一种裂隙岩体防渗用生物微胶囊制造技术

本实用新型专利技术公开了一种裂隙岩体防渗用生物微胶囊，包括胶囊内膜，且在胶囊内膜内部由外向内依次设有微生物保护膜以及聚乙烯醇膜，在聚乙烯醇膜内部填充有氯化钙，在微生物保护膜与聚乙烯醇膜之间填充有微生物培养基，在胶囊内膜与微生物保护膜之间填充有脱脂剂，且在胶囊内膜外壁上均匀设置有多个疏油涂层。本实用新型专利技术中复合微胶囊为多层结构，当胶囊内膜快速水解后，脱脂剂与配套使用的助推油反应，使得助推油溶解以避免裂隙堵塞；微生物保护膜分解后，微生物培养基中的菌种在水中激活活性，待微生物发育繁殖数天后，聚乙烯醇膜分解完成，氯化钙粉剂溢出后与微生物发生固化作用，产生碳酸钙沉淀，从而达到微裂隙防渗的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种裂隙岩体防渗用生物微胶囊
本技术涉及隧道工程防渗
，具体提供一种适用于裂隙岩体固化防渗的复合微胶囊。
技术介绍
隧道、地铁等地下工程建设过程中常遇裂隙发育岩层，地下水长期沿围岩内连通裂隙网络持续不断的渗漏无疑将严重威胁隧道结构的可靠性和运营的安全性。另外，粘土、泥炭等软弱成分大量赋存的裂隙带若存渗漏隐患，长期发展会有触发涌水突泥事故的风险。传统地下工程防渗注浆材料如水泥砂浆、化学浆液，因颗粒大，流动性差，对微裂隙普遍发育的渗漏岩体而言，防渗效果并不显著，且传统浆液中的有毒有害物质会随渗漏水的扩散而破坏周边生态环境。近年来，随着微生物诱导碳酸钙沉淀(microbiaLLyinducedcarbonateprecipitation,MICP)技术在地下工程中的广泛应用，微生物注浆技术也逐步被引入裂隙岩体防渗领域。即通过微生物成岩作用生成溶解度较低的有机或无机化合物填塞岩体内部渗透性较强的空隙，从而降低介质渗透性、提升岩体强度。然而，现有微生物注浆技术多局限于不良地质条件下的岩土体改性处理，存在改性深度有限，改良效果不均等固有缺陷。另外，微生物浆液多以溶液的形式注入裂隙，前期固化产物如尺寸较大的絮凝物易在注浆口附近沉淀，严重阻碍后续浆液向裂隙深处的运移、扩散，致使微生物固化范围与防渗效果大打折扣。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种裂隙岩体防渗用生物微胶囊，能够深入内部交叉裂隙对岩体进行加固防渗处理。本技术通过下述技术方案实现：一种裂隙岩体防渗用生物微胶囊，包括胶囊内膜，且在胶囊内膜内部由外向内依次设有微生物保护膜以及聚乙烯醇膜，在聚乙烯醇膜内部填充有氯化钙，在微生物保护膜与聚乙烯醇膜之间填充有微生物培养基，在胶囊内膜与微生物保护膜之间填充有脱脂剂，且在胶囊内膜外壁上均匀设置有多个疏油涂层。现有的微生物注浆技术中菌液和固化物质均以溶液的形式注入裂隙，注浆口先期的固化产物势必阻碍后续浆液的运移、扩散，注浆范围有限因此无法达到最佳防渗止水效果；特别是针对微裂隙广泛分布的裂隙岩体时，为使菌液及固化液顺利进入裂隙常需大幅提升注浆压力，然而，过大的注浆压力势必引起裂隙扩张并连通，最终演化成更加顺畅的渗水通道，防渗止水适得其反；申请人经过反复研究，通过对微生物菌种、营养液以及固化液等的复合成多层状的复合微胶囊，利用复合微胶囊的逐层分解，使得在复合微胶囊到达目标裂隙后，菌种、营养液、固化液等逐级释放，然后通过微生物诱导产生碳酸钙来实现对目标裂隙的固化防渗，且根据复合微胶囊逐层分解所需时间，使在使用注浆设备时，复合微胶囊的注入并非常规的高压注入，相反地，而是采用低压推进，在确保微生物菌种等顺利进入至目标裂隙中的前提下，避免在注浆口形成固化产物，防止固化产物阻碍后续浆液的运移、扩散；复合微胶囊为多层结构，分别包括胶囊内膜、微生物保护膜以及聚乙烯醇膜，脱脂剂、微生物培养基以及氯化钙由外向内依次填充，其中，胶囊内膜、微生物保护膜均采用水解速率较快的材料制成，且在复合微胶囊注入裂隙后，胶囊内膜上的多个疏油涂层与助推油产生互斥，即能带动复合微胶囊向目标裂隙深处移动，使用时当胶囊内膜快速水解后，脱脂剂与配套使用的助推油反应，脱脂剂对助推油具有较强的亲和能力，能够形成水包油的乳液小微粒，使得助推油溶解以避免裂隙堵塞；微生物培养基包括吸附树脂、菌种以及营养液，且微生物保护膜分解后，微生物培养基中的菌种在水中激活活性，微生物开始发育、繁殖，待微生物发育繁殖数天后，聚乙烯醇膜分解完成，氯化钙粉剂溢出后与微生物发生固化作用，产生碳酸钙沉淀，从而达到微裂隙防渗的效果。