土石混合体地层注浆加固装置及注浆加固方法

文档序号:25991879发布日期:2021-07-23 21:03阅读:97来源:国知局
土石混合体地层注浆加固装置及注浆加固方法

本发明涉及隧道地层注浆加固技术领域,具体涉及一种土石混合体地层注浆加固装置及注浆加固方法。



背景技术:

我国西部地区地形地貌复杂,主要以高原、丘陵和山脉为主,由于地形地貌限制,早期城市建设时多采用开山填谷的方法,导致地下形成大面积深厚状土石混合体回填区。随着城市地下空间的开发与利用,由于土石混合体胶结能力弱、稳定性和抗渗性差,当隧道施工穿过土石混合体地层时往往会引起洞室大变形、不均匀沉降、坍塌及渗水等问题。

全断面隧道掘进机(tunnelboringmachine,简称tbm)在土石混合体地层等复合地质条件中具有施工工期短、掘进效率高和安全性强的优势,已成为国内外隧道施工的首要选择。为保证施工及机械安全,在隧道掘进前必须对土石混合体地层围岩进行注浆加固,使洞周岩土体形成一个环形的承载圈,保证隧道围岩稳定性,并提高其抗渗性能。其中袖阀管注浆工法具有能较好地控制注浆范围和注浆压力、可进行重复注浆、发生冒浆与串浆的可能性很小等特点,因此得到较广泛应用。

但是采用传统的袖阀管注浆方法和浆液配比对土石混合体地层进行加固会导致注入的浆液流失量大,扩散半径较小,胶结弱而无法满足tbm掘进施工的要求,其主要原因分为四个方面:

一是土石混合体地层由粒径从几厘米到数米不等的岩石块体与各类土体组成,块石粒径较大且分布极不均匀,容易形成大量空隙,而普通水泥浆液凝结时间长且流动性大导致浆液流失;

二是隧道埋深较深,且只需对tbm掘进部分进行注浆加固,在没有采取套壳料进行封孔的情况下,实际注浆段上部大量的钻孔空隙减小了注浆压力;

三是注浆内管较短,造成浆液在袖阀管内堆积,短时间无法出浆且容易冒浆,对于凝结时间短的浆液则会导致堵管;

四是袖阀管上的出浆口多采用空心出浆口或聚氯乙烯材质实心出浆孔,对于空心出浆口,管外杂质会通过空心出浆口进入管内而在注浆前堵塞袖阀管;对于聚氯乙烯材质实心出浆孔,对注浆压力变化不敏感,出浆条件困难。



技术实现要素:

基于此,有必要针对上述问题,提供一种土石混合体地层注浆加固装置及注浆加固方法,提高浆液利用率和改善注浆扩散效果,以此保证tbm掘进施工的质量和安全。

一种土石混合体地层注浆加固装置,包括:

袖阀管系统,包括注浆段袖阀管、非注浆段袖阀管及分段板,所述注浆段袖阀管和所述非注浆段袖阀管连接,所述注浆段袖阀管设有出浆口,所述注浆段袖阀管和所述非注浆段袖阀管的接口位置设有封孔套,所述分段板套设于所述注浆段袖阀管外;

堵孔环系统,可拆卸地安装于所述非注浆段袖阀管和钻孔之间的间隙内,所述堵孔环系统包括连接筋、封堵环及连接板,所述封堵环套设于所述非注浆段袖阀管外,所述连接筋穿设于多个所述封堵环内,所述连接筋的两端均安装所述连接板;及

注浆内管,穿过所述非注浆段袖阀管插入到所述注浆段袖阀管内,所述注浆内管位于所述注浆段袖阀管内的端部设有密封套。

在其中一个实施例中,所述注浆段袖阀管包括多个橡胶圈,多个所述橡胶圈连接拼接出所述注浆段袖阀管,所述橡胶圈上设有切缝用于形成所述出浆口。

在其中一个实施例中,每个所述橡胶圈上设有多个所述切缝,多个所述切缝沿所述橡胶圈的周向方向均匀布置,所述切缝沿所述橡胶圈的轴向延伸。

在其中一个实施例中,所述封孔套呈伞状,所述封孔套朝远离所述注浆段袖阀管的方向弯曲延伸。

在其中一个实施例中,所述注浆内管的底端设有注浆头,所述注浆头的内腔朝远离所述非注浆段袖阀管的方向逐渐减小实现浆液加压。

一种土石混合体地层注浆加固方法,采用上述任意一项所述的土石混合体地层注浆加固装置,包括以下步骤:

对注浆区域进行地质雷达探测;

在土石混合体地层加工出钻孔;

将注浆段袖阀管和非注浆段袖阀管连接后,下放到所述钻孔内;

将堵孔环系统安装于非注浆段袖阀管和钻孔之间的间隙内实现封孔;

通过注浆内管进入所述注浆段袖阀管内实现对注浆段的分段注浆,其中,注浆时先对注浆区域的外围采用a液注浆,再对内部注浆区域采用b液注浆;

