一種高地溫隧道圍巖灌漿隔熱方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于隧道及地下工程領域，尤其與一種高地溫隧道圍巖灌漿隔熱方法有 關。
【背景技術】
[0002] 許多工程項目例如深埋隧道、水電站修建、資源開采和深部國防工程等都會面臨 高地溫的困境，高地溫會對隧道工程產生各種不利的的影響及危害。高溫會影響隧道支護 結構的物理力學性質，會影響初砌和二砌的結構穩(wěn)定性，降低襯砌結構體系的承載能力和 耐久性。高溫圍巖通過隧道掌子面向隧洞內釋放能量，會導致隧道施工的困難?，F(xiàn)今國內 對高地溫隧道襯砌支護結構只要是從支護結構內部來開展思路，一般在初砌和二砌之間填 充隔熱材料來降低隧道內部溫度，但是這樣并不能阻止熱量向隧道內部進行傳遞。

【發(fā)明內容】

[0003] 針對上述問題，本發(fā)明的目的旨在提供一種降低隧道內側溫度、可以提升隧道整 體結構穩(wěn)定性和耐久性的高地溫隧道圍巖灌漿隔熱的方法。
[0004] 為此，本發(fā)明采用以下技術方案：一種高地溫隧道圍巖灌漿隔熱方法，其特征是， 包括以下步驟：
[0005] 1)根據(jù)地質條件確定灌漿區(qū)域，分別定義損傷區(qū)和撓動區(qū)的半徑為山和d 2，
[0006]
[0007] 其中R。為隧道半徑，〇。為初始地應力，〇 a為內壓力，C、0分別為巖體的粘聚力和 巖體的內摩擦角；
[0008] 2)進行損傷區(qū)灌漿漿料配合比設計得到滿足損傷區(qū)性能要求的灌漿漿料；
[0009] 3)進行撓動區(qū)灌漿漿料配合比設計得到滿足撓動區(qū)性能要求的灌漿漿料；
[0010] 4)隧道開挖后，在開挖變形之前進行初期支護，并按照一定間距采用自上而下分 段灌漿法鉆孔并清孔，分段安置灌漿塞；
[0011] 5)支護后圍巖變形穩(wěn)定時，采用自上而下分段灌漿法進行分段灌漿，在撓動區(qū)灌 漿完畢后取出灌漿塞，再進行損傷區(qū)的灌漿；
[0012] 6)在撓動區(qū)外側噴射一層聚氨酯樹脂硬質泡沫；
[0013] 7)灌漿完成后封孔。
[0014] 使用本發(fā)明可以達到以下有益效果：1)本發(fā)明能夠適用于高地溫地熱環(huán)境，在高 地溫地熱環(huán)境下，能將熱量隔絕在隔熱層以外，能有效降低隧道內部溫度。
[0015] 2)針對巖體開挖后形成的損傷區(qū)和撓動區(qū)，選用不同的灌漿料配比進行灌漿，在 起到隔熱作用的同時，針對不同區(qū)域巖土體性質不同，能很好的強化圍巖，提高圍巖強度。
[0016] 3)水泥使用的是硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復配而制成，這不僅保留了硅酸鹽水 泥后期強度高的特點，還改善了硅酸鹽水泥凝結時間慢、前期強度不足的缺陷，并且加入硫 鋁酸鹽水泥使得膠凝材料的成本降低。
[0017] 4)超細玻璃纖維棉能提供良好的隔熱性，并且慘入到損傷區(qū)灌衆(zhòng)料中能夠提尚圍 巖彈性模量，改善其力學性能。
[0018] 5)?；⒅槭且环N新型無機輕質絕熱材料，導熱系數(shù)為0. 028-0. 048W/m . K，具 有優(yōu)異的絕熱性能。
[0019] 6)撓動區(qū)灌漿料選用礦渣和粉煤灰混合，兩者均為導熱系數(shù)低的材料，能夠達到 隔熱的要求，漿料能在填補巖體縫隙同時提高圍巖強度，使用的原材料都是工業(yè)廢棄材料， 具有很好的經濟效應。
[0020] 7)聚氨酯樹脂具有良好的耐老化性、硬度低、彈性好、耐水、防菌等優(yōu)點，能夠用來 做防滲和裂縫堵漏等工作，其導熱系數(shù)為〇.〇32W/m . K，在撓動區(qū)灌漿料外側噴射聚氨酯 樹脂能夠很好的封閉內部灌漿料并且起到隔熱的效果。
【具體實施方式】
[0021] 實施例：高地溫隧道圍巖灌漿隔熱方法包括以下步驟：
[0022] 1)根據(jù)地質條件確定灌漿區(qū)域，確定損傷區(qū)和撓動區(qū)的半徑山和d2:
[0023]
7.
