安全效果差。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了注浆堵漏加固高聚物材料、制备方法、堵漏方法及应用。
所述技术方案如下：大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料，其特征在于，包括：普通水泥、超细水泥、RSS-粉状化学堵水材料以及RSS-化学堵水材料；
其中，普通水泥、超细水泥、RSS-粉状化学堵水材料、RSS-化学堵水材料的质量比为(4-5)：(0.5-0.75):(0.5-1.1):(0.1-0.22)；
所述普通水泥的水灰比为1：(0.5-1.0)；所述超细水泥粒度为1250目；所述RSS-粉状化学堵水材料为速凝粉。
在一个实施例中，还包括膨润土、环保阻燃混合剂、防漏风混合剂；其中，膨润土、环保阻燃混合剂、防漏风混合剂按质量比分别为大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料整体的2.0％-3.0％、0.5％-1.50％、0.5％-1.0％。
在一个实施例中，所述环保阻燃混合剂按质量比包括：聚醚多元醇、二月桂酸二丁基锡、脂肪胺磷酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、甲苯二异氰酸酯、阻燃剂、高岭土粉末＝1：(1-2)：(0.5-1)：(0.5-1)：(0.5-1)：(2-5)：(3-5)；
所述防漏风混合剂按质量比包括：聚醚多元醇MN500、树脂＝1:(0.5-0.75)，所述树脂为以任意比例混合的异氰酸酯、环氧树脂和酚醛树脂。
本发明的另一目的在于提供一种所述大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料的制备方法，该大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料的制备方法包括：
步骤一、按质量比取普通水泥、超细水泥、RSS-粉状化学堵水材料以及RSS- 化学堵水材料、膨润土、环保阻燃混合剂、防漏风混合剂；
步骤二、将上述各组分采用电动搅拌机在转速为3500r/min下搅拌 40min-90min。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料的大涌水量隧道注浆堵漏方法，所述大涌水量隧道注浆堵漏方法包括以下步骤：
步骤一、选择高低压结合、深浅孔并用、复合、诱导注浆直接堵水；
步骤二、设置止水墙，然后在试验段进行壁后帷幕注浆封水、采用上行式注浆；
步骤三、对单点出水进行壁间复注封水。
在一个实施例中，在步骤一中，所述高低压结合包括：注浆压力满足浆液克服水压而进入待注岩层体内，取静水压力的1.5-2倍；对井壁强度能承受的压力范围进行预警，井壁强度能承受的压力范围用以下公式确定：
其中，P为井壁强度所承受的压力值，K为常数，E为井壁强度，R0为浆液初始扩散半径；
所述深浅孔并用包括：浆液扩散半径的确定和注浆孔布置；所述浆液扩散半径的确定包括：对于岩层注浆，按浆液扩散半径2m-3m，确定注浆孔距；所述注浆孔布置包括：选取注浆试验段150m-180m，止水墙钻孔布设在180m-200m处，深度为10m-15m；在诱导注浆中，注浆孔与混凝土基面呈75°-90°，注入量估算包括主斜井试验段出水段的注浆量计算。
在一个实施例中，所述对井壁强度能承受的压力范围进行预警，包括以下步骤：
步骤一、利用井壁安装的多个压力传感器，使用井壁强度压力函数构造井壁强度集合，模拟井壁强度集合的演化过程；选择最佳演化结果，确定井壁强度能承受的压力范围公式：
式中，E为井壁强度，R0为浆液初始扩散半径；
步骤二、定义井壁强度初始曲线，即给定一个矩形区域作为初始边界曲线；
步骤三、确定初始井壁强度、平衡分布函数以及初始分布函数，并设置最大迭代次数；
步骤四、判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数，若没有，则计算所有井壁强度数据检测点、计算新的分布函数并演化粒子迁移碰撞，同时更新分布函数以及井壁强度；直至初始井壁强度减当前井壁强度的绝对值小于0.0001时，停止迭代；
步骤五、找到演化最佳曲线作为新的曲线，并输出该曲线，记为井壁强度能承受的压力最佳检测范围。
