隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置，包括两对前后设置的分段注浆器，其中一对分段注浆器对应于隧道开挖后的围岩注浆加固区域，另一对分段注浆器对应于隧道开挖前的超前帷幕注浆加固区域；每个分段注浆器均包含一根竖直的注浆管，注浆管上并联有三根分别与隧道开挖后的围岩注浆加固区域或隧道开挖前的超前帷幕注浆加固区域相对应的注浆软管，每两根注浆软管之间的注浆管中设有一注浆分隔器，注浆管的进口与注浆泵相连。本发明同时还公开了该装置的使用方法。本发明能够实现隧道开挖后的围岩注浆加固又可实现隧道开挖前的超前帷幕注浆加固，在基本不影响围岩受力的情况下实现对隧道围岩均匀地注浆加固，成本低廉、构造简单。
【专利说明】隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种注浆模型试验技术，尤其是一种隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]目前，在软弱富水地层中开挖隧道时，经常出现围岩变形过大、渗水量大等问题，甚至还有可能发生突水突泥事故。目前主要采用注浆方法加固隧道软弱富水围岩以使隧道顺利通过该地层。隧道注浆模型试验可以研究注浆浆液在隧道围岩中的扩散规律、分析注浆加固效果及注浆加固岩体稳定性，是隧道安全建设中新的课题和研究方向。隧道注浆模型试验，特别是帷幕注浆模型试验，受制于之前模型试验用的帷幕钻孔系统未有研究，试验难以开展。
[0003]在隧道注浆模型试验中，要求所布置的注浆管不影响隧道开挖过程中的围岩应力释放过程，而且可以实现均匀地加固隧道周边围岩。目前的注浆管布置方法无法满足这一要求。若采用隧道开挖前预埋硬质注浆管的布置方法，硬质的注浆管可以在隧道开挖过程中承受部分围岩应力，阻碍围岩变形，严重影响隧道开挖实验结果。若采用隧道开挖后再插入硬质注浆管的方法，这种方法会极大扰动隧道围岩，改变围岩应力状态。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置及其使用方法，其可以实现隧道开挖后的围岩注浆加固又可实现隧道开挖前的超前帷幕注浆加固，在基本不影响围岩受力的情况下实现对隧道围岩均匀地注浆加固，该装置具有成本低廉、构造简单等优点。
[0005]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0006]一种隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置，包括两对前后设置的分段注浆器，其中一对分段注浆器对应于隧道开挖后的围岩注浆加固区域，另一对分段注浆器对应于隧道开挖前的超前帷幕注浆加固区域；每个分段注浆器均包含一根竖直的注浆管，注浆管上并联有三根分别与隧道开挖后的围岩注浆加固区域或隧道开挖前的超前帷幕注浆加固区域相对应的注浆软管，每两根注浆软管之间的注浆管中设有一注浆分隔器，注浆管的进口与注浆泵相连；
[0007]所述注浆分隔器为边缘带锯齿的圆形薄片，圆形薄片的直径与注浆管的外径相同，将薄片锯齿弯折后套入注浆管端部，并利用粘接剂将两者粘接固定，将粘结注浆分隔器的注浆管和不粘结注浆分隔器的注浆管通过接头连接，从而固定注浆分隔器。
[0008]所述注浆管为PVC材质，注浆管下端口通过PVC接箍与钢制丝管连接，钢制丝管穿过底板并与底板焊接连接。
[0009]所述钢制丝管下端通过活节与注浆管路相连，注浆管路与注浆泵相连，且注浆管路上设有阀门。[0010]所述圆形薄片为厚度为0.23mm的铝制薄片，该铝制薄片能够承受IMPa的注浆压力，完全满足模型试验对注浆压力的要求。
[0011]所述注浆软管采用软材质的塑料管制成，软管上间隔设置溢浆口，注浆软管与注浆管通过PVC变径连接。
[0012]相对的两根注浆软管布置在同一直线上，两对前后设置的分段注浆器共12根注浆软管呈正六棱柱以隧道为中心布置。
[0013]一种隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置的使用方法，步骤如下:
[0014]步骤一:制作注浆分隔器，将铝制薄片裁剪成带锯齿的圆形薄片，圆形薄片的直径与PVC注浆管的外径相同，将铝制薄片锯齿弯折后套入PVC注浆管端部，并利用PVC粘接剂将两者粘接固定，将粘结注浆分隔器的PVC注浆管和不粘结注浆分隔器的PVC注浆管通过PVC接头连接，从而固定注浆分隔器；