需要进一步地说明的是，本技术通过向渗水裂隙中注入可促发微生物固化的复合微胶囊，待胶囊到达目标位置后，注入碱性破胶剂使胶囊表面甘油酯层水解，失去甘油酯保护后，海藻酸钠在水环境下溶解；为防止前期结晶物受到渗流的影响而飘离目标位置，大孔吸附树脂作为碳酸钙沉淀结晶平台，水进入胶囊内部激活微生物菌种后生成碳酸钙沉淀，达到裂隙岩体防渗加固目的；复合微胶囊因自身颗粒微小，具备深入岩体内部微裂隙的可能，有效解决了先期固化产物阻碍后续浆液运移扩散的难题，治理根源渗漏效果突出；其次，胶囊对菌种起到了保护作用，提高了菌种的存活时间与存活几率，并使菌种作用时间人为可控；另外，微生物细菌普遍存在于自然环境中，环境友好且便于就地取材，具有重要经济价值与良好社会效益。还包括包裹胶囊内膜的胶囊外膜，在所述胶囊外膜与胶囊内膜之间还设有发泡剂外膜，发泡剂外膜内填充有发泡剂。进一步地，在裂隙网络中可能存在一定量的不饱水裂隙，而复合微胶囊在不饱水裂隙中发生固化反应后，无法实现目标裂隙的防渗目的，对此，申请人在胶囊内膜外部设置有胶囊外膜，同时在胶囊外膜与胶囊内膜中设置发泡剂外膜，发泡剂填充至发泡剂外膜内，在复合微胶囊移动至目标裂隙后，胶囊外膜水解，胶囊内膜与发泡剂外膜分离且进行自由移动，发泡剂外膜逐步水解，当发泡剂外膜移动至不饱水裂隙端口，且该不饱水裂隙内存在空气时，发泡剂与空气发生反应，利用膨胀吸附作用封堵裂隙端口进而阻止后续胶囊进入该不饱水裂隙，有效避免了胶囊内膜中的菌种和营养液在不饱水裂隙中做无用的固化反应，且由于胶囊外膜破裂后，发泡剂先于微生物培养基释放，在菌种与氯化钙发生固化反应之前已对不饱水裂隙端口进行了有效封闭，即实现自动规避不饱水裂隙的目的，减少复合微胶囊用量的同时，提高裂隙的固化防渗效率。其中，发泡剂外膜内部充压，且该压强为0.12-0.19MPa，一般的不饱水裂隙中的压强为0.1-0.11MPa，即能保证发泡剂外膜在遇到不饱水裂隙时，发泡剂外膜能快速发生破裂，且发泡剂外膜与发泡剂构成发泡剂颗粒，发泡剂颗粒通过以下方式获得：将海藻酸钠溶液及碳酸钙溶液进行灭菌，灭菌后与氯化铝粉末、聚氨酯泡沫进行混合，再加入40ml含有吐温80的大豆油，在4℃的条件下用400rpm的搅拌速度搅拌15min，进行乳化，再加入含0.5％冰乙酸的大豆油10～20ml，在4℃的条件用400rpm的搅拌速度搅拌30min，搅拌完成后加入60ml醋酸盐溶液，放置2h，在转速为4000rpm的条件下离心搅拌10min后得到发泡剂颗粒。所述胶囊外膜、胶囊内膜、发泡剂外膜以及微生物保护膜均由海藻酸钠制成。作为优选，使用海藻酸钠作为胶囊外膜、胶囊内膜、发泡剂外膜以及微生物保护膜的制备材料，能够确保在复合微胶囊注入裂隙后短时间内实现水解，需要进一步指出的是，复合微胶囊注浆时间为4～6个小时，而胶囊外膜遇水分解时间为10～15分钟，发泡剂外膜水解时间为10～15个小时，胶囊内膜水解时间为3～5个小时，微生物保护膜的水解时间为2～4个小时，聚乙烯醇膜的水解时间为3～4天，复合微胶囊中填充的各类物质释放时间有所区别，即胶囊外膜快速分解后，脱脂剂首先释放且与配套的助推油发生皂化反应，以避免助推油对裂隙中的水体造成污染，然后菌种与营养液随之释放，菌种开始激活、繁殖，接着发泡剂开始对无效裂隙进行封堵，最后氯化钙释放后与菌种发生固化反应并诱导产生碳酸钙，即完成目标裂隙的固化防渗处理工序。所述胶囊外膜的厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种裂隙岩体防渗用生物微胶囊，其特征在于：包括胶囊内膜（3），且在胶囊内膜（3）内部由外向内依次设有微生物保护膜（7）以及聚乙烯醇膜（9），在聚乙烯醇膜（9）内部填充有氯化钙（10），在微生物保护膜（7）与聚乙烯醇膜（9）之间填充有微生物培养基（8），在胶囊内膜（3）与微生物保护膜（7）之间填充有脱脂剂（4），且在胶囊内膜（3）外壁上均匀设置有多个疏油涂层（2）。/n

【技术特征摘要】
1.一种裂隙岩体防渗用生物微胶囊，其特征在于：包括胶囊内膜（3），且在胶囊内膜（3）内部由外向内依次设有微生物保护膜（7）以及聚乙烯醇膜（9），在聚乙烯醇膜（9）内部填充有氯化钙（10），在微生物保护膜（7）与聚乙烯醇膜（9）之间填充有微生物培养基（8），在胶囊内膜（3）与微生物保护膜（7）之间填充有脱脂剂（4），且在胶囊内膜（3）外壁上均匀设置有多个疏油涂层（2）。


2.根据权利要求1所述的一种裂隙岩体防渗用生物微胶囊，其特征在于：还包括包裹胶囊内膜（3）的胶囊外膜（1），在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，张延文，陈中卫，王保权，刘太鹏，陈秋雨，廖明伟，冯千珂，彭颐祈，韩弘驰，李婧铷，王银帅，吕茂淋，郭豪，张艺潇，李佳艺，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：四川;51