在一个实施例中，所述确定初始井壁强度、平衡分布函数以及初始分布函数中，
初始井壁强度表示为：
ρ＝spf(I)
其中，I为初始井壁强度集合；spf为符号压力函数的值域为[-1,1]，方程为：
其中，c1和c2分别表示井壁强度集合内和井壁强度集合外数据亮度的平均值，由下式求得：
其中，i的取值为1或2，I(x)为某压力传感器的位置初始井壁强度集合，dx为某压力传感器的位置在横坐标方向的距离，dy为某压力传感器的位置在纵坐标方向的距离；
平衡分布函数为：
其中，(x,t)为井壁强度，wi为井壁强度集合内外部区域；
初始分布函数表示为：
其中，x为压力传感器的位置；fi(x,t)为沿方向i移动的井壁强度。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述大涌水量隧道注浆堵漏方法的作业平台，该作业平台包括：架管、底板；
所述架管安装在底板上，所述底板与平面的倾斜角为16°；所述架管为多根，并交错连接。
本发明的另一目的在于提供一种所述大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料在公路、桥梁、机场跑道基下陷的补浆加固上的应用。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
本发明的材料无毒、无味、对地下水及环境无污染，属环保型灌浆材料。浆液固化时无收缩现象，结石强度高，耐久性好，不老化，抗渗性能佳。浆液流动性好，材料的比表面积在800m2/kg以上，平均粒径5μm以下，因而其稳定性及可灌性高。浆液凝固时间：可按工程需要进行调节。浆液施工工艺简单，操作方便，能大规模使用。
第二，把技术方案看作一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
本发明根据现场施工具体情况对材料适当调整，达到了注浆堵水效果。本发明工艺简单，绿色环保。该材料使用聚醚多元醇MN500、二月桂酸二丁基锡、异氰酸酯制备，原材料比较容易获取，产物是一种绿色环保液态高分子材料，有广泛的应用前景。输送性好，该材料是一种绿色环保液态高分子有机材料，封堵作业时，通该材料具有良好的流动性，可实现长距离输送。
适应漏风通道变化能力强。随着工作面的推进，在压力的影响下，液体表面的薄膜受到一定的强度会发生破裂，使内部的液体向外部的自由空间流出，表面失水后形成二次封堵。在工作面的不断推进的过程中，该过程在不断地发生。随着漏风通道的变化，液体的流动位置会相应发生变化，提高了材料的封堵效果和使用寿命；所得粘度为110mPa·s，可以保证材料注浆时能够轻易地渗透到细小的孔隙及裂缝中，使得堵漏风效果更好。
环保和阻燃，在井下，燃烧时还会产生大量的烟尘和CO、HCN等有毒气体，对人体健康和环境都有极为不利的影响。为此，提高注浆材料的阻燃性能一直是矿业安全的一个重要课题，提高聚氨酯注浆材料阻燃性能的途径主要有两条: 其一，在聚醚或异氰酸酯键上引入卤素、磷、锑等原子，得到结构性阻燃材料；其二，就是添加含卤、磷等元素的化合物，即添加阻燃剂。而阻燃剂目前正向高效低毒无尘或少尘、低发烟方向发展，减少使用或不使用含卤阻燃剂将成为聚氨酯行业的必然选。添加高岭土，聚氨酯增加了聚合物的强度。添加了适当的抗静电剂(可根据工程需要也可添加也可省略)，添加时降低了有机材料在井下产生静电引起爆炸的风险。
本发明对井壁强度能承受的压力范围进行实时预警，利用井壁安装的多个压力传感器使用井壁强度压力函数构造井壁强度集合，模拟井壁强度集合的演化过程；选择最佳演化结果，确定井壁强度能承受的压力范围公式；保障了提前预警，具有安全性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明实施例提供的大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料的制备方法流程图；
图2是本发明实施例提供的大涌水量隧道注浆堵漏方法流程图；
图3是本发明实施例提供的对井壁强度能承受的压力范围进行实时预警流程图；
图4是本发明实施例提供的作业平台的结构示意图；
图中：1、架管；2、底板。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明实施例提供一种大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料包括：普通水泥、超细水泥、RSS-粉状化学堵水材料以及RSS-化学堵水材料。
