一种双压控制冲挤灌浆系统的制作方法

本实用新型涉及松软地基加固与防渗灌浆处理技术领域，具体而言，涉及一种用于对松软地基加固与防渗灌浆处理的双压控制冲挤灌浆系统。

背景技术：

对于松软地基的加固与防渗灌浆处理，目前普遍存在小主应力面低压重复劈裂无效灌注的技术缺陷。专利号为zl201210348150.2的专利文献，提出了一种“钻灌一体，自上而下，高压冲挤灌浆方法”，极大地提高了松软地层灌浆加固与防渗技术的可控性与有效性。

但是，由于该专利公开的灌浆方法为一种孔口敞开式钻灌一体施工，一方面钻灌一体冲挤灌浆压力大小受到一定的局限性；另一方面由于没有设置孔口封闭回浆控制装置，钻灌过程中上部已灌孔段基本失去复灌作用，其灌浆质量仍有待进一步提高。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种双压控制冲挤灌浆系统，采用该灌浆系统对松软地层进行钻灌一体冲挤灌浆时，可同时进行脉冲进浆压力与脉冲回浆压力双压控制，不仅可借助孔口脉冲回浆压力叠加效应提升孔底钻灌脉冲进浆压力，而且可借助孔口脉冲回浆压力控制作用进一步对已灌孔段产生有效的复灌效应。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种双压控制冲挤灌浆系统，包括地质钻机、储浆搅拌桶和脉冲灌浆泵，地质钻机上设有中空的圆立轴钻杆，圆立轴钻杆的上端安装一钻机水龙头，圆立轴钻杆的下端连接一冲挤灌浆机具，储浆搅拌桶与脉冲灌浆泵通过吸浆管连通，脉冲灌浆泵的出口与一钻灌进浆管连通，钻灌进浆管与钻机水龙头连通，在地层钻孔的孔口内设有一孔口套管，冲挤灌浆机具穿过孔口套管伸入到待钻灌的地层中，钻灌进浆管、钻机水龙头、圆立轴钻杆和冲挤灌浆机具的内腔连通形成冲挤灌浆供浆通道，双压控制冲挤灌浆系统还包括一孔口封闭器，孔口封闭器套设在圆立轴钻杆上，且孔口封闭器的下端与孔口套管的上端连接，孔口封闭器上设有与孔口套管的内腔连通的孔口封闭器回浆接口，孔口封闭器回浆接口处安装一回浆压力调控装置，钻灌进浆管上连接一进浆压力调控装置。

进一步地，孔口封闭器包括一外封套管，外封套管的上端螺纹连接一上锁套，外封套管的下端螺纹连接一三通锁套，外封套管内部设有一弹性密封套，弹性密封套的上端嵌入外封套管和上锁套之间且与上锁套螺纹连接，弹性密封套的下端嵌入外封套管和三通锁套之间且与三通锁套螺纹连接，孔口封闭器回浆接口设于三通锁套上且与三通锁套的内腔连通，外封套管和弹性密封套之间形成一充液密封腔，外封套管通过一充液管与一充液泵连接。

进一步地，进浆压力调控装置包括一三通管、一进浆压力控制闸阀和一进浆压力表，三通管的一个接口与脉冲灌浆泵的出浆口连通，三通管的另两个接口分别与进浆压力表和进浆压力控制闸阀连通，进浆压力表安装在钻灌进浆管与进浆压力控制闸阀之间，进浆压力控制闸阀出口端通过一回浆管与储浆搅拌桶连通。

进一步地，回浆压力调控装置包括一回浆压力控制闸阀和一回浆压力表，回浆压力表安装在孔口封闭器回浆接口与回浆压力控制闸阀之间，回浆压力控制闸阀的出口端连接一钻灌回浆管。

进一步地，双压控制冲挤灌浆系统还包括一回浆除砂装置，回浆除砂装置包括一除砂振动筛，除砂振动筛设置在钻灌回浆管的末端，除砂振动筛的下部搅拌桶连接一浆液输送泵，浆液输送泵的出口端通过一回浆输浆管与储浆搅拌桶连通。

进一步地，回浆输浆管与储浆搅拌桶的连通处安装一用于对回浆输浆管中输送的浆料进行过滤的过滤筛。

进一步地，冲挤灌浆机具包括地质钻杆，地质钻杆的上端与圆立轴钻杆连接，地质钻杆的下端连接一钻具，钻具的下部安装一全断面钻头，地质钻杆的直径小于或等于91mm。

进一步地，孔口套管设置在地面以下的深度不小于1.5m，孔口套管露出地面以上的高度不大于0.1m。

进一步地，双压控制冲挤灌浆系统还包括一制浆桶，制浆桶通过一制浆输浆管与储浆搅拌桶连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：与现有的“钻灌一体，自上而下，高压冲挤灌浆方法”工艺技术相比，本实用新型通过在钻孔的孔口增设一种可进行钻灌动态封闭的孔口封闭器，在钻灌一体冲挤灌浆过程中，可实现孔内与孔口双重封阻条件下的脉冲进浆压力与脉冲回浆压力双压力控制，不仅可借助孔口脉冲回浆压力叠加效应提升孔底钻灌脉冲进浆压力，而且可借助孔口脉冲回浆压力控制作用进一步对已灌孔段产生有效的复灌效应，从而实现对松软地层更有效可控的原位冲挤钻灌一体灌浆，达到更好的灌浆质量效果。

更有益效果是：本实用新型的一种双压控制冲挤灌浆系统增设了一套回浆除砂装置，可实时对钻灌过程中回浆进行有效的振动除砂净化处理，从而可确保整个钻灌过程中浆液的可灌性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例的双压控制冲挤灌浆系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的双压控制冲挤灌浆系统中孔口封闭器的放大结构示意图。

