非水反应高聚物注浆防渗加固技术(2015-4)

1、2014年度国家技术发明奖成果菲水反应高聚物SWt渗术王复明郑州大学重大基础设施检测修复国家地方联合工程实验室河南省水利与交通基础设施安全防护协同创新中心2015年4月19日主要内容一注浆技术发展概况 二道路与铁道非开挖维修高聚物注浆技术 三堤坝防渗高聚物注浆成套技术及装备 四隧道与地下管道非开挖修复技术 五推广应用情况注浆技术的发展> 4802年,法国,粘土石灰浆，悬浊液注浆> 4838年,英国,水泥浆，悬浊液注浆> 4 884年,印度,化学浆液，真溶液注浆> 20世纪60年代,有机高分子材料为基础化学浆材> 20世纪80年代,各类环保型化学浆材相继问世化学注浆

2、材料的分类 水玻璃类 丙烯酰胺类（丙凝） 木质素类 麻醛树脂类 聚氨酯类 环氧树脂类 糠醛树脂类聚乙烯醇类聚氨酯类高聚物注浆材料分类亲水型水反应类Y疏水型开孔材料聚氨酯注浆材料叫水敏感型闭孔材料Y-水不敏感型双组份发泡体Y 非水反应类£I双组份弹性体水反应聚氨酯类高聚物注浆材料单组份材料：水作为另一种组份参与反应亲水性高聚物材料：反应完成后仍继续吸收水分。 反应速度快，稳定性较差。疏水性高聚物材料：反应完成后不再吸收水分。耐 久性好。主要用于接缝和裂隙防渗，不适用于土体 注浆水反应高聚物注浆技术难以封堵大流量涌水2011年日本福岛核电站竖井涌水，采用遇水反应高聚物材料封堵未取得成功。

3、非水反应高聚物注浆技术逐步成为国际上的前沿 方向A目前在材料研发方面取得较大进展A关于此类新材料的注浆机理、防渗加固技术 工法及施工装备尚需突破新型非水反应高聚物注浆材料非水反应高聚物注浆材料工程特性环保特性20391tiOG'：MZIg*刚高聚物材料抗潘性能检测报告耐腐蚀性抗渗性力学特性IX样单權咎日检测嵋号I 379205-0样&S«wi£ « ln.$>eci生产Man Ilfs4托Cli-en 矗牺Japacti委IE的位，却州忧特集础工1¥幡慨有固公司检諾興住 gjfcMI报吿HMm20（煤年06月15 1泄南Llcna环

4、保特性高聚物注浆材料中欧洲化学品管理署高关注物质检测结果（单位：%）序号检测项目CAS号EC号检出限检测结果1蔥120-12-7204-371-10.0005未检出2邻苯二甲酸丁节酯85-68-7201-622-70.005未检出3邻苯二甲酸二丁酯84-74-2201-557-40.005未检出4邻苯二甲酸二（2-乙基已基）酯117-81-7204-211-00.005未检出5六漠环十二烷及其非对映异构体25637-99-4 and 3194-55-6 (134237-51-7, 134237-50-6, 134237-52-8)247-148-4/221-695-90.005未检出64.4，

5、-二氨基二苯基甲烷101-77-9202-974-40.005未检出7短链型C10C13氯化石蜡85535-84-8287-476-50.01未检出8二甲苯麝香81-15-2201-329-40.005未检出9二乙碑酸酯15606-95-8427-700-20.005未检出10氧化双二丁基锡56-35-9200-268-00.01未检出11二氯化钻7646-79-9231-589-40.01未检出12五氧化二碑1303-28-2215-116-90.01未检出13三氧化二碑1327-53-3215-481-40.01未检出14重锯酸钠7789-12-0, 10588-01-9234-190-3

6、0.01未检出高聚物注浆材料中欧洲化学品管理署高关注物质检测结果（单位：%）序号检测项目CAS号EC号检出限检测结果15碑酸氢铅7784-40-9232-064-20.01未检出162, 4-二硝基甲苯121-14-2204-450-00.005未检出17蔥油90640-80-5292-602-70.050未检出18蔥油，蔥糊，轻油91995-17-4295-278-519蔥油，蔥糊，蔥馅分91995-15-2295-275-920蔥油，含蔥量少90640-82-7292-604-821蔥油，蔥糊90640-81-6292-603-222邻苯二甲酸二异丁酯84-69-5201-553-20.0

