CN210690337U - 一种动水条件下注浆封堵效果评价装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种动水条件下注浆封堵效果评价装置，属于地下工程防渗堵漏技术领域。该装置包括动水***、注浆***、模拟裂隙设备、废液收集桶、数据采集及处理***和图像采集***。能够直观地观察不同流速和流向动水下浆液注入裂隙后的扩散过程和规律。通过实时监测注浆压力、裂隙中凝胶分布、末端液体流量以及堵水率来评价浆液封堵效果。该装置能模拟在不同动水流速和流向下浆液的封堵能力。此外，该装置能评价裂隙中填充不同地层材质后注浆封堵效果。该装置结构合理而紧凑，价格低廉，操作简单，工作效率高，精确度高，能为注浆施工提供一种简便、快速、有效、科学的理论指导。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种动水条件下注浆封堵效果评价装置，属于地下工程防渗堵漏技术领域。
背景技术
由于环境的特殊性，地下工程及隧道工程极易发生渗漏水事故。据统计，北京已运营地铁40％以上存在渗漏水问题，同时由于结构渗漏水、基底涌水等因素导致的地铁施工事故比例高达56％。渗漏水导致路面积水，铁轨损坏，降低车轮轨道之间附着力，严重影响行车安全性；寒冷地区，渗漏水形成的悬挂冰柱掉落及隧道内路面结冰造成的行车滑溜会直接威胁行人及行车生命安全；长期渗漏水侵蚀衬砌混凝土，出现腐蚀、剥落甚至开裂，大大降低隧道结构质量和承载力，缩短使用寿命，严重腐蚀隧道内照明、通信和通风等附属设施，加速设备线路老化损毁，造成电源设备短路、跳闸等事故。渗漏水问题不仅造成能源和资源的大量浪费，更影响到建筑业形象的提升与和谐社会的建设，甚至会危害运营期人员和设备的安全。
由于注浆封堵工程的隐秘性和复杂性，浆液注入地层后的扩散过程和规律难以展示，并且注浆材料理化性质在地下水流环境下存在时变性，地下水不同流速、流向、流动方式都会对浆液扩散和封堵产生不利影响。此外，裂隙所在地层情况、孔隙分布情况、注浆压力、注浆流量等因素都影响注浆封堵效果。目前，国内注浆模拟试验的研究非常薄弱，致使注浆施工缺乏正确的理论指导，许多工程仅凭经验进行，无法评价注浆后止水的效果，造成材料大量浪费和工时拖延，注浆效果差等现象。
实用新型内容
本实用新型设计了一种动水条件下注浆堵漏效果评价装置，能够直观地观察不同流速和流向动水下浆液注入裂隙后的扩散过程和规律。通过实时监测注浆压力、裂隙中凝胶分布、末端液体流量以及堵水率来评价浆液封堵效果。此外，裂隙中填充不同地层材质能考察浆液的渗透性和封堵能力。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：所述动水条件下注浆堵漏效果评价装置，其结构特征在于，包括动水***、注浆***、模拟裂隙设备、废液收集桶、数据采集及处理***和图像采集***。
为了在试验中提供稳定水流流速，所述的动水条件下注浆堵漏效果评价装置的动水***需要设计可调节动水流速的设备，包括动水装置和进水口。动水装置由蠕动泵、流量计和储水箱组成，
注浆***由注浆机和压力表组成。注浆机优选注浆速度可调的双液注浆机。压力表设置在注浆嘴上，用于记录注浆压力。
为了使模拟裂隙设备具有浆液扩散规律可观性和数据可采性，所述动水条件下注浆堵漏效果评价装置的模拟裂隙设备选用透明亚克力板或有机玻璃。裂隙分为上板和下板，均设为宽度25cm，长度200cm。上板一端开有5个注水孔(9-0)，靠近注水孔(9-0)设有凹槽，使水流经凹槽后由管流转化为裂隙流。距离凹槽30cm处开有注浆孔(10)，距离注浆孔左侧10cm和30cm处分别开有孔隙水压力传感器连接孔(8-1)(8-2)，孔径8mm。下板在与上板相同位置设置凹槽，并在另一端末端均匀分布3个直径15mm的出水孔(11)，出水孔对应连接废液收集桶。将不同尺寸的塑胶条置于两层板之间模拟不同裂隙张开度。
其中蠕动泵(2)用于控制经多个水平水流注水孔(9-0)的动水流量，因此蠕动泵(2)的通道数不能少于注水孔(9-0)的个数。
为了模拟不同地层裂隙中浆液的渗透性和封堵能力，所述动水条件下注浆堵漏效果评价装置的两层板之间可以用碎石、砂砾等填充。
