基于隧道防火用的多孔注浆基材料研究

采用溶液共混法制备了多孔聚氨酯注浆材料,以纳米SiO2为增强相,研究了改性多孔注浆基材料的结构形貌、力学性能、阻燃性能和导热性能,研究结果表明:纳米SiO2掺杂后与聚氨酯基体发生了键合,增强了多孔注浆材料的孔壁强度,形态结构更加完整,多孔注浆材料的拉伸强度和粘接强度得到了改善,并随纳米SiO2掺杂量的增大呈现出先增大后降低的趋势,纳米SiO2掺杂量0.8%的多孔注浆材料的拉伸强度和粘接强度均达到了最大值。随纳米SiO2掺杂量的增加,多孔注浆材料的最高蓄热温度先降低后升高,降温速率先增加后降低,导热系数持续增加。阻燃测试表明:0.8%纳米SiO2掺杂的注浆材料的垂直燃烧时间最短为20.8 s,阻燃性能最优。综合各性能来看,纳米SiO2最佳掺杂量为0.8%,该掺杂比例下多孔注浆基材料最高蓄热温度为143℃,降温速率为1.75℃/min,导热系数为0.368 W/(m·K),垂直燃烧时间为20.8 s,在隧道防火应用方面具有广阔的应用前景。

复注及多孔注浆理论研究

针对柱面注浆方式,研究了有关渗透注浆的单孔复注及不同方式布孔时多孔注浆的相互影响等问题,推导出一些有价值的岩体注浆理论公式,可用于指导现场注浆工程的设计与施工。

基于自然边界元法的多孔注浆理论的应用

渗透注浆是在不产生水力劈裂的情况下,把浆液注入到粒状土的孔隙中,将土颗粒胶结起来,增强土体的强度和防渗能力。目前,关于注浆理论的方面的研究还比较缓慢,施工现场常常遇到的多孔注浆工艺缺乏理论指导。为此,笔者通过查阅文献,借鉴了一种基于自然边界元法导出的Stokes流问题,在此基础上并对柱面注浆中的多孔注浆问题进行了理论研究,得出了一些有价值的结论。并通过工程案例进行验证试算,结果表明,该方法具有很强的适用性,可很好的预测注浆后的效果。

多孔注浆顺序对注浆效果的影响

注浆技术在治理地质缺陷时多采用多孔注浆,注浆效果不仅受注浆材料以及注浆压力的影响,而且受到注浆顺序的影响。运用理论推导对多孔注浆过程中群孔注浆效应进行分析,揭示多孔顺序注浆过程中注浆顺序对注浆效果的影响,并通过现场实验进行验证。分析证明,先序注浆孔注浆过程中会在注浆孔周围形成"浆液帷幕",对后序注浆孔浆液的扩散产生影响,降低土体的压密效果,因此注浆过程尽量不要采用多孔顺序注浆,应该采用间孔注浆。

基于渗透注浆中多孔注浆相互影响理论及其应用研究

涌突水灾害给隧道工程带来了严重的危害,注浆是解决涌突水灾害的有效方法,但是对于渗透注浆中采用多孔注浆的理论应用研究较少,通过理论分析的方法,基于渗透扩散理论,推导出了注浆过程中浆液的渗透系数;构建隧道底板注浆模型,分析了考虑多孔之间相互影响的扩散半径,并推导出了多孔注浆相互影响因子。结合齐岳山隧道涌突水情况,首次采用"分批次多孔注浆"、"注浆膜袋"高压注浆方案,对出水点进行注浆,并且施工过程中,优化了施工流程和控制方案;最后采用检查孔法和钻岩取芯法对注浆过程检验,取得了很好的注浆效果,有效的解决了涌突水灾害造成的威胁。

