聚氨酯注浆封堵效果评价试验装置及试验方法与流程

本发明涉及隧道及地下工程，具体地指一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验装置及试验方法。

背景技术：

1、近年来，我国轨道交通事业发展迅速，特别是国家高铁网的建设及城市地铁线路修建，带来的隧道产业的高速发展。由于我国不同地区的水文地质差异明显，导致隧道在修建过程中穿越的地层环境复杂多样，隧道施工难度大大增加，而地下水对隧道修建带来的难题是目前隧道建设的重要一环，一方面地下水的赋存程度直接影响隧道成型质量及建设过程的不稳定性，另一方面地下水的存在会导致地层的进一步软化或破碎化，加剧隧道建设事故发生率。

2、目前针对隧道地下水处置及封堵的方法主要是采用聚氨酯或丙烯酸盐等封堵材料进行注浆堵漏，聚氨酯浆液采用多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇树脂等作为主要原材，并加入多种助剂配制而成。将浆液注入地层后，聚氨酯遇水即发生化学反应生成凝胶体，起到加固地基和防渗止漏的作用。聚氨酯灌浆原料来源广，而且可以加入廉价的无机填料，浆料成本较低，低毒甚至无毒。而常见聚氨酯材料为水性、油性及双组份，针对不同的封堵效果、加固要求及凝胶时间进行合理选择。但考虑到隧道施工过程中地层中地下水多数以流动形式分布，在不同流速动水作用下各类聚氨酯的凝胶效果也会存在一定的差异性，因此需要构建相关试验对不同流速地下水下聚氨酯注浆封堵效果进行评价。

3、如专利号为“cn115753482a”的名为“一种用于评价动水对聚氨酯凝胶效果的试验装置及方法”的中国发明专利，该专利提供了一种聚氨酯凝胶效果评价的装置和方法，该装置包括透明试验箱，试验箱顶部开设有聚氨酯注入口，试验箱的两端分别开设有进水口和出水口，出水口设置在靠近试验箱底部的位置，出水口设置有用于过滤聚氨酯形成的凝胶体的过滤层。试验时，记录试验箱试验前的质量；将质量为m的水以流速v通过进水口注入试验箱内，同时将质量为m的聚氨酯在压力p下通过聚氨酯注入口注入试验箱内，水完全注入所需时间大于聚氨酯完全注入所需时间；质量为m的水完全注入试验箱后，记录试验箱试验后的质量。该试验可得到不同聚氨酯或不同水流速度条件下最终形成凝胶体的质量，可以分析出同一水流速度下使用不同种类的聚氨酯的最终形成凝胶体的质量，以及不同水流速度下使用同一种聚氨酯的最终形成凝胶体的质量。但该方法也存在一些问题，实际使用过程中，水流只是对于聚氨酯凝胶体形成的一种影响因素，不同分布形态的介质对聚氨酯凝胶体的形成也存在极大的影响，但目前现有试验装置并没有考虑到此类问题，对于聚氨酯凝胶体形成的研究是不全面的，实际应用时存在较大的偏差。

技术实现思路

1、本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验装置及试验方法。

2、本发明的技术方案为：一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验装置，包括，

3、反应管路，所述反应管路是可存放与聚氨酯、水反应介质的透明管道结构，所述反应管路上设置有进水口、出水口以及多个聚氨酯入口；所述出水口设置有用于过滤聚氨酯形成的凝胶体的过滤网；

4、聚氨酯注入单元，所述聚氨酯注入单元包括齿轮泵、连接齿轮泵与反应管路的多个聚氨酯入口的输送管路以及用于记录聚氨酯泵送流量的涡轮式流量计；

5、水注入单元，所述水注入单元包括输送泵、连接输送泵和反应管路的吸入管路、设置于吸入管路上用于监测水流流量的电磁流量表以及设置于吸入管路末端的单向阀；

6、监测单元，所述监测单元包括安装在出水口处的电磁流量计以及用于对电磁流量计进行数据监测的控制器。

7、根据本技术提供的一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验装置，所述反应管路是多节单元管依次连接形成的水平管道结构；所述单元管两端开口，相邻单元管之间通过法兰密封固连为一体。