为了模拟不同水流流向和方式对注浆扩散的影响，所述的所述动水条件下注浆堵漏效果评价装置的与上板分别设置四个进水口，一个设置在靠近注浆口，两个设置在上板的上下边界处，一个设置在靠近出水口(11)处。进水口均有单通道蠕动泵、流量计和储水箱来控制动水流速。
废液收集桶(5)用于收集从裂隙中流出的水、浆液和凝胶，也可以设置天平(6)，废液收集桶置于天平(6)上，用于直接观测，并通过压力传感器(14)将废液重量传输至计算机
所述的数据采集及处理***(16)由重力传感器(14)、压力传感器(13)、秒表和计算机组成，重力传感器(14)实时采集裂隙末端流出的液体和凝胶重量，压力传感器(13)分别位置第一(8-1)、二(8-2)、三(8-3)传感器连接孔处，用于实时检测、采集注浆和动水压力，其中8-1和8-3用于实时监测裂隙中动水的压力，而8-2则与注浆机上的压力表配合使用用于监测注浆压力。图像采集***是具有录像功能的相机，用于全时记录注浆过程浆液扩散和封堵过程。
根据上述一种动水条件下注浆堵漏效果评价装置，可以进行如下模拟及评价：
情况一：模拟裂隙流情况，并评价浆液注浆封堵效果
步骤A：将胶条放置于上、下板之间并用胶带封上，形成具有一定张开度的模拟裂隙；
步骤B：设置注水口处动水流速，动水由5个进水口(9-0)进入，封堵其余进水口，启动5通道蠕动泵(2)，蠕动泵(2)用于调节进水口(9-0)的动水流速。
步骤C：将注浆嘴***裂隙上板注浆口(10)，配制待注浆液，设置注浆流量，开启双液注浆机开始注浆，注浆开始时打开相机记录注浆过程。
步骤D：废液收集桶(5)收集从3个出水口流出的，用于模拟裂隙流出的液体，通过重力传感器(14)将数据传输至计算机，绘制出末端液体流量与注浆时间曲线图。通过注浆嘴上压力表和置于第二传感器连接孔(8-2)的压力传感器，将注浆压力传输于计算机，绘制出注浆压力与注浆时间曲线图。
步骤E：注浆结束稳定后，计算动水流量减小值与初始动水流量的比值用于评价浆液的封堵效果，按下式计算堵水率：
式中：SE—堵水率，％，
Q0—注浆前初始动水流量，g/h。
Qg—注浆结束后动水流量，g/h。
最终，根据浆液扩散和分布情况、堵水率、注浆压力来评价浆液的注浆封堵效果。进一步，浆液扩散并分布于整个裂隙内、最终注浆压力大且堵水率大于80％以上，说明该浆液注浆封堵效果较好。
情况二：模拟与注浆方向相反、垂直于注浆方向、裂隙边界的水流，并评价浆液注浆封堵效果
步骤F：根据需要选择进水口(9-0)或进水口(9-1)、或进水口(9-2)、或者进水口(9-3)、或者进水口(9-4)，封堵其余进水口，开启单通道蠕动泵，设置动水流速，按照步骤C、步骤D、步骤E进行试验，绘制出末端液体流量与注浆时间以及注浆压力与注浆时间曲线图，并计算出堵水率，评价浆液在不同动水流下的注浆封堵效果。
情况三：模拟不同地层的裂隙注浆封堵情况
步骤G：模拟不同地层的裂隙注浆封堵情况，将地层材质置于透明下板上，胶条放置于两块透明板之间并用胶带封上，形成具有一定张开度的模拟地层填充裂隙；按照步骤B、步骤C、步骤D、步骤E进行试验，绘制出末端液体流量与注浆时间以及注浆压力与注浆时间曲线图，并计算出堵水率，评价浆液在不同动水流下的注浆封堵效果。
与现有的技术相比，本实用新型动水条件下注浆堵漏效果评价装置有益效果在于，该装置具有图像采集***能直观地观察不同流速和流向动水下浆液注入裂隙后的扩散过程和规律。具有数据采集及处理***，能对动水流速、废液重量、注浆压力、凝胶时间等进行实时监测，并绘制末端液体流量与注浆时间以及注浆压力与注浆时间曲线图，计算浆液堵水率。该装置能模拟在不同动水流速和流向下浆液的封堵能力。此外，该装置能评价裂隙中填充不同地层材质后注浆封堵效果。并且，该装置结构简单，使用简便，测试准确。
附图说明
图1为动水条件下注浆堵漏效果评价装置结构示意图。
图2为图1的模拟裂隙上板主视图。
图3为图1的模拟裂隙下板主视图。
具体实施方式
为了使上述动水条件下注浆堵漏效果评价装置更明显易懂，以下结合附图说明和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但并不限于以下实施例。