在一优选实施例中，所述普通水泥、超细水泥、RSS-粉状化学堵水材料以及RSS-化学堵水材料按质量比为(4-5)：(0.5-0.75):(0.5-1.1):(0.1-0.22)。
进一步的，优选为4：0.5：0.5：0.1。
在一优选实施例中，所述普通水泥水灰比为1：(0.5-1.0)；超细水泥粒度为1250目；所述RSS-粉状化学堵水材料为速凝粉。
在一优选实施例中，所述大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料还包括膨润土、环保阻燃混合剂、防漏风混合剂。
在一优选实施例中，所述膨润土、环保阻燃混合剂、防漏风混合剂按质量比分别为大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料整体的2.％-3.0％、0.5％-1.50％、 0.5％-1.0％；
所述环保阻燃混合剂按质量比由聚醚多元醇、二月桂酸二丁基锡、脂肪胺磷酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、甲苯二异氰酸酯、阻燃剂、高岭土粉末＝1：(1-2)： (0.5-1)：(0.5-1)：(0.5-1)：(2-5)：(3-5)；进一步的优选1：1：0.5：0.5： 0.5：2：3。
防漏风混合剂按质量比由聚醚多元醇MN500、树脂＝1:(0.5-0.75)；进一步的优选1：0.5。
所述树脂为异氰酸酯、环氧树脂、酚醛树脂以任意比例混合。
如图1所示，本发明实施例提供一种大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料的制备方法包括：
S101，按质量比取普通水泥、超细水泥、RSS-粉状化学堵水材料以及RSS- 化学堵水材料、膨润土、环保阻燃混合剂、防漏风混合剂；
S102，将上述各组分采用电动搅拌机在转速为3500r/min下搅拌 40min-90min。
如图2所示，本发明实施例提供一种利用所述大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料的大涌水量隧道注浆堵漏方法，所述大涌水量隧道注浆堵漏方法包括：选择高低压结合、深浅孔并用、复合、诱导注浆直接堵水；
设置止水墙，然后在试验段进行壁后帷幕注浆封水、采用上行式注浆；对单点出水进行壁间复注封水。
在一个实施例中，在高低压结合中包括：注浆压力满足浆液克服水压而进入待注岩层体内，取静水压力的1.5-2倍；
井壁强度能承受的压力范围用以下公式确定：
其中，P为井壁强度所承受的压力值，K为常数， E为井壁强度，R0为浆液初始扩散半径；
在深浅孔并用中包括：
浆液扩散半径的确定：对于岩层注浆，按浆液扩散半径2m确定注浆孔距；
注浆孔布置：注浆选取注浆试验段150m-180m，止水墙钻孔布设在180m处，深度为10m-15m，深浅孔交叉布设，根据现场情况加密钻孔；
钻孔布设底板孔深度为15m，均匀布孔3个，顶板及两帮孔为10m，均匀布孔7个；
主斜井实验性注浆段30m，注浆断面16个，钻孔数为160个，钻探总进尺为1840m；
注浆孔的布设根据现场施工具体情况适当调整；
在诱导注浆中，注浆孔与混凝土基面呈75-90°；
在诱导注浆中注入量估算包括主斜井试验段出水段的注浆量计算；巷道周长估算3.14×2.6+(2.2-2.6)×2+3.2＝16.56m；
取壁后空隙平均厚度为0.01m，浆液流失系数为1.5，进行壁后引流充填注浆量的确定；则壁后引流充填注浆量为：30m×16.56m×10m×0.01m×1.5＝ 72.52m3
化学注浆量：RSS-化学堵水材料：RSS-粉状化学堵水材料＝5:1。
在一优选实施例中，需对井壁强度能承受的压力范围进行实时预警，包括以下步骤：利用井壁安装的多个压力传感器使用井壁强度压力函数构造井壁强度集合，模拟井壁强度集合的演化过程；选择最佳演化结果，确定井壁强度能承受的压力范围公式。
如图3所示，具体包括以下步骤：
S201，定义井壁强度初始曲线，即给定一个矩形区域做为初始边界曲线；
S202，确定初始井壁强度、平衡分布函数以及初始分布函数；并设置最大迭代次数；
