高黏性浆液在富水破碎带隧道涌水治理中的应用

富水破碎带隧道的涌水常常会引起一系列地质灾害, 其中高黏性浆液作为一种治水材料, 在富水破碎带的治水过程中发挥了积极的作用. 实验测量得到了常用水泥浆液和高黏性浆液黏性随时间变化的规律, 并分析黏度变化对注浆治水的影响. 引入孔隙率、渗透率动态模型,建立了适用于富水破碎带注浆治水的流固耦合数学模型, 分析了高黏性浆液注浆过程中压力梯度、应变率和孔隙率变化, 确定高黏性浆液流动半径. 结合浅层填充挤压、深层高压挤密的注浆思路设置了排水减压孔, 参考计算结果设计试验方案. 通过监测隧道涌水量和检测钻孔取芯, 验证了数学模型和试验方案的合理性. 试验结果表明, 隧道涌水量下降了97%, 达到了封堵涌水的目的; 现场芯样充填饱满密实, 抗压强度较原始地层提高了2~4 倍, 围岩整体防渗性能和稳定性得到大幅提升. 该结果不仅验证了数学模型的合理性, 还为类似地层治水处理提供了新的思路.     

粘土固化注浆帷幕对重金属离子的渗透实验分析

通过渗透实验研究了粘土固化注浆帷幕浆液配比对抗渗性能的影响,测试了其对重金属离子的抗渗性能,比较了不同重金属离子的迁移速度,并通过对比实验分析了其防腐性能.实验结果表明：粘土固化注浆帷幕的抗渗性能随着固相含量的增加而增强,且粘土对抗渗性能的贡献大于水泥;重金属离子在粘土固化注浆帷幕中迁移时可生成难溶的沉淀物,堵塞帷幕的导水通道,改善帷幕的孔隙结构和孔级配,使帷幕的抗渗性能随渗透历时逐渐增强;不同重金属离子在帷幕中的迁移速度不同,实验条件下的迁移速度Hg^2＋＞Pb^2＋;实验验证了粘土固化注浆帷幕具有较好的防腐性能.     

水泥-红黏土注浆堵水性能试验及现场应用研究

为解决纯水泥浆注浆成本高、结石率低及凝结时间长等问题，对水泥-红黏土注浆材料进行研究。通过试验，分析水固比和红黏土掺量对浆液析水率、结石率、流动度、黏度及凝结时间的影响规律。结果表明，水固比一定时，浆液中红黏土掺量与析水率呈负相关，与结石率呈正相关；纯水泥浆液中掺入红黏土，流动度减弱，掺入红黏土可有效降低浆液凝结时间，浆液凝结时间与红黏土掺量呈负相关。浆液水固比为0.8,红黏土掺量为50%时，效果较优，初始黏度低，流动度接近纯水泥浆液，与传统水泥浆液相比，凝结固化时间低，析水率低，结石率达95%以上；通过现场工业试验，单孔每米注浆可节省水泥量约213 kg,大大减少水泥用量，降低注浆成本，检查孔检测注浆后透水率为3.52 Lu,防渗堵水效果较好，对地下水进行有效拦截，保证矿山安全可持续开采。     

建设发生土作为压密固结桩填充材料的渗透性

为了采用建设发生土部分替换优质砂作为密实桩的填充材料,进行了室内土试样的调制,制备了不同塑性指数的黏土试样,进行了压密不排水三轴压缩试验和渗透性试验,研究其强度特性和渗透性能.在塑性指数小于30的情况下,能够满足内摩擦角大于30°的要求.松散状态下能够确保渗透系数在10-4cm/s以上,但密实状态下的渗透系数却很小,为了保证砂桩能有效的排水,必须要采取提高渗透性的其他辅助方法.     

砂砾石土灌浆防渗效果定量评价试验研究

通过设计试验,将不同水灰比的水泥浆液灌入到不同孔隙比的砂砾石地层中,并通过室内压水试验对结石体的防渗效果进行了检测．试验结果显示,水灰比和孔隙比对砂石料结石体渗透系数的影响并不明显,只要砂料的孔隙被凝胶体充满,地层的渗透性状就得到了同样的改善,砂石料结石体的渗透系数可达10。-10。cm／s．而沿结石体扩散半径方向上末段的部位未被水泥浆完全充满,防渗性能较前端有所下降．为使灌浆帷幕充分发挥防渗效果,建议现场施工时使钻孔帷幕留取一定搭接量,搭接量可为最大扩散半径的10％～20％．     