1-动水***，2-蠕动泵(5通道)，3-流量计，4-储水箱，5-废液收集桶，6-电子天平，7-模拟裂隙设备，8-压力传感器连接孔，9-注水口，10-注浆口，11-出水口，12-单通道蠕动泵，13-压力传感器，14-重力传感器，15-图像采集***，16-数据采集及处理***，17-双液注浆机，18-压力表。
实施例1模拟裂隙流情况，并评价浆液注浆封堵效果
步骤a：将高度为2mm胶条放置于两块亚克力板之间并用胶带封上，形成张开度为2mm的模拟裂隙。
步骤b：设置5个注水口(9-0)处动水流速为4cm/s，启动5通道蠕动泵。封堵其余进水口；
步骤c：将注浆嘴***裂隙上板注浆口，配制待丙烯酸盐灌浆材料A液和B液，设置注浆流量400L/min，开启双液注浆机开始注浆，注浆开始时打开相机记录注浆过程。
步骤d：收集模拟裂隙中流出的液体，并将液体重量数据传输至计算机，绘制出末端液体流量与注浆时间曲线图。通过注浆嘴上压力表可以直接读取注浆压力，置于第二传感器连接孔(8-2)的压力传感器将注浆压力传输于计算机，绘制出注浆压力与注浆时间曲线图。
步骤e：注浆结束稳定后，计算出堵水率为95.52％。并且注浆结束后浆液扩散并填充布满了裂隙整个横断面，浆液固化后的凝胶在裂隙中留存较完整，注浆压力由小到大，最终达到压力表极限值，说明裂隙被浆液有效地封堵了。
实施例2模拟不同地层的裂隙注浆封堵情况
步骤a：将碎石和砂砾放于亚克力板之上，选用高度为4mm胶条放置于两块亚克力板之间并用胶带封上，形成填充碎石和砂砾并且张开度为4mm的模拟裂隙。
步骤b：设置注水口处动水流速为6cm/s，启动5通道蠕动泵，封堵其余进水口。
步骤c：将注浆嘴***裂隙上板注浆口，配制待丙烯酸盐灌浆材料A液和B液，设置注浆流600L/min，开启双液注浆机开始注浆，注浆开始时打开相机记录注浆过程。
步骤d：收集模拟裂隙中流出的液体，并将液体重量数据传输至计算机，绘制出末端液体流量与注浆时间曲线图。通过注浆嘴上压力表和置于第二传感器连接孔(8-2)的压力传感器，将注浆压力传输于计算机，绘制出注浆压力与注浆时间曲线图。
步骤e：注浆结束稳定后，计算出堵水率为86.03％。并且注浆结束后浆液扩散并填充布满了裂隙中碎石和砂砾之间，注浆压力由小到大，最终达到压力表极限值，说明碎石砂砾地层裂隙注浆后实现了有效封堵。
实施例3模拟复杂动水情况下的裂隙注浆封堵情况
试验具体实施步骤包括如下：
步骤a：选用高度为1mm胶条放置于两块亚克力板之间并用胶带封上，形成张开度为1mm的模拟裂隙。
步骤b：设置注水口(9-0)处动水流速为4cm/s，启动5通道蠕动泵。
步骤c：将注浆嘴***裂隙上板注浆口，配制待丙烯酸盐灌浆材料A液和B液，设置注浆流600L/min，开启双液注浆机开始注浆，注浆开始时打开相机记录注浆过程。
步骤d：打开布置与裂隙边界的进水口(9-1)单通道蠕动泵，并设置进水口流速为4cm/s。也可以根据需要选择进水口(9-2)，或者进水口(9-3)，或者进水口(9-4)，或者是任意的组合。
步骤e：收集模拟裂隙中流出的液体，并将液体重量数据传输至计算机，绘制出末端液体流量与注浆时间曲线图。通过置于第二传感器连接孔(8-2)的压力传感器，将注浆压力传输于计算机，绘制出注浆压力与注浆时间曲线图。
步骤f：注浆结束稳定后，计算出堵水率为70.52％，并且凝胶在裂隙中存在溃水通，注浆压力未有较大变化，未能实现裂隙完全封堵。
Claims (7)
1.一种动水条件下注浆封堵效果评价装置，其特征在于，包括动水***、注浆***、模拟裂隙设备、废液收集桶、数据采集及处理***，和图像采集***；
所述的动水***用于调节动水流速，包括蠕动泵(2)、流量计(3)和储水箱(4)；
所述的注浆***用于向模拟裂隙设备注浆，包括注浆机(17)和压力表(18)，压力表设置在模拟裂隙设备上的注浆口(10)上，用于记录注浆压力；
所述的模拟裂隙设备用于模拟不同水流流向和方式对注浆扩散的影响，包括上板和下板，上板设有第一注水孔(9-1)、第二注水孔(9-2)、第三注水孔(9-3)、第四注水孔(9-4)、水平水流注水孔(9-0)，第一传感器连接孔(8-1)、第二传感器连接孔(8-2)、第三传感器连接孔(8-3)、注浆口(10)、上板凹槽；下板设有多个出水口(11)和下板凹槽，其中上板凹槽和下板凹槽位置对应；