[0024] 其中R。為隧道半徑，〇。為初始地應力，〇 a為內壓力，C、於分別為巖體的粘聚力和 巖體的內摩擦角；
[0025] 2)進行損傷區(qū)灌漿漿料配合比設計，得到滿足性能要求的灌漿漿料；
[0026] 3)進行撓動區(qū)灌漿漿料配合比設計，得到滿足性能要求的灌漿漿料；
[0027] 4)根據(jù)得到的配合比生產配制出滿足各項指標要求且性能穩(wěn)定的灌漿漿料；
[0028] 5)隧道開挖后，在開挖變形之前進行初期支護，并按照一定間距采用自上而下分 段灌漿法鉆孔并清孔，分段安置灌漿塞；
[0029] 6)支護后圍巖變形穩(wěn)定時，采用自上而下分段灌漿法進行分段灌漿，在撓動區(qū)灌 漿完畢后取出灌漿塞，再進行損傷區(qū)的灌漿；
[0030]7)在撓動區(qū)外側噴射一層聚氨酯樹脂硬質泡沫；
[0031]8)灌漿完成后封孔。
[0032] 進一步的，損傷區(qū)灌漿漿料原料配比為：硫鋁酸鹽水泥：普通硅酸鹽水泥：砂：超 細玻璃纖維棉：聚羧酸高效減水劑：水=50 :350 :600:10~50:5~10:140,消泡劑每lkg 衆(zhòng)料內加入〇. lg，?；⒅樵谛\(zhòng)料混合后每200~220kg配lm3。
[0033] 進一步的，使用的消泡劑為水泥專用消泡劑，主要由聚醚與脂肪醇反應后經疏水 分散配置而成。
[0034] 進一步的，撓動區(qū)灌漿漿料原料為礦渣粉60%~75%，粉煤灰15%~25%，堿性 激活劑5%~10%，超細玻璃纖維棉摻量為1 %~5%，水灰比為0. 4~0. 5,?；⒅樵跐{ 料混合后每200~220kg配lm3。
[0035] 進一步的，損傷區(qū)灌漿的區(qū)域為（山，山+L 0)，撓動區(qū)灌漿的區(qū)域為（d2, d2+0. 5)。
[0036] 進一步的，聚氨酯樹脂噴射厚度為5~10cm。
[0037] 進一步的，所述的高地溫隧道指的是隧道內部巖溫大于50°C，若巖溫在50°C~ 60°C范圍內，可以適當減少灌漿范圍或者只在損傷區(qū)內灌漿。
[0038] 進一步的，關于隧道圍巖損傷區(qū)灌漿料制備方法，包括以下步驟：
[0039] (1)準備原材料，并檢驗所有原材料的質量；
[0040] (2)按照比例將放置好的水泥、砂、超細玻璃纖維棉、?；⒅椤⒕埕人岣咝p水 劑、消泡劑摻入強制式攪拌機進行攪拌，以合適的速率進行勻速攪拌1~2min ;
[0041] (3)加入12%~14%的水進行混合攪拌3~5min，即制得灌漿料。
[0042] 進一步的，關于隧道圍巖撓動區(qū)灌漿料制備方法，包括以下步驟：
[0043] (1)準備原材料，并檢驗所有原材料的質量；
[0044] (2)按照如下的質量百分比準備灌漿料的成分：礦渣粉60 %~75%、粉煤灰 15 %~25 %、堿性激活劑5 %~10 %、超細玻璃纖維棉1 %~5 %，?；⒅槊?00~220kg 配lm3。將全部成分摻入強制式攪拌機進行攪拌，以合適的速率進行勻速攪拌1~2min ;
[0045] (3)按照水灰比0.4~0.5的比例加水混合攪拌3~5min，即制得灌漿料。
[0046] 對所制得的灌漿料進行高地溫狀態(tài)的模擬，將灌漿料噴射在巖土體上，噴射厚度 為0. 5m，將一側置于高地溫地熱環(huán)境，模擬溫度分別為50°C、60°C、80°C、100°C，同時伴有 地熱水，測試其隔熱效果。
[0047] 測試得到灌漿料的導熱系數(shù)為0.22W/m . K，遠離高地溫一側溫度基本無變化，靠 近高地溫一側溫度隨地熱溫度升高而逐漸升高但幅度很小。
[0048] 本發(fā)明所提及的隧道灌漿方法提供了一種新的隧道灌漿方案，針對不同巖層使用 不同比例的配比，灌漿形成的隔熱圈能夠將熱量隔離在隧道外側，能夠廣泛應用于高地溫 地熱地帶的隧道隔熱降溫工程中。和普通的灌漿料相比，本發(fā)明的灌漿料具有較好的隔熱 性能，能夠有效的降低隧道內部溫度，有利于隧道等工程的正常推進。此外撓動區(qū)的灌漿料 的膠凝材料選用礦渣和粉煤灰混合，有效的利用了工業(yè)廢料，節(jié)約成本，具有一定的發(fā)展前 景。
[0049] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術 人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