8、根据本技术提供的一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验装置，所述反应管路沿轴向方向布置有多个注入支路；所述注入支路一端与输送管路连通、另一端穿过单元管与反应管路连通，注入支路上安装有控制注入支路通断的支路阀门；相邻注入支路之间的输送管路上安装有控制球阀。

9、根据本技术提供的一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验装置，所述反应管路在进水口与靠近进水口最近的注入支路之间设置有用于监控反应管路压力变化的压力表。

10、根据本技术提供的一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验装置，所述反应管路的轴向两端分别设置有第一变径管和第二变径管；所述第一变径管的小头端连接吸入管路、大头端连接反应管路；所述第二变径管的大头端连接反应管路、小头端连接电磁流量计。

11、根据本技术提供的一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验装置，还包括废液收集单元；所述废液收集单元包括与反应管路的出水口连通的废液管路以及与废液管路出口端连通的收集桶；所述电磁流量计安装在废液管路上。

12、本技术还提供一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验方法，所述试验方法利用上述的一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验装置进行操作，包括，

13、根据试验要求在反应管路内填充介质，根据试验要求在反应管路上选择设定点位；

14、利用水注入单元向反应管路内注入纯水；

15、利用聚氨酯注入单元按照设定流量和设定点位向反应管路内注入聚氨酯溶液；

16、基于电磁流量计判断反应管路试验进程，在反应管路完全封堵时关闭齿轮泵；

17、待反应管路内反应完全稳定后，观察反应管路内聚氨酯凝胶体反应情况，基于聚氨酯凝胶体的分布形态和堆积形态对聚氨酯注浆封堵效果进行评价分析。

18、根据本技术提供的一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验方法，所述根据试验要求在反应管路内布置介质的方法包括：在反应管路内填筑设定高度的介质；所述介质为砂或/和碎石；所述设定高度为大于等于0且小于等于反应管路内腔高度的任一高度。

19、根据本技术提供的一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验方法，所述根据试验要求在反应管路上选择所需的聚氨酯入口的方法包括：选择某一聚氨酯入口作为设定点位，将设定点位的聚氨酯入口对应的注入支路开启；选择另一聚氨酯入口作为观察点位，将观察点位的聚氨酯入口对应的注入支路进行关闭并将其与输送管路断开；将其他的聚氨酯入口对应的注入支路进行关闭。

20、根据本技术提供的一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验方法，所述基于电磁流量计判断反应管路试验进程的方法包括：在电磁流量计读数完全为0时判断当前流过电磁流量计的液体完全为聚氨酯溶液。

21、本技术的优点有：1、本技术不仅仅能够针对纯水条件下聚氨酯注浆封堵效果进行试验，还能够通过在反应管路内填充试验所需的介质，分析在地下动水、不均匀介质会对聚氨酯凝胶时间等影响程度，特别是在不同流速情况、不同聚氨酯品种下的聚氨酯与水反应规律，进而对现场聚氨酯注入效果有初步的判断，指导现场聚氨酯封堵施工；本技术的试验装置能够更加贴切的模拟现场实际情况，得到的评价结果更为准确和真实，且整体试验方法简单，操作方便，具有极大的推广价值；

22、2、本技术的反应管路是多个单元管相互连接形成的透明管道结构，反应管路方便试验人员对聚氨酯注浆封堵效果的直接观察，同时相互连接的可拆卸结构方便试验完成后对反应管路进行拆除清洗，反应管路可以重复使用，极大程度降低了试验成本；