其中，多个裂隙流注水孔(9-0)位于上板的一端，水流由裂隙流注水孔(9-0)注入，流经旁边由上板凹槽和下板凹槽构成的凹槽，模拟裂隙流，且由蠕动泵(2)调节动水流速；
第一注水孔(9-1)位于多个出水口(11)附近；
第二注水孔(9-2)、第三注水孔(9-3)分别设置在上板的上、下边界处，用于模拟边界水流；
第四注水孔(9-4)设置在注浆口(10)附近；
第一传感器连接孔(8-1)用于监测动水压力；
第二传感器连接孔(8-2)位于注浆口(10)附近，与注浆嘴上的压力表配合使用用于监测注浆压力；
第三传感器连接孔(8-3)位于凹槽附近，用于测量动水压力；
出水口(11)位于下板的另一端，对应连接废液收集桶；
所述的废液收集桶(5)用于收集从裂隙中流出的水、浆液和凝胶；
所述的数据采集及处理***由重力传感器(14)、压力传感器(13)、秒表和计算机组成，重力传感器(14)实时采集裂隙末端流出的液体和凝胶重量，压力传感器(13)分别位置第一、二、三传感器连接孔处，实时采集注浆和动水压力，图像采集***是具有录像功能的相机，用于全时记录注浆过程浆液扩散和封堵过程。
2.按照权利要求1所述的一种动水条件下注浆封堵效果评价装置，其特征在于，
所述的上板和下板均为宽度25cm，长度200cm；
所述的水平水流注水孔(9-0)设有5个，均匀分布，直径15mm；
所述的注浆口(10)距离凹槽30cm；
所述的第一传感器连接孔(8-1)距离注浆口(10)30-50cm；
所述的第二传感器连接孔(8-2)距离注浆口(10)5-10cm；
所述的第三传感器连接孔(8-3)距离凹槽5-10cm；
所述的传感器连接孔孔径均为8mm；
所述的出水口(11)设有3个，均匀分布，直径15mm。
3.按照权利要求1所述的一种动水条件下注浆封堵效果评价装置，其特征在于，所述的第一注水孔(9-1)、第二注水孔(9-2)、第三注水孔(9-3)、第四注水孔(9-4)均由单通道蠕动泵、流量计和储水箱来控制动水流速。
4.按照权利要求1所述的一种动水条件下注浆封堵效果评价装置，其特征在于，所述的注浆机可以选用注浆速度可调的双液注浆机。
5.按照权利要求1所述的一种动水条件下注浆封堵效果评价装置，其特征在于，所述的上、下板选用透明亚克力板或有机玻璃。
6.按照权利要求1所述的一种动水条件下注浆封堵效果评价装置，其特征在于，所述的上、下板之间还可以设置不同尺寸的塑胶条，用于模拟不同裂隙张开度。
7.按照权利要求1所述的一种动水条件下注浆封堵效果评价装置，其特征在于，所述的上、下板之间可以填充地层材质，用于模拟地层填充裂隙。
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| CN201920896090.5U CN210690337U (zh) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 一种动水条件下注浆封堵效果评价装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN112985757A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-06-18 | 山东大学 | 一种滨海岩溶地区动水注浆试验装置及试验方法 |
| CN114324110A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-12 | 中国海洋大学 | 富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置与方法 |
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| CN114324110B (zh) * | 2021-12-28 | 2023-10-17 | 中国海洋大学 | 富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置与方法 |
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