CN116396047A - 一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入材料和工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道抢险技术领域,公开了一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入材料和工艺,准备高分子吸水树脂颗粒,水,普通硅酸盐水泥,水玻璃;通过高分子吸水树脂颗粒预吸水使其具有可注性;将普通硅酸盐水泥配置为水泥溶液后,将水泥溶液与水玻璃配置为水泥水玻璃双液浆;将高分子吸水树脂颗粒与水的混合物注入渗漏空洞,待高分子吸水树脂颗粒吸水膨胀并使渗漏水流量减小直至稳定后,将水泥水玻璃双液浆注入渗漏空洞,水泥水玻璃双液浆凝结后将渗漏空洞完全封堵。本发明利用高分子吸水树脂(SAP)与水泥水玻璃双液浆混合物,在渗漏水的地方先注入SAP材料,然后再注入水泥水玻璃双液浆,经试验研究,本发明堵漏效果优于传统的双液浆堵。
Description
技术领域
本发明属于隧道抢险技术领域,具体地说,是涉及一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入材料和工艺。
背景技术
近年来,随着我国经济发展和轨道交通逐渐普及,地铁成为城市中最常见的轨道交通之一。修建地铁隧道时,盾构工法具有对环境影响小,不妨碍地表交通,相对而言成本较低等优点,因而深受工程领域的青睐。但盾构隧道在修建及使用过程中,管片接缝处容易出现的渗漏现象。渗漏点附近的地下水将会流入隧道内部,并且将管片周围土体中的细小颗粒带出;如此,逐步地,隧道外侧的粉土粉砂地层会被掏空而形成较大的空腔区,进而引起管片受力发生变化,造成管片出现张开错台等灾害,严重时还会引起连续垮塌及大范围地表沉降。所以,一旦出现渗漏和产生空洞的情况,快速抢险堵漏尤为重要。
在动水环境中,目前常采用单液浆、双液浆及聚氨酯等注浆抢险措施。单液浆、双液浆材料在固结后才能发挥作用,然而在地下水流速较快时无效扩散极易发生,部分浆液在地下水的冲刷和搬运作用下流失,工程上称为“跑浆与串浆”,或者浆液在进入地下含导水构造后,由于过度稀释丧失凝结固化能力。而聚氨酯在工程抢险中常常出现不发泡的情况,起不到封堵空洞的效果。因此,需研究可在快速流动水环境中有效快速凝固,并有效填充空腔、封堵渗漏通道的新型注浆材料。
填充型遇水快速膨胀材料可以选择高分子吸水树脂(Super Absorbent Polymer,简称SAP),它能吸收其自身重量数百倍的水,并具有很强的保水能力,所以又被称为超强吸水剂或高保水剂,广泛用于农业、林业、园艺、建筑材料。从化学结构上来讲,高吸水性树脂是具有许多亲水基团的低交联度或部分结晶的高分子聚合物,80%的SAP为聚丙烯酸系。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中单液浆、双液浆及聚氨酯等注浆抢险措施,部分浆液在地下水的冲刷和搬运作用下流失,或者浆液在进入地下含导水构造后由于过度稀释丧失凝结固化能力的技术问题,提供了一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入材料和工艺,利用高分子吸水树脂(SAP)与水泥水玻璃双液浆混合物,在渗漏水的地方先注入预吸水的SAP颗粒,然后再注入水泥水玻璃双液浆,经试验研究,本发明的堵漏效果优于传统的双液浆堵。
为了解决上述技术问题,本发明通过以下的技术方案予以实现:
根据本发明的一个方面,提供了一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入材料,包括高分子吸水树脂颗粒、水和水泥水玻璃双液浆;其中,所述高分子吸水树脂颗粒为5-10目;所述高分子吸水树脂颗粒用于预吸水后注入渗漏空洞,所述水泥水玻璃双液浆用于在所述高分子吸水树脂颗粒注入后注入渗漏空洞。
优选地,预吸水过程中,所述高分子吸水树脂颗粒与水的质量比为1:5-6。
根据本发明的一个方面,提供了一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入工艺,包括如下过程:
(1)准备高分子吸水树脂颗粒,水,普通硅酸盐水泥,水玻璃;所述高分子吸水树脂颗粒为5-10目;
(2)在装有干燥的所述高分子吸水树脂颗粒的容器中按比例倒入水,通过所述高分子吸水树脂颗粒预吸水使其具有可注性;
将所述普通硅酸盐水泥配置为水泥溶液后,将所述水泥溶液与所述水玻璃配置为水泥水玻璃双液浆;
(3)通过注浆泵将步骤(2)所得的所述高分子吸水树脂颗粒与水的混合物注入渗漏空洞;
(4)待所述高分子吸水树脂颗粒吸水膨胀并使渗漏水流量减小直至稳定后,通过注浆泵将步骤(2)所得的所述水泥水玻璃双液浆注入渗漏空洞,水泥水玻璃双液浆凝结后将渗漏空洞完全封堵。