[0015]步骤二:按照试验设计要求确定分段注浆器的个数，若只进行隧道开挖前的超前帷幕注浆或者只进行隧道开挖后的围岩注浆加固则需要2个分段注浆器，若同时进行两种注浆加固则需要4个分段注浆器；按照试验设计要求确定PVC注浆管长度和注浆软管长度；并将注浆分隔器、PVC注浆管和注浆软管组装成分段注浆器；
[0016]步骤三:将分段注浆器通过PVC接箍与模型底板上的钢制丝管连接，并进行填料
[0017]步骤四:当隧道开挖至一半时，根据实验要求对其中一个分段注浆器进行注浆，连接好相关注浆管路，打开注浆泵及阀门进行注浆，待达到注浆结束标准时结束注浆；
[0018]步骤五:待浆液固结后，拆开活节并用长钻头破坏注浆分隔器，之后用压力水冲洗，连接相关管路进行下一次注浆，直到第三次注浆完成后停止注浆；
[0019]步骤六:当分段注浆器进行完三次注浆后，根据实验要求对下一个分段注浆器进行注浆，每个分段注浆器注浆3次；
[0020]步骤七:注浆完成，进行拆模工作。
[0021]本发明包括4个分段注浆器，分段注浆器由PVC注浆管、注浆分隔器、注浆软管及其它PVC构件构成，所有PVC构件均使用PVC胶粘剂连接。其中一对分段注浆器用于隧道开挖后的围岩注浆加固，另一对分段注浆器用于隧道开挖前的超前帷幕注浆加固。每个分段注浆器内部设置2个注浆分隔器和3根注浆软管。分段注浆器通过PVC接箍与钢制丝管连接，钢制丝管穿过底板并与底板通过焊接连接。
[0022]注浆分隔器的材质为普通铝制薄片，形状为带锯齿的圆形薄片，圆形薄片的直径与PVC注浆管的外径相同，将铝制薄片锯齿弯折后套入PVC注浆管端部，并利用PVC粘接剂将两者粘接固定，将粘结注浆分隔器的PVC注浆管和不粘结注浆分隔器的PVC注浆管通过PVC接头连接，从而固定注浆分隔器。在注浆过程中，注浆分隔器可以承受注浆压力并保持稳定，起到分隔注浆的作用，但是利用长钻头可以轻松破坏铝制薄片。注浆分隔器可以承受的最大注浆压力与铝制薄片的厚度相关，0.23mm厚的铝制薄片可以承受IMPa的注浆压力，完全满足模型试验对注浆压力的要求。
[0023]注浆软管采用软材质的塑料管制成，软管上间隔设置溢浆口，注浆软管与PVC注浆管通过PVC变径连接。注浆软管没有支撑能力，对隧道开挖过程中的围岩应力释放过程不造成影响。每两根注浆软管布置在同一直线上，12根注浆软管呈正六棱柱以隧道为中心布置，可以通过调节PVC注浆管长度d2、d3来改变相邻注浆软管的间距，通过调整注浆软管长度dl来改变隧道注浆段长。通过增加每个分段注浆器的注浆分隔器数目和注浆软管数目，可实现加密布置注浆软管。
[0024]在注浆过程中，根据实验要求对其中一个分段注浆器进行注浆，浆液无法通过注浆分隔器，只能通过注浆分隔器之前的注浆软管进入到地层中，待浆液固结后，已注过浆的注浆软管也被封堵。利用长钻头破坏注浆分隔器并进行下一段注浆，浆液从未被破坏的注浆分隔器之前的注浆软管进入地层，两次注浆分别进入相邻的地层，从而实现由下到上的分段注浆。
[0025]本发明的有益效果是，上述技术方案能够实现隧道开挖后的围岩注浆加固又可实现隧道开挖前的超前帷幕注浆加固，在基本不影响围岩受力的情况下实现对隧道围岩均匀地注浆加固，该装置具有成本低廉、构造简单等优点。
[0026]1、能够同时实现隧道开挖后的围岩注浆加固和隧道开挖前的超前帷幕注浆加固；
[0027]2、在隧道开挖过程中，注浆软管不影响隧道围岩应力释放发过程，实现在不影响围岩受力的情况下对围岩均匀注浆加固；
[0028]3、可以通过调节注浆软管长度调节注浆段长，通过调节分段注浆器尺寸调整注浆管数目；
[0029]4、所用PVC构件成本低廉、方便组装。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为分序次分段注浆装置正视图；
[0031]图2为分序次分段注浆装置侧视图；
[0032]图3为分序次分段注浆装置俯视图；
[0033]图4(a)、图4(b)分别为注浆分隔器细部结构图；
[0034]图5为注浆软管结构图；
[0035]图6为隧道注浆模型试验注浆示意图；
[0036]图7为隧道开挖后的围岩注浆加固区域侧面图；