【主權項】
1. 一種高地溫隧道圍巖灌漿隔熱方法，其特征在于：包括以下步驟： 1) 根據(jù)地質條件確定灌漿區(qū)域，分別定義損傷區(qū)和撓動區(qū)的半徑為山和d 2，其中Rd為隧道半徑，σ。為初始地應力，σ a為內壓力，C、，分別為巖體的粘聚力和巖體 的內摩擦角； 2) 進行損傷區(qū)灌漿漿料配合比設計得到滿足損傷區(qū)性能要求的灌漿漿料； 3) 進行撓動區(qū)灌漿漿料配合比設計得到滿足撓動區(qū)性能要求的灌漿漿料； 4) 隧道開挖后，在開挖變形之前進行初期支護，并按照一定間距采用自上而下分段灌 漿法鉆孔并清孔，分段安置灌漿塞； 5) 支護后圍巖變形穩(wěn)定時，采用自上而下分段灌漿法進行分段灌漿，在撓動區(qū)灌漿完 畢后取出灌漿塞，再進行損傷區(qū)的灌漿； 6) 在撓動區(qū)外側噴射一層聚氨酯樹脂硬質泡沫； 7) 灌衆(zhòng)完成后封孔。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種高地溫隧道圍巖灌漿隔熱方法，其特征在于：所述的損 傷區(qū)灌漿漿料制備包括以下步驟： (1) 準備原材料，按照如下的質量百分比準備灌漿料的成分：硫鋁酸鹽水泥：普通硅 酸鹽水泥：砂：超細玻璃纖維棉：聚羧酸高效減水劑：水=50 :350 :600:10~50:5~ 10:140 ； (2) 加入以每Ikg衆(zhòng)料0.1 g的消泡劑，?；⒅樵谛\(zhòng)料混合后每200~220kg配lm3， 以合適的速率進行勾速攪拌1~2min ; (3) 加入占總質量比例的12%~14%的水進行混合攪拌3~5min，即制得灌漿料。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種高地溫隧道圍巖灌漿隔熱方法，其特征在于：所述的撓 動區(qū)灌漿漿料制備包括以下步驟： (1) 準備原材料，按照如下的質量百分比準備灌漿料的成分：礦渣粉60%~75%、粉 煤灰15%~25%、堿性激活劑5%~10%、超細玻璃纖維棉1 %~5%，?；⒅槊?00~ 220kg 配 Im3; (2) 將全部成分摻入強制式攪拌機進行攪拌，以合適的速率進行勻速攪拌1~2min ; (3) 按照水灰比0. 4~0. 5的比例加水混合攪拌3~5min，即制得灌漿料。4. 根據(jù)權利要求2所述的一種高地溫隧道圍巖灌漿隔熱方法，其特征在于：所述的消 泡劑由聚醚與脂肪醇反應后經疏水分散配置而成。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種高地溫隧道圍巖灌漿隔熱方法，其特征在于：損傷區(qū)灌 漿的區(qū)域為（山，山+1. 0)，在撓動區(qū)灌漿的區(qū)域為（d2, d2+0. 5)。6. 根據(jù)權利要求1所述的一種高地溫隧道圍巖灌漿隔熱方法，其特征在于：所述聚氨 酯樹脂噴射厚度為5~10cm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高地溫隧道圍巖灌漿隔熱方法，屬于隧道及地下工程領域。本發(fā)明包括以下步驟，根據(jù)地質條件確定灌漿區(qū)域，分別定義損傷區(qū)和撓動區(qū)的半徑為d1和d2，進行損傷區(qū)灌漿漿料配合比設計得到滿足損傷區(qū)性能要求的灌漿漿料；進行撓動區(qū)灌漿漿料配合比設計得到滿足撓動區(qū)性能要求的灌漿漿料；隧道開挖后，在開挖變形之前進行初期支護，并按照一定間距采用自上而下分段灌漿法鉆孔并清孔，分段安置灌漿塞；支護后圍巖變形穩(wěn)定時，采用自上而下分段灌漿法進行分段灌漿，在撓動區(qū)灌漿完畢后取出灌漿塞，再進行損傷區(qū)的灌漿；在撓動區(qū)外側噴射一層聚氨酯樹脂硬質泡沫；灌漿完成后封孔。
【IPC分類】E21D11/38, E21D11/10
【公開號】CN105065039
【申請?zhí)枴緾N201510585580
【發(fā)明人】陳國慶, 李樂, 李天斌, 楊洋
【申請人】成都理工大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年9月14日