S203，判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数，若没有，则计算所有井壁强度数据检测点、计算新的分布函数并演化粒子迁移碰撞，同时更新分布函数以及井壁强度；直至初始井壁强度减当前井壁强度的绝对值小于0.0001时，停止迭代；
S204，找到演化最佳曲线，为新的曲线；输出该曲线，记为井壁强度能承受的压力最佳检测范围；
步骤S202中，所述初始井壁强度、平衡分布函数以及初始分布函数为：
初始井壁强度表示为：
ρ＝spf(I)
其中，I为初始井壁强度集合；spf为符号压力函数的值域为[-1,1]，方程为：
其中，c1和c2分别表示井壁强度集合内和井壁强度集合外数据亮度的平均值，由下式求得：
其中，i的取值为1或2，I(x)为某压力传感器的位置初始井壁强度集合；dx为某压力传感器的位置在横坐标方向的距离，dy为某压力传感器的位置在纵坐标方向的距离。
平衡分布函数为：
其中，(x,t)为井壁强度，wi为井壁强度集合内外部区域；
初始分布函数表示为：
其中，x为压力传感器的位置；fi(x,t)为沿方向i移动的井壁强度。
实施例1
本发明实施例提供一种大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料由普通水泥、超细水泥、RSS-粉状化学堵水材料以及RSS-化学堵水材料组成。
作为优选实施例中，所述超细水泥粒度为1250目；所述RSS-粉状化学堵水材料为速凝粉。
实施例2
本发明实施例提供一种大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料的制备方法包括：
取普通水泥、超细水泥、RSS-粉状化学堵水材料以及RSS-化学堵水材料进行混合搅拌。
实施例3
如图2所示，本发明实施例提供一种大涌水量隧道注浆堵漏方法包括：选择高低压结合、深浅孔并用、复合、诱导注浆直接堵水。
作为优选实施例中，所述大涌水量隧道注浆堵漏方法进一步包括：
在180m处设置止水墙，然后在试验段30m内进行壁后帷幕注浆封水、采用上行式注浆；对单点出水进行壁间复注封水。
作为优选实施例中，在高低压结合中包括：
注浆压力满足浆液克服水压而进入待注岩层体中，取静水压力的1.5-2倍；
井壁强度能承受的压力范围用以下公式确定：
P＝K(E2+2R0E)/2(R0+E)2。
作为优选实施例中，在深浅孔并用中包括：
浆液扩散半径的确定：对于岩层注浆，按浆液扩散半径2m确定注浆孔距；
注浆孔布置：注浆选取注浆试验段150-180m，止水墙钻孔布设在180m处，深度为10-15m，深浅孔交叉布设，根据现场情况加密钻孔；
钻孔布设底板孔深度为15m，均匀布孔3个，顶板及两帮孔为10m，均匀布孔7个；
主斜井实验性注浆段30m，注浆断面16个，钻孔数为160个，钻探总进尺为1840m；
注浆孔的布设根据现场施工具体情况适当调整；
在诱导注浆中，注浆孔与混凝土基面呈75-90°。
作为优选实施例中，在诱导注浆中注入量估算包括：
主斜井试验段出水段的注浆量计算如下：
注浆段周长
巷道周长估算3.14*2.6+(2.2-2.6)*2+3.2＝16.56m；
水泥注浆量
取壁后空隙平均厚度为0.01m，浆液流失系数为1.5，则壁后引流充填注浆量为：30m×16.56m×10m×0.01m×1.5＝72.52m3；
化学注浆量：RSS-化学堵水材料：RSS-粉状化学堵水材料＝5:1。
实施例4
如图4所示，本发明实施例提供一种实施所述大涌水量隧道注浆堵漏方法的作业平台，所述作业平台括架管1、底板2；所述架管1安装在底板2上，所述底板2与平面的倾斜角为16°；所述架管1为多根，并交错连接。
实施例5
1.注浆堵水方案选择
根据芦村一号矿井主斜井井壁条件和注浆水文地质条件，主斜井井壁注浆堵水方案选择高低压结合、深浅孔并用、复合、诱导注浆直接堵水的方式。
2.注浆堵水设计
2.1注浆范围
根据主斜井注浆水文地质条件及现出水段分布情况，副井井筒井壁注浆范围为井深80m至350m(270m)。
本次实验性注浆段为：150-180m(30m)。
2.2注浆方式
首先在180m处设置止水墙，然后在试验段30m范围内进行壁后帷幕注浆封水、采用上行式注浆方式，针对单点出水进行壁间复注封水。
2.3注浆参数
注浆压力的确定取决于以下两个方面的因素：
a、注浆压力的大小应能满足浆液克服水压而进入待注岩层体中，一般取静水压力的1.5-2倍。