优选地,步骤(2)中,所述高分子吸水树脂颗粒与水的质量比为1:5-6。
优选地,步骤(2)中,所述水泥溶液的水灰比为0.8-1:1。
优选地,步骤(2)中,所述水玻璃的体积为所述水泥溶液的体积的1/2。
本发明的有益效果是:
本发明的用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入材料和工艺,首先利用注入预吸水后的高分子吸水树脂颗粒将渗漏空洞充填,高分子吸水树脂颗粒遇水在3-5s内快速膨胀,体积膨胀80-100倍,能够有效填充空腔;预吸水后的高分子吸水树脂颗粒既能以水为载体,又能减缓水流速度,为下一步注浆彻底封堵创造条件,使水泥水玻璃双液浆有载体来进行填充和凝固。待渗漏水流量稳定后注入水泥水玻璃双液浆,水泥水玻璃双液浆以高分子吸水树脂颗粒为载体进行反应,避免因动水大量冲走,能够有效地进行反应硬化,从而起到堵水的作用。因此,本发明的填充式注入材料和工艺能够起到较好的隧道漏水漏砂抢险效果。
附图说明
图1为本发明实施例中试验系统的结构示意图;
图2为本发明实施例中试验系统中模型箱的结构示意图。
上述图中:1:模型箱,1-1:注水孔;1-2:注浆孔;1-3:溢水孔;2-储水装置;3-水泵;4-水箱;5-溢水管;6-进水管;7-注浆泵;8-出水箱;9-储浆装置。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步的详细描述,以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明,但不以任何方式限制本发明。
本实施例提供了一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入材料,包括高分子吸水树脂颗粒、水和水泥水玻璃双液浆。高分子吸水树脂颗粒用于预吸水后注入渗漏空洞,水泥水玻璃双液浆用于在高分子吸水树脂颗粒注入后注入渗漏空洞。
本实施例还提供了一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入工艺,包括如下过程:
(1)准备高分子吸水树脂颗粒,水,普通硅酸盐水泥,水玻璃;
由于干燥的高分子吸水树脂(SAP)为固体颗粒,无法直接通过注浆机注入,需要选择一种液体作为载体。之前的研究中,曾将甘油作为载体,但在实验时发现,甘油会隔绝SAP与水,严重阻碍SAP的吸水能力,使其无法吸水膨胀。本发明将载体换为水,同时选择5-10目的高分子吸水树脂颗粒作为注浆材料。现在市面上可买到的SAP根据粒径大小,可分为四类:A类5-10目,B类10-20目,C类20-40目,D类40-80目。根据本发明研究,以水作为载体时,BCD类在注入的过程就基本完成吸水膨胀,注入空洞后已经丧失吸水膨胀效果,且在注入过程中会出现堵塞注浆管的现象;A类,颗粒最大,吸水速度不像BCD那么快,在注入后还能再次吸水膨胀,且注入过程中不会堵塞注浆管。
(2)在装有干燥的高分子吸水树脂颗粒的容器中按比例倒入水,通过高分子吸水树脂颗粒预吸水使其具有可注性。
作为一种优选的实施方式,高分子吸水树脂颗粒与水的质量比为1:5-6。
将普通硅酸盐水泥配置为水泥溶液后,将水泥溶液与水玻璃配置为水泥水玻璃双液浆。
作为一种优选的实施方式,普通硅酸盐水泥配置为水泥溶液的水灰比为0.8-1:1。
作为一种优选的实施方式,水玻璃的体积为水泥溶液的体积的1/2。
(3)通过注浆泵将步骤(2)所得的高分子吸水树脂颗粒与水的混合物注入渗漏空洞,并观察渗漏水流量的变化;
(4)待高分子吸水树脂颗粒吸水膨胀并使渗漏水流量减小直至稳定后,通过注浆泵将步骤(2)所得的水泥水玻璃双液浆注入渗漏空洞,水泥水玻璃双液浆凝结后即可将渗漏空洞完全封堵。
本实施例搭建一套试验系统模拟和验证本发明的填充式注入材料、填充式注入工艺和效果:
如图1和图2所示,试验系统主要包括模型箱1、注水系统、注浆系统、收集系统。
模型箱1设置有注水孔1-1、注浆孔1-2、溢水孔1-3。将模型箱1的注水孔1-1与被吊车吊起的水箱6连接,注浆孔1-2与两台注浆泵9通过三通接头连接,溢水孔1-3与出水箱8连接。
注水系统主要由储水装置2、水泵3、被吊车吊起的水箱4、溢水管5组成,储水装置2通过水泵3与水箱6的进水口连接,水箱6的出水口与模型箱1的注水孔1-1连接,实验时通过水泵5向被吊起的水箱6中加水,并实现对模型箱1注水。溢水管5由水箱6顶部连接至储水装置2,可以防止水箱6被加满水导致溢出。
注浆系统主要由储浆装置9和两台螺杆式的注浆泵7组成,储浆装置9通过注浆泵7与模型箱1的注浆孔1-2连接。实验时通过注浆泵7对模型箱1注浆。
收集系统主要包括出水箱8,出水箱8的入口与模型箱1的溢水孔1-3连接,出水箱8的水也可通过入水管8回流至储水装置2中。