23、3、本技术的反应管路上设置有多个注入支路，每个注入支路可以进行单独控制，多个注入支路对应多个点位，可以方便试验人员分析不同连接点聚氨酯凝胶体在不同时间段的高度变化，便于后续进行数据及试验的效果分析，试验分析的内容和项目得到了极大程度的拓展；

24、4、本技术通过在反应管路上设置压力表，压力表可以实时对反应管路内的压力变化进行监测，试验人员可以基于压力表的变化判断当前试验的，方便试验人员的操作，以便于获得更为准确的试验结果；

25、5、本技术在反应管路的两端设置变径管，第一变径管方便水流能够均匀充填到反应管路内，使聚氨酯能够更为充分与纯水发生反应，形成稳定的层流以此提升聚氨酯注浆反应的效果，第二变径管方便水流的排出，同时避免形成的聚氨酯凝胶进入到后续结构中；

26、6、本技术还对反应后的废液进行收集，一方面避免废液污染环境，另一方面也能够通过收集废液进行处理后二次利用，进一步降低试验的成本，避免出现浪费；

27、7、本技术还提供一种聚氨酯注浆封堵效果评价试验方法，本技术的试验方法非常的简单，可辅助工程技术人员清晰聚氨酯浆液在注入至地下动水条件下的反应效果，分析在地下动水、不均匀介质会对聚氨酯凝胶时间等影响程度，特别是在不同流速情况、不同聚氨酯品种下的聚氨酯与水反应规律，进而对现场聚氨酯注入效果有初步的判断，指导现场聚氨酯封堵施工；

28、8、本技术可以在反应管路内填充介质，通过在反应管路内设置不同分布形态的介质(如砂、碎石等)，研究不同聚氨酯流速、水流速度情况下完全封堵反应管路所需的时间及反应规律，同时可以分析聚氨酯在注入不同动水环境下的有效利用情况，通过对生成的聚氨酯凝胶体的分布状态、堆积形态进行实时监测，进一步获取聚氨酯与水反应下的聚氨酯堆积封堵变化规律，对研究隧道内动水环境下聚氨酯的合理组分配比、不同流速及不同介质下聚氨酯流速的选择起到良好的指导作用；

29、9、本技术还能够针对不同的设定点位进行聚氨酯封堵试验，通过设置多个点位，供现场工程技术人员进行合理选择，为隧道施工中有效地下水封堵及加固起到试验支撑，确保隧道渗漏水的有效治理；

30、10、本技术对于管路反应情况的判断非常的简单，通过观察电磁流量计的读数变化，就可以获取当前聚氨酯溶液注入的情况，在电磁流量计读数完全为0时判断当前流过电磁流量计的液体完全为聚氨酯溶液，整体判断准确，且简单直观。

31、本技术设计了一套地下动水条件下用于多地层介质聚氨酯注浆封堵效果评价试验装置及方法，通过设计的试验装置，可辅助工程技术人员清晰聚氨酯浆液在注入至地下动水条件下的反应效果，分析在地下动水、不均匀介质会对聚氨酯凝胶时间等影响程度，特别是在不同流速情况、不同聚氨酯品种下的聚氨酯与水反应规律，进而对现场聚氨酯注入效果有初步的判断，指导现场聚氨酯封堵施工；

32、与此同时，本技术的装置通过在反应管路内设置不同分布形态的介质(如砂、碎石等)，研究不同聚氨酯流速、水流速度情况下完全封堵反应管路所需的时间及反应规律，同时可以分析聚氨酯在注入不同动水环境下的有效利用情况，通过对生成的聚氨酯凝胶体的分布状态、堆积形态进行实时监测，进一步获取聚氨酯与水反应下的聚氨酯堆积封堵变化规律，对研究隧道内动水环境下聚氨酯的合理组分配比、不同流速及不同介质下聚氨酯流速的选择起到良好的指导作用，可提供聚氨酯有效封堵时间，供现场工程技术人员进行合理选择，为隧道施工中有效地下水封堵及加固起到试验支撑，确保隧道渗漏水的有效治理。