b、井壁承受压力的能力又限制了注浆压力。一般地井壁强度能够承受的压力范围可用以下公式确定：
综合分析：
注浆段正常注浆压力1Mpa、终压3Mpa。
2.4注浆材料选择
针对本次注浆工程特点，注浆材料选择：单液水泥浆、改性超细水泥浆、 RSS-化学浆。
注浆材料是注浆堵水工程中的一个重要组成部分，它关系到注浆工艺、工期、成本及注浆效果。因此，注浆材料是直接影响注浆经济指标的重要因素。
(1)选用化学堵水材料和水泥、超细水泥交叉注浆，达到降低底板涌水，消除顶板及两帮淋渗水以达到治理目标。
(2)根据岩层的渗水原因选用注浆材料，在岩层孔隙较小的情况下选用液体RSS-粉状化学堵水材料(RSS化学堵水材料是一种遇水发生化学反应而形成交联体，是一种溶于水的聚合体和高强度的凝体，因此适应用于土木工程和矿井的大量涌水、堵漏、锚固、力固、密封等防水工程)，受注面裂隙较大，为防止跑浆、串浆。
RSS-化学堵水材料参数
| 项目 | 指标 | 项目 | 指标 |
| 粘度 | 100-400Pa·s(23℃) | 井壁强度 | 1.03-1.10g/cm<sup>3</sup> |
| 外观 | 灰白色液体 | 凝固时间 | 10-50s |
| 固结体抗性 | 1.5Mpa | 固结体抗压强度 | 18Mpa |
| 渗透系数 | 10-6-10-8 | 对水质适应性 | PH3-11 |
(3)RSS-粉状化学堵水材料是一种速凝型高效防潮，抗渗，堵漏材料，也是极好的无机粘结材料，该材料为单组份，灰白色粉料，分为速凝型和缓凝型两种，速凝型主要用于抗渗堵漏，而缓凝型主要用于防潮，防渗。
主要特点包括：
带水施工，防潮，防渗，快速堵漏。
迎背水面均可施工。
无毒、无害、无污染。
凝固时间任意选择。
抗渗压高，粘接能力强，防水，粘贴一次完成。
与基体结合成整体不老化，耐水性好。
性能指标
| 项目 | 指标 |
| 基料 | 粉料 |
| 颜色 | 灰白 |
| 凝固时间 | 30～60秒 |
| 抗压强度 | 30-40Mpa |
| 粘结强度 | >1.5Mpa |
| 耐高低温 | 100-400℃ |
| 抗渗压力 | ＞0.7MPa |
RSS粉状化学堵水材料是无机防水堵漏材料，为单组份灰色料粉，主要用于矿山、隧道地质防水，明水带压堵漏。
(4)超细水泥是由高强型超细水泥、膨胀剂等多种助剂，经特殊设备精制而成的新一代无机刚性超细灌浆材料。
(一)超细水泥产品优点
无毒、无味、对地下水及环境无污染，属环保型灌浆材料。
浆液固化时无收缩现象，结石强度高，耐久性好，不老化，抗渗性能佳。
浆液流动性好，材料的比表面积在800㎡/㎏以上，平均粒径5μm以下，因而其稳定性及可灌性高。
浆液凝固时间：可按工程需要进行调节。
浆液施工工艺简单，操作方便，能大规模使用。
(二)超细水泥应用范围
水利工程中大坝坝体及坝基裂缝灌浆；
灌筑地下防水帷幕，截断渗透水源，整体抗渗堵漏；
加固和提高松软土及岩石的力学强度，修复砼结构和恢复其整体性；
纠正因地层不稳定引起不均匀沉降而导致的大坝和高层建筑物的开裂、倾斜；
公路、桥梁、机场跑道等地基下陷的补浆加固；
各种地下建筑物开挖前的预处理以及地质钻探中复杂地层钻孔中的护孔固壁，止涌堵漏等工程。
(三)超细水泥技术指标
(5)单液水泥浆的原材料
水泥选择42.5R普通硅酸盐水泥，水泥浆配合比如下：
| 水灰比 | 水泥(袋) | 水(升) | 制成浆量 |
| 0.5：1 | 24 | 600 | 1.000 |
| 0.6：1 | 22 | 660 | 1.023 |
| 0.75：1 | 19 | 712 | 1.029 |
| 1：1 | 15 | 750 | 1.000 |
2.5浆液扩散半径的确定
一般地，用马格(Maap)公式计算得出浆液扩散半径。但对于岩层注浆，浆液扩散半径受岩石裂隙孔隙影响极大，根据经验，按浆液扩散半径2m来确定注浆孔距。
2.6注浆孔布置
因本次注浆选取注浆试验段150-180m，止水墙钻孔布设在180m处，深度为 10-15m，深浅孔交叉布设，根据现场情况可适当加密钻孔。
钻孔布设底板孔深度为15m，均匀布孔3个，顶板及两帮孔为10m，均匀布孔7个。
主斜井实验性注浆段30m，注浆断面16个，钻孔数为160个，钻探总进尺为1840m。
注浆孔的布设可根据现场施工具体情况适当调整，以达到注浆堵水效果为原则。
2.7注浆孔结构：
