一种隧道同步注浆隔震材料及其应用

1.本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种隧道同步注浆隔震材料及其应用。

背景技术：

2.随着中国的基础设施建设迅速发展，地下结构的应用越来越广泛，如城市地下隧道、跨海隧道、跨江隧道。与地面结构不同，隧道在地震作用下会随着周围土体的运动而产生变形，尽管隧道的抗震性能优于地上结构，但是多次大地震中均有隧道等地下工程遭到严重破坏的实例。
3.当隧道遭受高强度地震的严重破坏后修复难度较大，严重影响着震后的使用。近年来，沿河及临海城市随着经济的快速发展，跨海盾构隧道的修建逐渐增多。但水下地质条件复杂，如不均匀土层(包括软土、淤泥质土)、断层及破碎带，因此有必要对海底的隧道进行抗震和隔震研究。
4.目前，隧道工程的抗震减震措施主要包括三类：一类是通过注浆等地层加固手段提高周围地层抗变形能力；第二类是通过调整结构设计来降低整体刚度，增强结构变形能力；第三类是在隧道与周边场地土层间设置隔震层来降低隧道结构内力。前两种方式都是采用“硬抗”的方式，即通过增大结构的截面尺寸和配筋面积等方式来提高结构的刚度，从而提高结构的抗震性能。但是增大结构的截面尺寸和配筋面积，结构的质量和刚度也随之增大，造成地震作用下的动力响应增大，导致浪费大量的经济，换来一条抗震效果不明显的隧道。
5.相比之下，对隧道结构设置隔震层是提高隧道结构抗震性能的有效措施之一。目前，有关隧道隔震材料的研究也越来越多。相关的研究表明，有使用泡沫混凝土作为隧道注浆隔震材料的，但泡沫混凝土本质是多孔混凝土材料，存在脆性高，容易开裂的问题。也有使用沥青系水泥砂浆作为隧道注浆隔震材料的，但其在高温下不稳定，不适用于深埋隧道。由于诸多原因，目前仍没有见诸推广实用的隧道注浆隔震材料。

技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的普通隧道抗减震效果差的问题，本发明的目的是提供一种海底隧道同步注浆隔震材料及其应用。
7.本发明的目的采用以下技术方案来实现：
8.第一方面，本发明提供一种隧道同步注浆隔震材料，包括以下组分：聚氨酯、粗骨料、石英砂和炭黑；其中，按照重量份数计算，包括：聚氨酯的掺量为30-40份；石英砂的掺量为40-50份；粗骨料的掺量为10-30份；炭黑的掺量为3-15份。
9.优选地，所述聚氨酯为双组分聚氨酯，包括聚氨酯黑料和聚氨酯白料；其中，聚氨酯黑料为异氰酸酯，聚氨酯白料为聚醚多元醇，两者质量比为1：1。
10.优选地，所述隧道同步注浆隔震材料的制备方法为：
11.s1.按量称取聚氨酯黑料、聚氨酯白料、石英砂、粗骨料、炭黑，备用；
12.s2.根据配比将石英砂、粗骨料和炭黑混合后，搅拌1分钟，然后缓慢倒入聚氨酯黑料和白料，搅拌2分钟后，得到隧道同步注浆隔震材料。
13.第二方面，本发明提供一种隧道同步注浆隔震材料的应用，将所述海底隧道同步注浆隔震材料应用于隧道隔震层。
14.优选地，将原材料各组分充分混合后得到隧道同步注浆隔震材料浆液，通过盾构机同步注浆的方式将浆液注入到隧道衬砌外部-围岩内部形成隔震层。
15.本发明的有益效果为：
16.1.本发明制备得到的隧道同步注浆隔震材料凝结后的力学性能优异，参数为:3d强度为 6.5mpa，28d强度为10mpa，弹性模量为10-100mpa。
17.2.本发明制备得到的隧道同步注浆隔震材料其浆液性能优异，流动度200-240mm、稠度为100-130mm，初凝时间3h，终凝时间24h。
18.3.本发明形成的隔震层对隧道结构在地震作用下的动力响应均具有良好效果。
19.4.本发明注浆隔震材料具有一定的早期强度和最终强度、弹性模量低，能满足隧道的隔震目标对材料的要求。
20.5.本发明注浆隔震材料具有合适的凝固时间、流动性好、稠度好、抗渗防水性能强，能够满足海底隧道同步注浆的施工要求。
附图说明
21.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
22.图1是本发明在隧道工程应用的纵断面图；
23.图2是本发明在隧道工程应用的横断面图；
24.图3是本发明实施例1制备的注浆材料与普通砂浆材料隧道横截面应力对比图；
25.图4是本发明实施例1制备的注浆材料与普通砂浆材料隧道横截面应变对比图。
具体实施方式
26.为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
27.结合以下实施例对本发明作进一步描述。
28.实施例1
29.一种隧道同步注浆隔震材料，包括以下组分：聚氨酯、粗骨料、石英砂、炭黑，其中，按照重量份数计算，包括：聚氨酯的掺量为40份；石英砂的掺量为30份；粗骨料的掺量为 27份；炭黑的掺量为3份。
30.通过上述配比得到的浆液，初期流动流动性较好，稠度在112mm之间，能够满足注浆要求。弹性模量在10-100mpa之间，质地较软，弹性较好，能够起到消能减震的作用。且该材料强度超过10mpa，不仅能够满足承载力要求，也能够承受冲击荷载的作用。
31.将本发明实施例1制备的浆料与普通浆料进行对比，普通浆料组分包括以下组分：
水泥、水、膨润土、细骨料和减水剂。其中，按照重量份数计算，包括：水泥的掺量为20份；水的掺量为15份；膨润土的掺量为20份；细骨料的掺量为43.8份；外加剂的参量为1.2份。减隔震效果的比较结果如图3所示。
32.实施例2
33.一种隧道同步注浆隔震材料的应用，按配合比称取聚氨酯黑料、聚氨酯白料、石英砂、粗骨料、炭黑；根据不同配合比将石英砂、粗骨料和炭黑低速搅拌1分钟，然后缓慢倒入聚氨酯黑料和白料，低速搅拌2分钟后，得到隧道同步注浆隔震材料。
34.如图1和图2的结构图所示，图1中的各层结构从上至下依次为海水、圈岩、注浆隔震层和钢筋混凝土衬砌；图2中的各层结构从外至内依次为圈岩、注浆隔震层和衬砌。
35.将原材料各组分充分混合后得到隧道同步注浆隔震材料浆液，可通过同步注浆的方式将浆液注入到隧道衬砌外部-围岩内部形成隔震层。
36.实施例3
37.采用通用有限元软件abaqus，对本发明注浆材料施工后形成的隧道隔震层与普通砂浆的减隔震效果进行分析，其结果如图4所示。可以看出，本发明隔震注浆材料显著减小隧道衬砌的应力和应变，对确保地震作用下隧道结构的安全性，以及隧道结构的耐久性，长期稳定性提供了一种重要的手段。
38.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：