注浆完成后取出堵孔环系统,填充非注浆段袖阀管与钻孔之间的孔隙。

在其中一个实施例中,所述将堵孔环系统安装于非注浆段袖阀管和钻孔之间的间隙内实现封孔的步骤具体为:

将连接板与连接筋连接后,将所述连接筋沿非注浆段袖阀管和钻孔之间的孔隙下移,使所述连接板与所述封孔套接触,然后用连接筋依次连接封堵环,达到拼接高度后安装所述连接筋顶端的连接板,并于地表固定。

在其中一个实施例中,通过注浆内管进入所述注浆段袖阀管内实现对注浆段的分段注浆的步骤具体为:

浆液置入搅拌机以90~120转/分钟的速度搅拌均匀后进入注浆泵,再通过注浆内管进入所述注浆段袖阀管内实现对注浆段的分段注浆。

在其中一个实施例中,注浆停止的标准为注浆泵压力表显示值稳定高于初始注浆压力。

在其中一个实施例中,所述a液包括水100份,水玻璃30~50份,低碱度硫铝酸盐水泥70~90份,所述b液包括水100份,普通水泥90~100份。

上述土石混合体地层注浆加固装置及注浆加固方法至少具有以下优点:

第一,本发明通过注浆试验结合现场施工情况得出的浆液配比及根据注浆区域分浆液注浆的施工工序,利用a液凝结速度快和充填效果好的特点封堵住注浆区域四周的大孔隙,提高了浆液利用率。

第二,通过可重复利用的封孔环系统充填非注浆段孔隙,在保证了不降低注浆压力的同时,节省了注浆套壳料的施工造价和缩短了施工周期,具有结构简单和环保节约的优点。

第三,通过袖阀管结构系统中的注浆内管和橡胶切缝出浆口增大了出浆压力和保证了注浆段的准确性,改善了注浆扩散和胶结效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式,下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为一实施方式中土石混合体地层注浆加固装置进行注浆加固的流程图;

图2为图1中袖阀管系统的结构示意图;

图3为图1中堵孔环系统的结构示意图;

图4为一实施方式中土石混合体地层注浆加固方法的流程图。

附图标记:

1-钻孔,10-袖阀管系统,12-注浆段袖阀管,122-橡胶圈,124-切缝,14-非注浆段袖阀管,15-分段板,16-封孔套,18-螺纹连接,20-堵孔环系统,22-连接筋,24-封堵环,242-连接孔,26-连接板,30-注浆内管,32-注浆头。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。

请参阅图1,一实施方式中的土石混合体地层注浆加固装置,主要适用于复合式tbm施工。具体地,该土石混合体地层注浆加固装置包括袖阀管系统10、堵孔环系统20及注浆内管30。

请一并参阅图2,袖阀管系统10包括注浆段袖阀管12、非注浆段袖阀管14及分段板15,注浆段袖阀管12和非注浆段袖阀管14连接。一实施方式中,注浆段袖阀管12和非注浆段袖阀管14采用螺纹连接18,可以方便注浆段袖阀管12和非注浆段袖阀管14的连接和拆卸。

注浆段袖阀管12设有出浆口,注浆段袖阀管12内的浆液可以通过出浆口进入到钻孔1内。一实施方式中,注浆段袖阀管12包括多个橡胶圈122,多个橡胶圈122拼接出注浆段袖阀管12。可以通过拼接不同数量的橡胶圈122,,改变注浆段袖阀管12的长度。相邻两个橡胶圈122之间采用螺纹连接18,橡胶圈122未变形时内径等于袖阀管外径。

橡胶圈122上设有切缝124用于形成出浆口,未受浆液压力时,切缝124处于闭合状态,达到一定压力后切缝124扩展出浆。一实施方式中,每个橡胶圈122上设有多个切缝124,多个切缝124沿橡胶圈122的周向方向均匀布置。本实施方式中,切缝124的数量为4个,切缝124沿橡胶圈122的轴向方向延伸,切缝124的长度为1-2cm。其中,非注浆段袖阀管14也可以通过橡胶圈122拼接形成,非注浆段袖阀管14的橡胶圈122不开设切缝124。

注浆段袖阀管12和非注浆段袖阀管14的接口位置设有封孔套16,封孔套16用于隔离注浆段和非注浆段的气压流动。一实施方式中,封孔套16为橡胶封孔套,封孔套16呈伞状,封孔套16朝远离注浆段袖阀管12的方向弯曲延伸,封孔套16的直径大于钻孔1直径10-15cm。

分段板15套设于注浆段袖阀管12外,分段板15与钻孔1的孔壁接触,分段板15可以实现分段注浆,避免浆液的压力减小。一实施方式中,分段板15为实心圆环板,厚度为1cm。

请一并参阅图3,堵孔环系统20可拆卸地安装于非注浆段袖阀管14和钻孔1之间的间隙内,堵孔环系统20用于实现封孔。具体地,堵孔环系统20包括连接筋22、封堵环24及连接板26。封堵环24套设于非注浆段袖阀管14外,连接筋22穿设于多个封堵环24内,连接筋22用于将多个封堵环24连接为整体。