钻孔采用XY-1型钻机钻进，与混凝土基面呈75-90°进行钻进。开孔孔径 92mm，终孔孔径75mm。注浆孔结构为“孔口管(φ75×3000--5000)。
2.8注入量估算
主斜井试验段出水段的注浆量计算如下：
(1)注浆段周长
巷道周长估算3.14×2.6+(2.2-2.6)×2+3.2＝16.56m
(2)水泥注浆量
取壁后空隙平均厚度为0.01m，浆液流失系数为1.5，则壁后引流充填注浆量为：30m×16.56m×10m×0.01m×1.5＝72.52m3，水泥浆井壁强度为1.7g/cm3, 水泥用量126.7t。
根据理论计算，结合施工经验暂定水泥100t(其中42.5#水泥50t，矿用 1250目超细水泥50t)。
(3)化学注浆量
为了节约施工成本，在保证施工质量的前提下，尽可能将少化学浆的使用量，暂定RSS-化学堵水材料15t，RSS-粉状化学堵水材料3t。
2.9注浆结束标准及效果检查
1)井壁两帮及顶板无集中、大出水点。
2)底板注浆堵水后尽可能降低出水量。
本发明为实验性注浆，主要为下一步主斜井整体注浆堵水治理方案，提供科学注浆工艺及合理注浆材料。
2.施工前的准备工作
3.1作业平台
作业平台搭设是本次注浆安全保证的重要手段，同时也是保证生产正常进行，减少交叉作业影响的重要措施。为了保证平台搭设合理、安全性，本发明开发了作业平台。如图2所示，包括架管1、底板2。
3.2注浆主要设备
(1)搅拌桶QJB-250气动双层搅拌桶一台，备用一台；
(2)ZKSY90-100双液注浆机一台，备用一台；
(3)2ZBQ-6/15两用型高压注浆泵一台，备用一台；
(4)XY-1型钻机一台；
(5)高压胶管400m：选用直径20mm双层钢丝编制的高压胶管,允许压力 25MPa；
(8)脚手架作业平台30m段；
(9)注浆套管、封孔器、高压球阀若干；
(10)电缆线若干米。
ZKSY90-100型双缸双液注浆机又被称作双液注浆泵，是一种双缸双作用活塞泵，可输送水泥浆、黄泥浆、水玻璃、油、水等多种介质。可同时输送两种介质也可单独输送一种介质，性能稳定，结构紧凑，操作维护方便。双液注浆机适用于单、双液注浆。
ZKSY90-100型双缸双液注浆机主要技术参数
2ZBQ-6/15型煤矿用双液注浆泵技术参数表
| 参数名称 | 参数值 | 参数名称 | 参数值 |
| 最大排量L/min | 50 | 压力MPa | 0-15 |
| 浆液组分比(可调节) | 1:(1-4) | 整机重量 | 90kg |
| 进气压力 | 0.2-0.8 | 耗气量 | 1.8 |
| 噪声声压等级 | 95 | 适用介质 | 化学浆液 |
| 外形尺寸 | 650×425×745 | 作用类型 | 柱塞 |
XY-1型钻机是在XJ100-1型钻机的基础上改进而成，是一种具有油压给进的轻便钻机。
钻机特点：具有油压自动给进机构，提高钻进效率，减轻劳动强度。采用球卡式夹持机构，可实现不停机倒杆，操作方便，安全可靠。手柄集中，操作方便。配有孔底压力计指示压力，方便掌握孔内情况。结构紧凑，钻机、水泵和动力机(柴油机或电动机)组装在同一个底座上，占用机场面积小。重量轻、分解性强、便于搬迁。
3.注浆堵水流程及工艺
(1)注浆流程
布设钻孔——注浆材料—注浆泵—输浆管—控制阀—孔口管—注浆—停浆—封孔—冲洗管路—倒孔——补设加密孔——二次注浆——再封孔——清理——整体断面钻孔——注浆—停浆—封孔—冲洗管路
(2)注浆管固结
①钻孔完成后对钻孔下放注浆管，注浆孔口管为1.5寸无缝钢管，长度根据现场情况而定，最后安设阀门，方便与注浆设备连接，进行注浆。
②套管安装完成后，采用RSS-粉状化学堵水材料进行性固管，保证管口能够很好承压，完成整体注浆。
(3)注浆施工
①施工采用水泥混合浆和RSS-化学堵水材料进行注浆。水泥水灰比为1:1 (质量比)，RSS-化学材料浆液与水泥浆为1:4(体积比)，注浆初始压0.5—1MPA；注浆孔为梅花型，梅花型外部孔注水泥混合浆液，中心孔注RSS-化学堵水材料。
②钻孔注浆需要两种浆液配合注浆，必要时现场配备两台注浆泵同时施工，保证一次性完成整体封堵。
③观察，复注，清场
a、每个钻孔一次性注浆完成后，停泵，观察半小时，敲打注浆管；
b、进行复注，保证浆液注浆孔内的饱和度，密实。
c、清理施工现场，做到施工保准化。
④剩余的渗漏水点注浆
对剩余的渗漏水点、，采用RSS-化学浆液注浆的施工方法。具体施工工艺如下：