1.一种隧道同步注浆隔震材料，其特征在于，包括以下组分：聚氨酯、粗骨料、石英砂和炭黑；其中，按照重量份数计算，包括：聚氨酯的掺量为30-40份；石英砂的掺量为40-50份；粗骨料的掺量为10-30份；炭黑的掺量为3-15份。2.根据权利要求1所述的一种隧道同步注浆隔震材料，其特征在于，所述聚氨酯为双组分聚氨酯，包括聚氨酯黑料和聚氨酯白料；其中，聚氨酯黑料为异氰酸酯，聚氨酯白料为聚醚多元醇，聚氨酯黑料与聚氨酯白料的质量比为1：1。3.根据权利要求1所述的一种隧道同步注浆隔震材料，其特征在于，所述海底盾构隧道同步注浆隔震材料的制备方法为：s1.按量称取聚氨酯黑料、聚氨酯白料、石英砂、粗骨料、炭黑，备用；s2.根据配比将石英砂、粗骨料和炭黑混合后，然后缓慢倒入聚氨酯黑料和白料，得到海底隧道同步注浆隔震材料。4.根据权利要求1所述的一种隧道同步注浆隔震材料，其特征在于，将石英砂、粗骨料和炭黑混合后搅拌1分钟，加入聚氨酯黑料和白料后搅拌2分钟。5.一种隧道同步注浆隔震材料的应用，其特征在于，将权利要求1-4任意之一所述的隧道同步注浆隔震材料应用于隧道隔震层。6.根据权利要求5所述的一种隧道同步注浆隔震材料的应用，其特征在于，将原材料各组分充分混合后得到隧道同步注浆隔震材料的浆液，通过盾构机同步注浆的方式将浆液注入到隧道衬砌外部-围岩内部形成隔震层。

技术总结

本发明公开了一种隧道同步注浆隔震材料及其应用，其中，隧道同步注浆隔震材料包括以下组分：聚氨酯、粗骨料、石英砂和炭黑；其中，按照重量份数计算，包括：聚氨酯的掺量为30-40份；石英砂的掺量为40-50份；粗骨料的掺量为10-30份；炭黑的掺量为3-15份。本发明制备得到的隧道同步注浆隔震材料凝结后的性能优异，参数为:3d强度为6.5Mpa，28d强度为10Mpa，弹性模量为10-100Mpa。本发明形成的隔震层对隧道结构在地震作用下的动力响应均具有良好效果。构在地震作用下的动力响应均具有良好效果。构在地震作用下的动力响应均具有良好效果。