7、05未检出23硅酸铝， 耐火陶瓷纤维Index No. 650- 017-00-80.01未检出24错硅酸铝，耐火陶瓷 纤维Index No. 650- 017-00-80.01未检出25辂酸铅（锯黄）7758-97-6231-846-00.005未检出26铝锯红（C.匚颜料红104）12656-85-8235-759-90.005未检出27辂酸铅（CI.颜料黄34）1344-37-2215-693-70.005未检出28三（2-氯乙基） 磷酸酯115-96-8204-118-50.005未检出29煤沥青，高温65996-93-2266-028-20.050未检出A环保特性高聚物材料浸出性毒性

8、试验和探索性模拟试验检测结果检測结果(mg/L)生活饮用水标准 限值(mg/L)检測项目原蒸憾水浸岀性毒性试验探索性模拟试验24小时48小时24小时48小时PH值6.26.36.26.26.2六价铅CM+<0.05<0.05<0.05<0.05<0.050.05神As<0.005<0.005<0.005<0.005<0.0050.05镉Cd<0.0001<0.0001<0.0001<0.0001<0.00010.005铜Cu<0.0010.0070.006<0.001<0.0011.0汞

9、Hg<0.00005<0.00005<0.00005<0.00005<0.000050.001铅Pb<0.005<0.005<0.005<0.005<0.0050.01Cr<0.005<0.005<0.005<0.005<0.005硒Se<0.01<0.01<0.01<0.01<0.010.01铁Fe<0.0010.0040.004<0.001<0.0010.3Mn<0.0010.0070.0050.0010.0010.1铝Al3+<0.0010

10、.0050.005<0.001<0.0010.2锌Zn<0.0010.0020.0020.0110.0091.0耐化学腐蚀性溶液名称体积损失率()评价等级氢氧化鞍(10%)3.4良好盐酸(10%)4.2良好硫酸(10%)5.6良好氢氧化钠(10%)1.1优良氢氧化钠(浓)2.6优良甲醇4.1良好乙醇3.9良好煤油3.5良好汽油3.6良好机油2.3优良水0优良抗渗性能8 60 04O2O抗渗性能随密度变化，可以根据工程实际灵活设计A膨胀力oo6o3o o o4/2edw'dz 当堂 yw9o8o6o.75 c o?.4o3o2 ooo o oo7o5-10.000.10

11、.20.30.40.50.60.70.80.91材料密度/g cm-3强度随密度变化，可以根据工程实际灵活设计抗拉强度/MPa申弓®/Mpa112233050505059ES 阀ooooooo6O00oO3C mi3OO50Q9高速公路与高速铁路发展迅速,养护维修任务繁重12000010000080000600004000020000 0高速铁路里程（公里）高速公路10.44万公里，每 年10%大中修，维修面积超 过1亿m?高速铁路11万公里，路基 沉降问题凸显开发快速检测非开挖维 修技术具有重要意义。传统开挖维修方法传统的开挖维修方法 工期长、造价高、对交 通和环境影响大。公路开挖

12、维修道路与铁道非开挖维修高聚物注浆技术解决的关键学术技术问题路基路面材料特性反演理论高速公路病害识别与非开挖修复技术高速铁路无酢轨道下沉快速修复技术动力检测（落锤弯沉仪）WOCU.*荷载W1E4传感器E2E3口力学特性反演理论刚度、强度、承载能力电磁检测（探地雷达）u介电特性反演理论厚度、压实度、含水量半刚性基层沥青路面主要特点中国的高速公路以半刚性基层沥青路面为主，基层开裂、脱空、唧泥翻浆是养护维修的主要难点。开挖换填施工慢，需要养生路面再生施工较快表层修复，不能根治深层病害周边施工缝容易产生次生 病害表层修复，不能根治深层病害路面再生开挖换填施工慢，需要养生施工较快表层修复，不能根治深层病

13、害表层修复，不能根治深层病害周边施工缝容易产生次生病害表层修复，不能根治深层病害道路隐含病害非开挖维修高聚物注浆技术研究揭示了高聚物材料对路基路面的作用机理，提岀 了无损检测与高聚物注浆相结合的隐含病害快速处治 新方法道路隐含病害非开挖维修高聚物注浆技术无损检测诊断隐含病害高聚物注浆针对性修复水泥混凝土路面板底注浆技术半刚性基层沥青路面基底注浆技术多层修复，填充脱空，排除积水积泥高铁无祚轨道抬升高聚物注浆技术高速铁路无祚轨道沉降高聚物膜袋注浆抬升示意图高铁无祚轨道抬升高聚物注浆技术高速铁路无祚轨道沉降高聚物导管注浆抬升示意图2013年8月我国东北的洪灾导致黑龙江干流堤坝接连溃口，85人死亡,