[0037]图8为隧道开挖前的超前帷幕注浆加固区域侧面图；
[0038]I——PVC接头，2——PVC注浆管，3——PVC弯头，4——PVC三通，5——PVC变径，
6——PVC接箍，7——注浆分隔器，8——铝制薄片，9——锯齿，IO——隧道，11——钢制丝管，12——活节，13——注浆软管，14——溢浆口，15——底板，16——注浆泵，17——阀门，18——注浆管路，19——隧道开挖后的围岩注浆加固区域，20——超前帷幕注浆加固区域，21—隧道口，22—已开挖隧道轮廓，23—模型试验边界。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0040]如图1-图8所示，适用于隧道注浆模型试验的分序次分段注浆装置，它包括4个分段注浆器，分段注浆器由PVC注浆管2、注浆分隔器7、注浆软管13及其它PVC构件(如PVC弯头3\PVC三通4)构成，所有PVC构件均使用PVC胶粘剂连接。其中一对分段注浆器用于隧道开挖后的围岩注浆加固区域19，另一对分段注浆器用于隧道开挖前的超前帷幕注浆加固区域20。每个分段注浆器内部设置2个注浆分隔器7和3根注浆软管13。分段注浆器通过PVC接箍6与钢制丝管11连接，钢制丝管11穿过底板15并与底板15焊接连接。钢制丝管11下端通过活节12与注浆管路18相连，注浆管路18与注浆泵16相连，且注浆管路18上设有阀门17。
[0041]注浆分隔器7的材质为普通铝制薄片8，形状为带锯齿9的圆形薄片，圆形薄片的直径与PVC注浆管2的外径相同，将铝制薄片锯齿9弯折后套入PVC注浆管2端部，并利用PVC粘接剂将两者粘接固定，将粘结注浆分隔器7的PVC注浆管2和不粘结注浆分隔器7的PVC注浆管2通过PVC接头I连接，从而固定注浆分隔器7。在注浆过程中，注浆分隔器7可以承受注浆压力并保持稳定，起到分隔注浆的作用，但是利用长钻头可以轻松破坏铝制薄片8。注浆分隔器7可以承受的最大注浆压力与铝制薄片8的厚度相关，0.23_厚的铝制薄片8可以承受IMPa的注浆压力，完全满足模型试验对注浆压力的要求。
[0042]注浆软管13采用软材质的塑料管制成，软管上间隔设置溢浆口 14，注浆软管13与PVC注浆管2通过PVC变径5连接。注浆软管13没有支撑能力，对隧道10开挖过程中的围岩应力释放过程不造成影响。每两根注浆软管13布置在同一直线上，12根注浆软管13呈正六棱柱以隧道10为中心布置，可以通过调节PVC注浆管2长度d2、d3来改变相邻注浆软管13的间距，通过调整注浆软管长度dl来改变隧道注浆段长。通过增加每个分段注浆器的注浆分隔器7数目和注浆软管数目，可实现加密布置注浆软管。
[0043]在注浆过程中，根据实验要求对其中一个分段注浆器进行注浆，浆液无法通过注浆分隔器7，只能通过注浆分隔器之前的注浆软管13进入到地层中，待浆液固结后，已注过浆的注浆软管13也被封堵。利用长钻头破坏注浆分隔器并进行下一段注浆，浆液从未被破坏的注浆分隔器7之前的注浆软管13进入地层，两次注浆分别进入相邻的地层，从而实现由下到上的分段注浆。
[0044]如图6-图8所示，标号21表示隧道口，22表示已开挖隧道轮廓，23表示模型试验边界。
[0045]适用于隧道注浆模型试验的分序次分段注浆装置使用方法，
[0046]步骤一:制作注浆分隔器7，将铝制薄片裁剪成带锯齿的圆形薄片，圆形薄片的直径与PVC注浆管2的外径相同，将铝制薄片锯齿弯折后套入PVC注浆管2端部，并利用PVC粘接剂将两者粘接固定，将粘结注浆分隔器7的PVC注浆管2和不粘结注浆分隔器7的PVC注浆管2通过PVC接头I连接，从而固定注浆分隔器7 ；
[0047]步骤二:按照试验设计要求确定分段注浆器的个数，若只进行隧道开挖前的超前帷幕注浆或者只进行隧道开挖后的围岩注浆加固则需要2个分段注浆器，若同时进行两种注浆加固则需要4个分段注浆器。按照试验设计要求确定PVC注浆管2长度和注浆软管13长度。并将注浆分隔器7、PVC注浆管2、注浆软管13和其它PVC构件组装成分段注浆器。
[0048]步骤三:将分段注浆器7通过PVC接箍6与模型底板15上的钢制丝管11连接，并进行填料。
[0049]步骤四:当隧道开挖至一半时，根据实验要求对其中一个分段注浆器进行注浆，连接好相关注浆管路，打开注浆泵16及阀门17进行注浆，待达到注浆结束标准时结束注浆。
