双层复合井壁喷膜夹层防水技术研究

摘要

针对目前冻结法施工深部矿井立井井筒双层复合井壁存在的问题:当井筒内层井壁开裂后,塑料板等成型夹层材料因自身形态的局限性而导致施工后有搭接间隙,不能构成连续的整体来阻挡地层中的水,导致井筒漏水。提出一种采用可喷膜成型材料——喷涂速凝高弹橡胶沥青防水涂料作为夹层的新型的双层复合井壁结构形式。本文采用物理试验、数值模拟和模型试验方法来研究喷膜材料在冻结立井井筒中应用的可行性。
　　根据市场调研、基本性能分析和工程经验,初步选择能够满足矿井井筒施工的喷膜材料——喷涂速凝高弹橡胶沥青防水涂料。通过物理试验测试该喷膜材料在矿井工程中的适用性和防水性,适用性从施工厚度、施工时间和施工条件三个方面研究,确定了喷膜的合理施工厚度,强度增长特性,对温度变化的适应性,与混凝土粘结特性,抵抗冻融循环能力,抗穿刺和冲刷能力;防水性从静态防水和动态防水两个方面研究,确定了喷膜自身的不透水性压力值,与混凝土共同受力变形特性,在井壁中实际的作用状态。
　　通过数值模拟来分析喷膜材料作为井壁夹层可能出现的作用状态,并与物理实验相互验证。得出结论:在高压水环境作用下,水不会进入井壁混凝土与喷膜夹层界面进而产生剥离串水现象;若在内外壁相同位置存在一定尺寸的裂缝或者孔洞,可能会产生击穿现象。
　　通过物理模型试验对带喷膜夹层且内外井壁均有预制裂缝的双层复合模型井壁进行高压水环境试验。得出结论:喷膜材料在井壁中具有良好防水性能,作为夹层能够满足双层复合井壁抵抗高压水环境的能力。
　　研究表明:喷涂速凝高弹橡胶沥青防水涂料作为井壁喷膜夹层材料能够适应矿井立井井筒施工作业环境,同时具有抵抗深部矿井环境中动静水的作用,喷涂速凝高弹橡胶沥青防水涂料作为夹层材料的新型双层复合井壁的工程应用具有一定的可行性。

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变量注释表

1绪论

1.1问题的提出(Problem Introduction)

1.2冻结井壁防水技术概况(Freezing ShaftLiningWaterproof Technology Overview)

1.3喷膜防水技术综述(Spray Membrane Waterproof TechnologyReview)

1.4研究内容、目的和意义(Content,PurposeandSignificantof Research)

1.5研究方法与技术路线(Resarch MethodsandTechnicalRoutes)

2喷膜夹层材料的选择及性能研究

2.1喷膜防水材料介绍(Introductionof SprayMembraneWaterproof Material)

2.2喷膜材料及设备工艺的确定(DeterminingofSpray Membrane Material and Process Equipment)

2.3喷膜材料成膜防水性能机理(Formation Mechanism and Waterproofing of Spray Membrane Material)

2.4喷膜夹层的性能研究(StudyonPerformanceofSpray Membrane Interlayer Material)

2.5本章小结(Chapter Conclutions)

3喷膜夹层在井壁中作用状态研究

3.1概述(Overview)

3.2测试方案(Test Program)

3.3试验过程(Test Procedure)

3.4本章小结(Chapter Conclutions)

4数值模拟研究

4.1概述(Overview)

4.2数值计算准备(Numerical Calculation Preparatory)

4.3喷膜夹层受力变形特性计算(Deformation Characteristics Numericalof Sprayed Membranes Interlayer)

4.4本章小结(Chapter Conclutions)

5物理试验研究

5.1概述(Overview)

5.2模型试验系统(The System of Experiment)

5.3模化设计(Modeling Design)

5.4量测技术(Measurement Technology)

5.5试验准备(Experimental Preparatory)

5.6 1#模型井壁试验(1#Model Shaft Lining Experiment Program)

5.72#模型井壁试验(2# Model WallExperimentProgram)

5.8本章小结(Chapter Conclutions)

6结论与展望

6.1结论(Conclutions)

6.2展望(Prospects)

参考文献

作者简历

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