14、105人失踪，直接经济损失161.4亿元。我国水利基础设施安全形势严峻已建成的87万座水库中， 有4万多座属于病险水库现有堤防29万多公里,约 2/3达不到防洪标准病险尾矿坝有2000余座垃圾填埋场截污坝普遍存 在渗漏问题大量的火电厂储灰坝存在 安全隐患现行主要堤坝防渗技术现行的以水泥类材料为 基础的堤坝防渗技术，施工 条件要求高，对坝体破坏较 大，防渗体的抗震抗裂性能 较差。开发新型堤坝防渗技术 对堤坝安全保障具有重要 意义。混凝土防渗墙技术堤坝防渗高聚物注浆成套技术及装备解决的关键学术技术问题非水反应高聚物注浆材料扩散机理 堤坝柔性防渗体高聚物注浆技术.高聚物注浆施工系列化成套装备堤坝防渗

15、高聚物注浆技术及装备研制了堤坝防渗加固成套施工装备,1¥1开发了堤坝防渗加固技术，形成了成套施工工法揭示了高聚物材料在土体中的片状扩散机理,建立高聚物定向劈裂与流动填充理论提出了柔性防渗理念，研发了堤坝除险加固新型高聚物注浆材料堤坝防渗高聚物定向扩散注浆方法发现非水反应高聚物材料在土体中呈片状扩散，不符合传统的球形扩散或柱状扩散基本假定高聚物材料高聚物材料呈片状扩散按传统注浆理论构想的防渗体形式基于断裂土力学理论，建立了高聚物片状扩散理论模型饗碌 ETWiiro 理跌端（破（未WmX）L,提岀了静压成槽、开缝引导、片状搭接高聚物定向扩散注浆新方法现场开挖结果表明，高聚物在坝体中沿着引

16、导方向形成相互搭接的片状防渗体1射高聚物材料现场开挖定向劈裂搭接形成防渗体柔性连续防渗墙高聚物注浆技术建立了高聚物在土体槽模中的流动填充理论，并进行了 试验验证高聚物在槽模中流动填充数值模拟高聚物在槽模中流动填充模型试验提岀了套孔压槽、提注同步、无缝连接柔性防渗墙高 聚物注浆新方法现场开挖和灌水试验结果表明，高聚物连续墙防渗 效果良好堤坝防渗加固技术装备静力压槽施工装备解决了套孔导向、提杆与注浆同步施工关键技术难题。定向劈裂注浆 “双翼型”成槽板超薄防渗墙注浆 “三锥头”成槽板注浆功能的“三锥头”成槽板静力压槽施工装备解决了套孔导向、提杆与注浆同步施工关键技术难题。履带式静压成槽装备静压成槽施

17、工示意连续提升高聚物注浆方法和控制装备高聚物提升注浆控制系统连续提升注浆工作示意集成式、拖挂式高聚物注浆系统配比精密、温合充分、自动调压控温、适应性强。集成式高聚物注浆系统拖挂式高聚物注浆系统1lEkf,公路隧道800多万米, 地铁3100多公里。絹易网易新两 B內鈿两 JF立.1-石篩一入壬淀讪.搜武广离谀施工致广州爭区地山i塌陥2O1O-5-IO 05:10:27*5i®: &¥冋-里域 8TJR CL*tD 8RHA 725 fk 手机.若諦何移心4®水：竝曰，严州帚地鴻调浣祚出L州祜白W区釜沙洲地区地面扌=陆.地面 沉降洞査报吉，称派林花园、向內旳

18、2-2S4J号、眇凤新村赁建房毎发生不均匀沉降是由 武厂客运七线隧道施工大暑抽刃卜地下水引发.地面塌陷、房屋开裂。四. 隧道戦1TF勞這菲升挖ii修肓聚物注浆技术隧道安全形势严峻缺乏高效的堵水技术， 被动抽排渗漏水破坏了 原生态水系，甚至造成武广客运专线隧道施工抽排地下水引起地陷地下管道安全形势严峻地下管网是城市生命线。仅供水、排水、燃气、供热四类管线长度就已超148万公里，养护维修面临巨大挑战地下管道渗漏，地面坍塌，环境污染事故时有2013年11月，山东青岛输油管道泄漏原油 进入市政排水暗渠，遇火花发生爆炸，造成62 人死仁136人受你直接经济损失75172万元。发生现行开挖修复方法A工期长