承压水层下多孔同步注浆止水技术

北京地铁某项目基坑基底位于承压水层中,由于受承压水影响,基坑开挖过程中因隔水层厚度不足导致基底出现涌水涌砂现象,需进行注浆止水,选用多孔同步深孔注浆施工技术。即多孔同步向承压水层中注入水泥水玻璃+速凝剂混合液体,瞬间形成固结体,达到改良土层的目的;通过多孔同步注浆,使注浆混合液体达到互相补充咬合的效果,同时将承压水挤排,形成止水帷幕,能有效的解决承压水层下基坑涌水涌砂现象,并对基底进行了加固处理,在节约工期和提高经济效益方面取得了良好效果。为今后类似地层承压水的治理及基底的加固处理提供了宝贵的技术经验。

三维注浆模型试验系统研制及应用

为研究注浆扩散规律和加固机制,研制了三维注浆模型试验系统,该系统由承载试验台、伺服稳压供水单元、注浆单元、多元信息监测单元及图像采集单元组成。该系统主要功能包括不同岩体介质中参数灵活可调的多孔注浆、多序次注浆模拟试验及被注岩体内部物理场信息实时采集,其主要优势体现在:(1)试验腔设计为组合桶式结构,密封性强,拆卸方便,利于注浆加固体细部研究;(2)多腔气动联合控制水压加载方式可提供持续稳压的地下水环境;(3)多元信息并行实时监测系统可同时采集被注岩体内不同空间位置的总压力、孔隙水压力及位移等信息,实现注浆过程中物理参量时空变化规律的研究。利用该试验系统进行黏土介质单孔注浆和多孔分序次注浆模拟试验,获得注浆压力p变化特征及土体内部力学响应规律:p-t曲线呈多个波峰-波谷旋回,表征劈裂注浆为主的加固模式;注浆荷载作用下,总压力、孔隙水压力、有效应力与注浆压力基本同步变化,注浆结束点达到峰值,其后开始衰减并逐渐趋于稳定;与单孔注浆相比,多孔、多序次注浆可显著提高土体有效应力,黏土逐渐压缩固结,力学性质改善。试验表明,黏土介质以劈裂注浆为主,不同序次浆脉间接触关系复杂,可划分为剪切劈裂、原位顺层劈裂及入侵劈裂3种基本模式;采用多孔、小注浆速率试验方法,可减小围岩扰动,增大注浆量及土体压缩固结程度,提高注浆加固效果。研究成果对揭示黏土介质注浆机制具有一定的科学价值。

岩浆岩地层深竖井水害治理关键技术

深竖井施工过程中,会遇到诸如砂岩孔隙水、地层裂隙水、灰岩溶洞水、断层破碎带水等复杂含水地层,尤其在金属矿山岩浆岩地层深立井施工中,高角度微裂隙涌水是普遍现象;沉积岩含水地层特点为成层性,有明显的含(隔)水层,由于岩石强度相对低,地层的闭合压力小,可注性好,注浆难度相对低,堵水效果好,水害治理经验及技术相对成熟;而岩浆岩含水地层多为裂隙水,且高角度、微裂隙(隐性)地层发育,岩石强度高、地层闭合压力高,岩浆岩地层由于层间无明显隔层,多为同一岩性,因后期改造而呈不同程度渐进性接触,靠强度差异封隔含水层,岩石强度变化界线不明显;深井带来的高水压、高闭合压力等,造成注浆堵水难度大,堵水率低;对于高角度微裂隙发育的富水岩浆岩地层,水害治理难度大,严重影响竖井建设安全、质量及工期。本文从3个竖井水害治理案例的经验及教训出发,总结出一套深竖井工作面预注浆快速治理经验技术,并提出“地层压裂注浆”的水害治理技术发展方向。

新型隧道高效围岩注浆新技术研究

我国是世界上隧道与地下工程建设规模、数量和难度最大的国家,随着交通基础设施建设重心逐步移向中西部山区和岩溶地区,隧道与地下工程的修建与日俱增。然而,隧道通过软弱围岩地段给施工带来极大困难,如果要顺利通过,确保安全较为有效的办法之一就是围岩注浆加固,目前的注浆方式存在注浆速度慢、施工不方便、注浆效果不好等缺点,本课题研究的高效围岩注浆新技术,具有一个断面多孔施工,具有施工速度快、加固效果好的优点,在隧道围岩注浆加固方面具有显著的经济效益。