a、钻孔：在渗水点进行钻孔，钻孔深度为5m。
b、预埋注浆管：在钻孔内安设注浆管，采用RSS-粉状化学堵水材料进行性固管，保证管口能够很好承压，完成整体注浆。
c、注浆：使用注浆泵向注浆孔内注入RSS-化学堵水材料。
d、检查：注浆后24小时，对治理段局部渗漏现象进行检查。
(4)注浆顺序
注浆从下往上依次注浆。
(5)注浆作业
根据泵的压水流量，决定注浆孔的起始浓度及凝结时间。按注浆材料的配制方法配制所需的浆液，然后开始注浆，当浆液注入渗水裂隙后，注浆人员要根据注浆压力表的变化以及注浆量的变化，对各项注浆参数进行控制和调整。
①注浆压力的变化
在整个注浆过程中，以各孔各次注浆压力的变化来判断分析是否随着注浆孔数的增多，注浆压力越来越高，则说明岩层裂隙被充填堵实，注浆效果会较好。
注浆压力是推动浆液在含水层裂隙及溶洞内运动、扩散、充塞压实的动力。是注浆参数中最重要的参数之一，亦可人为控制，从而达到预期效果。
一般来讲，注浆压力可人为控制，注浆压力应由低向高逐渐过渡，在注浆刚开始的前几个孔，注浆压力要控制低一些，一次注浆达不到终压而注入量较大时，可在低压下结束注浆，而后复注，直到本孔段达到终压，后注孔，因岩层的大中裂隙已被充塞，注浆初压就较高，因此注浆初压常要提高到1MPa，以保证注浆效果。
注浆压力的主要影响因素是岩层裂隙大小，浆液的浓度和注浆量。裂隙大小不易控制，所以通过掌握浆液的浓度的变化及调节泵量的大小来控制压力的变化。
②注浆量的变化
随着注浆的过程，后期孔的注浆量比前期孔有明显的减少，说明帷幕逐渐形成。
③注浆结束的标准
a、注浆压力呈规律性增加，并达到注浆设计终压3MPa，经改变浆液的种类配比后仍不能注入浆液，即停止该孔注入。
b、达到注浆终压时的最小吸浆为：10～20升/分。
c、水泥混合浆液维持注浆终压和最小吸浆量的时间为30～45分钟停止注浆。
d、在注化学材料浆液时，一定按照实际比例操作，保证注浆质量，注浆压力调至最小压，为0.2-0.5MPa。
(6)注浆记录的整理
由记录员在本班打钻、注浆的记录本上认真填写。主要记录浆液的消耗量、注浆时间和压力等数据，然后技术员把全部记录数据整理归纳，填写在整理记录本上。
(7)清理施工现场
注浆结束后，施工中各种残留物、废弃物等，在注浆结束后清理，做好文明施工。
5.主要材料计划
材料计划
| 名称 | 规格 | 单位 | 数量 |
| 水泥 | 42.5R普硅 | 吨 | 50 |
| 超细水泥 | 1250目 | 吨 | 50 |
| RSS-粉状化学堵水材料 | 速凝粉状 | 吨 | 3 |
| RSS-化学堵水材料 | 液体 | 吨 | 15 |
| 高压阀 | 1.5寸 | 只 | 160 |
| 压力表 | 40MPa | 块 | 5 |
| 孔口管 | Φ75×3000-500 | 根 | 160 |
| 高压胶管 | Φ25×10 | 根 | 40 |
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料，其特征在于，包括：普通水泥、超细水泥、RSS-粉状化学堵水材料以及RSS-化学堵水材料；
其中，普通水泥、超细水泥、RSS-粉状化学堵水材料、RSS-化学堵水材料的质量比为(4-5)：(0.5-0.75):(0.5-1.1):(0.1-0.22)；
所述普通水泥的水灰比为1：(0.5-1.0)；所述超细水泥粒度为1250目；所述RSS-粉状化学堵水材料为速凝粉。
2.根据权利要求1所示的大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料，其特征在于，还包括膨润土、环保阻燃混合剂、防漏风混合剂；
其中，膨润土、环保阻燃混合剂、防漏风混合剂按质量比分别为大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料整体的2.0％-3.0％、0.5％-1.50％、0.5％-1.0％。
3.根据权利要求2所示的大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料，其特征在于，所述环保阻燃混合剂按质量比包括：聚醚多元醇、二月桂酸二丁基锡、脂肪胺磷酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、甲苯二异氰酸酯、阻燃剂、高岭土粉末＝1：(1-2)：(0.5-1)：(0.5-1)：(0.5-1)：(2-5)：(3-5)；