宜万铁路岩溶隧道防排水原则及技术研究

宜万铁路岩溶隧道地质条件复杂、岩溶形态多样,高压富水溶腔段是岩溶隧道治理的重点和难点。在对充填型溶腔进行富水分级的基础上,制定岩溶隧道的防排水原则。对于可以排放的溶腔,研究总结了使岩溶水的排放得到合理控制的总体方案和安全保障方案。对于采用“以堵为主”原则进行处理的高压富水充填岩溶,研究总结了相应的全断面帷幕注浆技术、隧道周边超前预注浆技术,并提出了外堵内固周边注浆新技术,在保证安全的前提下极大地加快了施工进度。宜万铁路岩溶隧道的结构防排水按照“因地制宜、堵排结合、多道防线”的原则进行。     

基于渗率效应的可压缩智能同步注浆材料扩散机理研究

目前同步注浆材料采用水泥砂浆作为注浆材料，注浆和固结过程中浆液在土体中渗透，导致浆液体积减少，若后续注浆不及时，极易造成盾尾间隙注浆不密实。而轻质智能同步注浆材料含气泡，其具有压缩“弹性”，随着浆体的固结卸荷，虽然有部分浆体扩散，但浆体在盾尾间隙中体积保持不变，保证了同步注浆密实度。研究了轻质智能同步注浆材料密度与压力的映射关系，建立了轻质智能同步注浆材料压缩理论模型。定性分析了轻质智能同步注浆材料高密实度注浆原理。针对轻质智能同步注浆材料成分特征，建立了基于渗滤效应的可压缩智能同步注浆材料的固结扩散机理。研究表明：可压缩同步注浆材料随着压力增大，浆液体积逐渐减小，通过实验验证，轻质材料压力-密度曲线可变参数与气泡含量具有较强的相关性。地层渗透系数对浆体固结扩散距离具有显著影响，地层渗透系数越大，轻质智能同步注浆材料固结扩散距离受土体力学性质影响越显著。     

柔壁渗透仪的研制

针对防渗浆材结石体或灌浆固结体渗透性的测试及其对污染物阻滞性能测试的需要,研制了一种围压密封的柔壁渗透仪,并获得国家专利.采用S、N和Z型3类浆材结石体试样,通过在不同渗透压力、不同围压条件下的渗透系数测定,与南-55型变水头渗透仪的对比试验研究,证明柔壁渗透仪对制样要求不高、密封好、测试误差<1×10-7 cm/s,精度满足规范要求.这种渗透仪的创新点在于采用柔性橡胶膜作测试试样的侧壁,通过气压或水压施加围压实现试样的侧壁密封,渗透压力可在10～1 000 kPa范围调节,围压可在10～1 500 kPa范围调节,试样直径有61.8 mm和101 mm 2种规格可选且精度要求不高,试样高度在20～150 mm范围内任意选用,可方便地用于测试浆材结石体或灌浆固结体的渗透系数,以及浆材结石体对污水中污染物的阻滞性能,有助于防渗浆材的研制和防渗灌浆的评价.     

泥水盾构弃渣在同步注浆材料中的再利用研究

为了解决泥水盾构的弃渣处理过程会显著增加施工成本,且极易造成环境污染的常见问题,依托杭州望江路过江大直径泥水盾构隧道工程,考虑掘进线路处于黏土地层,提出了弃渣取代同步注浆原材料再利用方案.探讨了弃渣取代膨润土原材料的可行性,通过均匀设计试验测试了浆液性能,并结合目标规划(goalprogramming,GP)模型实现了浆液配比优化.研究结果表明:经初步处理后的泥水盾构弃渣可取代膨润土材料,最优配比下同步注浆浆液的流动度为23.1 cm,2 h析水率为2.2%,28 d结石体收缩率为5.8%,初凝时间为649 min,结石体28 d抗压强度可达2.65 MPa,均能满足杭州现场同步注浆性能要求,且该技术的经济和环境效益显著.     

富水弱渗地层立井施工注浆加固技术

采用具有凝固强度高、无毒、阻燃、环保安全、初始粘度低、凝胶时间短的低孔隙溶胶类化学浆液作为注浆材料,制定了浆液扩散范围、注浆压力、注浆结束标准等注浆方案参数,完成了属于富水弱渗地层的文家坡煤矿风井井筒注浆施工,解决了工作面涌水大的技术难题.工程实践表明,针对富水弱渗地层地质条件的立井井筒化学注浆方案设计合理,技术措施可行.研究成果对类似工程有参考价值.