19、»造价高对交通和环境影响大发展快速非开挖修复技术势在必行。1隧道与地下管道非开挖修复技术解决的关键学术技术问题隧道安全防护技术 地下管道非开挖修复技术隧道底板脱空高聚物注浆维修技术隧道渗漏水封堵高聚物复合注浆技术针对隧道渗漏涌水封堵技术难题，提岀了高聚物膜袋自膨胀封孔和反压复合注浆方法地下管道接触渗漏治理高聚物导管注浆技术针对地下管道与土体接触渗漏问题，研发了高聚物导管 注浆防渗技术K管内注浆管外注浆沙防渗高聚物复合注浆技术针对软土、流沙等不良地质条件下地下管道破损或沉陷 产生的管道错缝渗漏、流沙等问题，研究开发了高聚物膜袋注浆与导管注浆相结合的复合注浆技术和水下注浆脱空区注浆管水下

20、注浆膜袋地下管道沉降抬升膜袋桩注浆技术针对地下管道沉降、错位、渗漏等问题，研发了高聚物膜袋桩提升 注浆技术地下管道沉降修复高聚物注浆工法五. 推广应用情况已在300多项工程中推广应用，在高速公路养护维修、堤坝防渗除险、隧道及地下管道修复等方面产生了重大经济社会效益四川黑龙江f北京U山西河北 与I河斷山东湖北安沖上海重庆云南广西广东贵州口授权美国发明专利4项，中国发明专利16项形成国家级工法、行业工法和标准各1部被列为国家科技部、水利部、交通部科技成果推广项目ZO DIG AWARDIN吒.SOCIETY FOR trenchless” UCHNOIOCM证书国家技术发明奖证书号：2014-F-

21、310-2-04-R01项H名称：拆水反应高棗烷注浆防夢加固版* 挖术及农备奖励等级：二等获奖者：王夏明（郑州大学）为袅密国家技术发明突茯得舟， 特硕发此证韦。口获2014年国家技术发明二等奖、国际非开挖学术研究奖典型工程案例京港澳高速公路高速铁路河流堤防输水工程宜万铁路野三关隧道污水管道基坑京港澳高速公路（安阳一新乡段）该路段交通量大，唧泥病害严重，管养单位多年来采用水泥压浆、加铺、开挖等多种维修方法，均不能根治病害。to京港澳高速公路安阳一新乡段示范工程取得显著成效采用高聚物注浆技术，80天处治24万处病害，约35万 平方米 一次处治完好率达95%高速公路快速维修高聚物注浆技术经济社会效益

22、分析研究报告国家发改委综合运输研究所经济社会效益分析报告节省工期70%以上节省直接费用53%, 节省间接费用75%延缓高速公路大中 修35年国家发展和改革委员会综合运输研究所 二00年十二月国家发改委综合运输研究所经济社会效益分析报告暇20000 1800016000140001200010000800060004000200001998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010年度2007年应用高聚物注浆技术节省大量维修经费A咼速铁路主要工程难点：不均匀沉降，通车时间紧、施工开窗时间短，施工 环境差（海拔高、昼夜温

23、差大、雨雪天气）。某高速铁路上行线最大沉降量为40mm;下行线最大沉降量为36mm。采用高聚物注浆技术进行了快速修复。河流堤防构建高聚物防渗墙，增强大堤安全保障Ewlg6ls% 某 -f 9. £+02三A板桩堤防采用水泥压浆等方案一直不能解决堤防板桩渗漏问题。采用高聚物注浆技术成功解决了该技术难题输水工程高聚物注浆技术在国家重大输水工程得到应用，解决了穿堤建筑物渗漏处治技术难题施工现场边墙接缝渗漏底板接缝渗漏4 MW®TW¥WH « 磊工沖宜万铁路野三关隧道先后采用水泥压浆和遇水反应高聚物注浆均未能封堵渗漏O 采用本项目成果解决了隧道高压涌水的封堵难题野三关隧道渗漏现场实施高聚物注浆污水管道某城市地下污水管道出现较严重的漏水、流沙