[0050]步骤五:待浆液固结后，拆开活节并用长钻头破坏注浆分隔器7，之后用压力水冲洗一段时间，连接相关管路进行下一次注浆，直到第三次注浆完成后停止注浆。[0051]步骤六:当分段注浆器进行完三次注浆后，根据实验要求对下一个分段注浆器进行注浆，总共4个分段注浆器，每个分段注浆器注浆3次，全过程总共进行12次注浆。
[0052]步骤七:注浆完成，进行拆模等工作。
[0053]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置，其特征是，包括两对前后设置的分段注浆器，其中一对分段注浆器对应于隧道开挖后的围岩注浆加固区域，另一对分段注浆器对应于隧道开挖前的超前帷幕注浆加固区域；每个分段注浆器均包含一根竖直的注浆管，注浆管上并联有三根分别与隧道开挖后的围岩注浆加固区域或隧道开挖前的超前帷幕注浆加固区域相对应的注浆软管，每两根注浆软管之间的注浆管中设有一注浆分隔器，注浆管的进口与注浆泵相连； 所述注浆分隔器为边缘带锯齿的圆形薄片，圆形薄片的直径与注浆管的外径相同，将薄片锯齿弯折后套入注浆管端部，并利用粘接剂将两者粘接固定，将粘结注浆分隔器的注浆管和不粘结注浆分隔器的注浆管通过接头连接，从而固定注浆分隔器。
2.如权利要求1所述的隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置，其特征是，所述注浆管为PVC材质，注浆管下端口通过PVC接箍与钢制丝管连接，钢制丝管穿过底板并与底板焊接连接。
3.如权利要求1所述的隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置，其特征是，所述钢制丝管下端通过活节与注浆管路相连，注浆管路与注浆泵相连，且注浆管路上设有阀门。
4.如权利要求1所述的隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置，其特征是，所述圆形薄片为厚度为0.23mm的铝制薄片，该铝制薄片能够承受IMPa的注浆压力，完全满足模型试验对注浆压力的要求。
5.如权利要求1所述的隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置，其特征是，所述注浆软管采用软材质的塑料管制成，软管上间隔设置溢浆口，注浆软管与注浆管通过PVC变径连接。
6.如权利要求1所述的隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置，其特征是，相对的两根注浆软管布置在同一直线上，两对前后设置的分段注浆器共12根注浆软管呈正六棱柱以隧道为中心布置。
7.—种隧道注浆模型试验分序次分段注浆装置的使用方法，步骤如下: 步骤一:制作注浆分隔器，将铝制薄片裁剪成带锯齿的圆形薄片，圆形薄片的直径与PVC注浆管的外径相同，将铝制薄片锯齿弯折后套入PVC注浆管端部，并利用PVC粘接剂将两者粘接固定，将粘结注浆分隔器的PVC注浆管和不粘结注浆分隔器的PVC注浆管通过PVC接头连接，从而固定注浆分隔器； 步骤二:按照试验设计要求确定分段注浆器的个数，若只进行隧道开挖前的超前帷幕注浆或者只进行隧道开挖后的围岩注浆加固则需要2个分段注浆器，若同时进行两种注浆加固则需要4个分段注浆器；按照试验设计要求确定PVC注浆管长度和注浆软管长度；并将注浆分隔器、PVC注浆管和注浆软管组装成分段注浆器； 步骤三:将分段注浆器通过PVC接箍与模型底板上的钢制丝管连接，并进行填料 步骤四:当隧道开挖至一半时，根据实验要求对其中一个分段注浆器进行注浆，连接好相关注浆管路，打开注浆泵及阀门进行注浆，待达到注浆结束标准时结束注浆； 步骤五:待浆液固结后，拆开活节并用长钻头破坏注浆分隔器，之后用压力水冲洗，连接相关管路进行下一次注浆，直到第三次注浆完成后停止注浆； 步骤六:当分段注浆器进行完三次注浆后，根据实验要求对下一个分段注浆器进行注浆，每个分段注浆器注浆3次；步骤七:注 浆完成，进行拆模工作。
【文档编号】E21D11/10GK103912289SQ201410179339
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】张伟杰, 李术才, 李体兵, 李拉普, 翁贤杰, 王德明, 李相辉, 赵鹏 申请人:山东大学