所述防漏风混合剂按质量比包括：聚醚多元醇MN500、树脂＝1:(0.5-0.75)，所述树脂为以任意比例混合的异氰酸酯、环氧树脂和酚醛树脂。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料的制备方法，其特征在于，该大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料的制备方法包括：
步骤一、按质量比取普通水泥、超细水泥、RSS-粉状化学堵水材料以及RSS-化学堵水材料、膨润土、环保阻燃混合剂、防漏风混合剂；
步骤二、将上述各组分采用电动搅拌机在转速为3500r/min下搅拌40min-90min。
5.一种利用权利要求1-3任意一项所述大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料的大涌水量隧道注浆堵漏方法，其特征在于，所述大涌水量隧道注浆堵漏方法包括以下步骤：
步骤一、选择高低压结合、深浅孔并用、复合、诱导注浆直接堵水；
步骤二、设置止水墙，然后在试验段进行壁后帷幕注浆封水、采用上行式注浆；
步骤三、对单点出水进行壁间复注封水。
6.根据权利要求5所述的大涌水量隧道注浆堵漏方法，其特征在于，在步骤一中，所述高低压结合包括：注浆压力满足浆液克服水压而进入待注岩层体内，取静水压力的1.5-2倍；对井壁强度能承受的压力范围进行预警，井壁强度能承受的压力范围用以下公式确定：
其中，P为井壁强度所承受的压力值，K为常数，E为井壁强度，R0为浆液初始扩散半径；
所述深浅孔并用包括：浆液扩散半径的确定和注浆孔布置；所述浆液扩散半径的确定包括：对于岩层注浆，按浆液扩散半径2m-3m，确定注浆孔距；所述注浆孔布置包括：选取注浆试验段150m-180m，止水墙钻孔布设在180m-200m处，深度为10m-15m；在诱导注浆中，注浆孔与混凝土基面呈75°-90°，注入量估算包括主斜井试验段出水段的注浆量计算。
7.根据权利要求6所述的大涌水量隧道注浆堵漏方法，其特征在于，所述对井壁强度能承受的压力范围进行预警，包括以下步骤：
步骤一、利用井壁安装的多个压力传感器，使用井壁强度压力函数构造井壁强度集合，模拟井壁强度集合的演化过程；选择最佳演化结果，确定井壁强度能承受的压力范围公式：
式中，E为井壁强度，R0为浆液初始扩散半径；
步骤二、定义井壁强度初始曲线，即给定一个矩形区域作为初始边界曲线；
步骤三、确定初始井壁强度、平衡分布函数以及初始分布函数，并设置最大迭代次数；
步骤四、判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数，若没有，则计算所有井壁强度数据检测点、计算新的分布函数并演化粒子迁移碰撞，同时更新分布函数以及井壁强度；直至初始井壁强度减当前井壁强度的绝对值小于0.0001时，停止迭代；
步骤五、找到演化最佳曲线作为新的曲线，并输出该曲线，记为井壁强度能承受的压力最佳检测范围。
8.根据权利要求7所述的大涌水量隧道注浆堵漏方法，其特征在于，所述确定初始井壁强度、平衡分布函数以及初始分布函数中，
初始井壁强度表示为：
ρ＝spf(I)
其中，I为初始井壁强度集合；spf为符号压力函数的值域为[-1,1]，方程为：
其中，c1和c2分别表示井壁强度集合内和井壁强度集合外数据亮度的平均值，由下式求得：
其中，i的取值为1或2，I(x)为某压力传感器的位置初始井壁强度集合，dx为某压力传感器的位置在横坐标方向的距离，dy为某压力传感器的位置在纵坐标方向的距离；
平衡分布函数为：
其中，(x,t)为井壁强度，wi为井壁强度集合内外部区域；
初始分布函数表示为：
其中，x为压力传感器的位置；fi(x,t)为沿方向i移动的井壁强度。
9.一种实施权利要求6-8任意一项所述大涌水量隧道注浆堵漏方法的作业平台，其特征在于，该作业平台包括：架管(1)、底板(2)；
所述架管(1)安装在底板(2)上，所述底板(2)与平面的倾斜角为16°；所述架管(1)为多根，并交错连接。
10.一种如权利要求1-3任意一项所述大涌水量隧道注浆堵漏加固高聚物材料在公路、桥梁、机场跑道基下陷的补浆加固上的应用。
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