砂土地层具有自稳能力差、透水性强、颗粒间粘结力低等特点,是我国地铁隧道施工中较常见的地层。一般地铁隧道所处的砂层中含水量大且往往具有承压性,极易引发管涌、塌方等事故,需要对其进行注浆止水及加固。传统无机注浆材料在动水条件下易被稀释和冲散,聚氨酯注浆材料遇水反应固化,与周围土体联结为一体,能达到止水和加固的目的,反应过程中还会放出气体,产生内压力,有利于浆液扩散。虽然目前关于聚氨酯的研究较多,但由于聚氨酯注浆材料存在毒性问题和环保问题,适合城市地铁隧道注浆的聚氨酯材料研究较少。本文自制低毒、低污染、适合地铁隧道注浆的聚氨酯材料,对其基本性能进行测试,选出最优配方,并利用动水条件下砂层注浆试验检验其止水效果。本文主要研究内容为:(1)在了解聚氨酯基本反应原理的基础上,选择适宜的原材料和制备方法,考虑环保因素,制备双组份无溶剂型聚氨酯注浆材料;(2)利用正交试验法,通过测试正交试验表内各组配方基本性能(包括凝固时间、发泡率、抗压强度、渗透系数、生成物固体含量),得出各个试剂添加量对注浆材料各性能的影响规律,并确定最优配方,最终注浆配方为1份多元醇,同体积的多异氰酸酯,有机胺类催化剂含量占多元醇质量的0.3%、有机锡类催化剂含量占多元醇质量的1.6%、扩链剂含量占多元醇质量的0.6%,泡沫稳定剂含量占多元醇质量的1.0%,最终浆液满足堵水要求;(3)对最优配方进行毒性分析和砂浆固结体浸水试验,通过理论分析和测定试块质量损失、总固体含量、PH对比、电解对比等评价砂浆固结体对水质的影响;(4)将最优配方应用到注浆模拟试验中,改变水头高度和注浆压力两个因素,测定浆液扩散距离、堵水率、止水时间、孔隙水压力变化等,综合评价注浆效果。