注水与注浆时可以通过流量计记录水流速度与注浆速度。
步骤一、准备高分子吸水树脂颗粒(SAP),SAP颗粒粒径选择5-10目,普通硅酸盐水泥,水玻璃,水。
步骤二、在装有干燥SAP颗粒的容器中按照一定比例倒入清水,让SAP颗粒预吸水,使其具有可注性。SAP颗粒与水的比例为,每100gSAP放入500-600g水,约20min左右,SAP完成预吸水。
步骤三、准备水泥水玻璃双液浆,按照水灰比0.8-1:1配置水泥溶液,实验中,对于0.03m3渗漏空洞配置了15kg水泥溶液,
优选地,水玻璃体积为水泥溶液的一半,可以使水泥水玻璃双液浆达到较快的凝结速度。
步骤四、将预吸水后的SAP颗粒与水混合,并用注浆泵将混合物注入渗漏空洞,即图2所示模型箱1的三角区中,并通过流量计观察渗漏水流量的变化。
步骤五、待SAP颗粒吸水膨胀后,渗漏水流量减小直至稳定(流量计数值不再变化),此时注入水泥水玻璃双液浆,观察流量计数值基本稳定在接近0或等于0时,可判定水泥水玻璃双液浆凝结,最终可达到较好的封堵效果。
经实验,每克SAP颗粒完全吸水后,能膨胀到300cm3-320cm3。实际应用时,可预估渗漏空洞体积,并推算所需的SAP颗粒用量,而水泥用量略大于空洞体积即可。
根据上述实施例的填充式注入工艺,共进行三组模型试验,并且采用堵水率评价渗漏空洞的最终填充效果,堵水率=(注浆前渗漏水平均流量-注浆后渗漏水平均流量)/注浆前渗漏水平均流量:第一组初始渗漏水平均流量1.8m3/h,封堵空洞耗时9min,最终堵水率99.85%;第二组初始渗漏水平均流量2.5m3/h,封堵空洞耗时5min,最终堵水率99.68%;第三组初始渗漏水平均流量3.1m3/h,封堵空洞耗时15min,最终堵水率98.51%。三组实验基本都能实现对空洞的完全封堵,新型填充式注入工艺能够实现对渗漏空洞的快速有效封堵,满足抢险需要。
可见,使用本发明的填充式注入工艺,先将SAP颗粒预吸水,预吸水后的SAP颗粒在渗漏空洞中能更快发挥封堵作用。再以水作为载体,使其具有可泵性,最后利用注浆系统将SAP颗粒与水的混合物注入渗漏空洞。吸水后的高分子吸水树脂具有保水性,可对水泥产生一定的内养护作用,促进水泥硬化。最终,水泥水玻璃双液浆达到较高的动水留存率,有效封堵渗漏空洞,达到快速抢险的目的。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,并不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可以作出很多形式的具体变换,这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入材料,其特征在于,包括高分子吸水树脂颗粒、水和水泥水玻璃双液浆;其中,所述高分子吸水树脂颗粒为5-10目;所述高分子吸水树脂颗粒用于预吸水后注入渗漏空洞,所述水泥水玻璃双液浆用于在所述高分子吸水树脂颗粒注入后注入渗漏空洞。
2.根据权利要求1所述的一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入材料,其特征在于,预吸水过程中,所述高分子吸水树脂颗粒与水的质量比为1:5-6。
3.一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入工艺,其特征在于,包括如下过程:
(1)准备高分子吸水树脂颗粒,水,普通硅酸盐水泥,水玻璃;所述高分子吸水树脂颗粒为5-10目;
(2)在装有干燥的所述高分子吸水树脂颗粒的容器中按比例倒入水,通过所述高分子吸水树脂颗粒预吸水使其具有可注性;
将所述普通硅酸盐水泥配置为水泥溶液后,将所述水泥溶液与所述水玻璃配置为水泥水玻璃双液浆;
(3)通过注浆泵将步骤(2)所得的所述高分子吸水树脂颗粒与水的混合物注入渗漏空洞;
(4)待所述高分子吸水树脂颗粒吸水膨胀并使渗漏水流量减小直至稳定后,通过注浆泵将步骤(2)所得的所述水泥水玻璃双液浆注入渗漏空洞,水泥水玻璃双液浆凝结后将渗漏空洞完全封堵。
4.根据权利要求3所述的一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入工艺,其特征在于,步骤(2)中,所述高分子吸水树脂颗粒与水的质量比为1:5-6。
5.根据权利要求3所述的一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入工艺,其特征在于,步骤(2)中,所述水泥溶液的水灰比为0.8-1:1。
6.根据权利要求3所述的一种用于漏水漏砂封堵抢险的填充式注入工艺,其特征在于,步骤(2)中,所述水玻璃的体积为所述水泥溶液的体积的1/2。
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