一实施方式中,封堵环24的内径等于袖阀管外径,外径等于钻孔1直径。封堵环24开设有连接孔242,连接筋22穿设于连接孔242内。连接孔242设有两组,两组连接孔242关于封堵环24的轴向对称布置。具体地,封堵环24为塑料制成,单个封堵环24厚度为0.3~0.8m。连接筋22为空心钢管,连接孔242直径为0.5-1cm。

连接板26安装于连接筋22的端部,连接筋22的两端均安装连接板26。封堵环24位于两个连接板26之间,连接板26可以方便拼接和拆卸单个封堵环24。其中,连接筋22底部的连接板26与封孔套16接触,连接筋22顶部的连接板26固定于地表。固定于地表的连接板26可以悬挂堵孔环系统20,避免堵孔环系统20在自重作用下向下挤压封孔套16。

注浆内管30穿过非注浆段袖阀管14插入到注浆段袖阀管12内,注浆过程中注浆内管30可沿袖阀管管壁提升移动,注浆内管30用来保证出浆压力和分段注浆的准确性。注浆内管30位于注浆段袖阀管12内的端部设有密封套,密封套密封在注浆内管30和注浆段袖阀管12之间的间隙内,用于防止浆液向上流动。

一实施方式中,密封套位于注浆段袖阀管12和非注浆段袖阀管14的接口位置。注浆内管30直径小于袖阀管内径2-3cm,密封套为橡胶套。注浆内管30的底端设有注浆头32,注浆头32的内径朝远离非注浆段袖阀管14的方向逐渐减小,可以实现浆液加压。

请参阅图4,本发明还提供一种土石混合体地层注浆加固方法,为实现该注浆加固方法,其采用上述土石混合体地层注浆加固装置。具体地,该注浆加固方法包括以下步骤:

步骤s110:对注浆区域进行地质雷达探测。

请再次参阅图1,具体地,首先对注浆区域进行地质雷达探测,基于探测结果的分析对原有注浆孔的布置进行改进。注浆孔要避开存在巨大孤石的位置,对于密实性较差的区域要减小注浆孔布置间距。

步骤s120:在土石混合体地层加工出钻孔1。

具体地,对土石混合体地层,按照设计深度竖向钻设出钻孔1,钻孔1分布为梅花形布置。一实施方式中,在上述步骤s110之后,上述安装方法还包括:对钻孔1进行清孔,保证钻孔1的质量。

步骤s130:将注浆段袖阀管12及非注浆段袖阀管14连接后,下放到钻孔1内。

具体地,根据注浆深度,分段拼接注浆段袖阀管12和非注浆段袖阀管14,然后将注浆段袖阀管12和非注浆段袖阀管14螺纹连接18,在注浆段袖阀管12和非注浆段袖阀管14接口位置安装封孔套16。注浆段袖阀管12和非注浆段袖阀管14连接为一体后,下放到钻孔1内。

步骤s140:将堵孔环系统20安装于非注浆段袖阀管14和钻孔1之间的间隙内实现封孔。

具体地,将连接板26与连接筋22连接后,将连接筋22沿非注浆段袖阀管14和钻孔1之间的孔隙下移,使连接板26接触到封孔套16,即下移长度等于非注浆段长度。然后用连接筋22依次连接单个封堵环24,封堵环24套设于非注浆段袖阀管14外,达到拼接高度后安装连接筋22顶端的连接板26,并将连接板26固定于地表,实现悬挂堵孔环系统20。

步骤s150:通过注浆内管30进入到注浆段袖阀管12内实现对注浆段的分段注浆,其中,注浆时限定注浆区域的外围采用a液注浆,再对内部注浆区域采用b液注浆。

具体地,浆液置入搅拌机以90~120转/分钟的速度搅拌均匀后进入注浆泵,再通过注浆内管30进入注浆段袖阀管12内实现对注浆段的分段注浆,注浆停止的标准为注浆泵压力表显示值稳定高于初始注浆压力。其中,a液包括水100份,水玻璃30~50份,低碱度硫铝酸盐水泥70~90份,b液包括水100份,普通水泥90~100份。

步骤s160:注浆完成后取出堵孔环系统20,填充非注浆段袖阀管14与钻孔1之间的孔隙。

具体地,注浆完成后取出堵孔环系统20,即按照上述安装堵孔环系统20的反向顺序取出堵孔环系统20。堵孔环系统20取出后,填充非注浆段袖阀管14和钻孔1之间的孔隙。

土石混合体地层注浆加固装置及注浆加固方法,利用a液凝结速度快和充填效果好的特点封堵住注浆区域四周的大孔隙,提高了浆液利用率,堵孔环系统20可重复利用,在保证了不降低注浆压力的同时,节省了注浆套壳料的施工造价和缩短了施工周期,具有结构简单和环保节约的优点。注浆内管30和橡胶切缝124出浆口增大了出浆压力和保证了注浆段的准确性,改善了注浆扩散和胶结效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1