图3为图1中a处的局部放大图。

图4为图1中b处的局部放大图。

图5为图1中c处的局部放大图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、地质钻机；11、圆立轴钻杆；12、钻机水龙头；20、储浆搅拌桶；30、脉冲灌浆泵；40、冲挤灌浆机具；41、地质钻杆；42、钻具；43、全断面钻头；50、钻灌进浆管；60、孔口套管；70、孔口封闭器；71、外封套管；72、上锁套；73、三通锁套；74、弹性密封套；75、孔口封闭器回浆接口；76、充液密封腔；77、充液管；78、充液泵；80、钻灌回浆管；90、回浆压力调控装置；91、回浆压力控制闸阀；92、回浆压力表；100、进浆压力调控装置；101、三通管；102、进浆压力控制闸阀；103、进浆压力表；110、回浆除砂装置；111、除砂振动筛；112、浆液输送泵；120、过滤筛；130、制浆桶。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和典型的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

一种本实用新型实施例的双压控制冲挤灌浆系统，该双压控制冲挤灌浆系统可广泛应用于水电、市政、铁道与公路桥梁、港口、机场等领域对松散、软弱等不良地质体进行基础加固与防渗灌浆处理。该双压控制冲挤灌浆系统的结构示意图如图1至图5所示，由图可见，其主要包括地质钻机10、储浆搅拌桶20和脉冲灌浆泵30。其中，地质钻机10上设置有中空结构的圆立轴钻杆11，该圆立轴钻杆11的上端安装有一个钻机水龙头12，在圆立轴钻杆11的下端连接一个冲挤灌浆机具40。储浆搅拌桶20与脉冲灌浆泵30通过一根吸浆管连通，脉冲灌浆泵30的出口与一根钻灌进浆管50连通，该钻灌进浆管50的另一端与钻机水龙头12连通。在地层钻孔的孔口内镶铸有一个孔口套管60，冲挤灌浆机具40穿过该孔口套管60伸入到待钻灌的地层中。钻灌进浆管50、钻机水龙头12、圆立轴钻杆11和冲挤灌浆机具40的内腔连通形成冲挤灌浆供浆通道。该双压控制冲挤灌浆系统还包括有一个孔口封闭器70，该孔口封闭器70套设在圆立轴钻杆11上，且孔口封闭器70的下端与孔口套管60的上端通过管螺纹连接。在孔口封闭器70上设置有与孔口套管60的内腔连通的孔口封闭器回浆接口75，该孔口封闭器回浆接口75处安装有一个回浆压力调控装置90，在钻灌进浆管50上连接有一个进浆压力调控装置100。

上述的双压控制冲挤灌浆系统，通过在孔口套管60的上端连接孔口封闭器70，在孔口封闭器回浆接口75处安装回浆压力调控装置90，并在钻灌进浆管50上连接进浆压力调控装置100；冲挤灌浆机具40与孔壁闭合封阻形成孔底脉冲进浆压力，圆立轴钻杆11与孔口封闭器70封闭形成孔口脉冲回浆压力，通过进浆压力调控装置100调控冲挤灌浆脉冲进浆浆量与脉冲进浆压力大小，通过回浆压力调控装置90调控冲挤灌浆孔口回浆压力大小，实现双压力控制条件下的钻灌一体冲挤灌浆。采用该双压控制冲挤灌浆系统对松软地层进行钻灌一体冲挤灌浆时，可实现孔内与孔口双重封阻条件下脉冲进浆压力与脉冲回浆压力双压力控制，不仅可借助孔口脉冲回浆压力叠加效应提升孔底钻灌脉冲进浆压力，而且可借助孔口脉冲回浆压力控制作用进一步对已灌孔段产生有效的复灌效应；工艺操作便捷，有效可控，灌浆质量效果更好。

具体来说，参见图1和图2，在本实施例中，孔口封闭器70包括一个外封套管71，该外封套管71的上端螺纹连接有一个上锁套72，在外封套管71的下端螺纹连接有一个三通锁套73。外封套管71的内部设置有一个弹性密封套74，该弹性密封套74的上端嵌入外封套管71和上锁套72之间且与上锁套72螺纹连接，弹性密封套74的下端嵌入外封套管71和三通锁套73之间且与三通锁套73螺纹连接。圆立轴钻杆11的外径与弹性密封套74的内径相匹配。孔口封闭器回浆接口75设置于三通锁套73上且与三通锁套73的内腔连通，外封套管71和弹性密封套74之间形成一个充液密封腔76，外封套管71通过一根充液管77与一个充液泵78连接。该孔口封闭器70中的三通锁套73的下端与孔口套管60的上端通过管螺纹连接。需要进行密封时，操作充液泵78向充液密封腔76内通入液体(如水)，弹性密封套74在液体压力作用下产生弹性内胀快速密封圆立轴钻杆11，当对充液密封腔76放液泄压时，弹性密封套74快速弹性回缩。该弹性密封套74优选采用高弹性钢丝编织橡胶管。

参见图1和图3，在本实施例中，进浆压力调控装置100包括一根三通管101、一个进浆压力控制闸阀102和一个进浆压力表103。其中，三通管101的一个接口与脉冲灌浆泵30的出浆口连通，三通管101的另两个接口分别与进浆压力表103和进浆压力控制闸阀102连通。进浆压力表103安装在钻灌进浆管50与进浆压力控制闸阀102之间，进浆压力控制闸阀102的出口端通过一根回浆管与储浆搅拌桶20连通。采用上述的结构设置，通过进浆压力表103获得钻灌进浆管50内的进浆压力，通过进浆压力控制闸阀102可以方便地调节进浆压力。当进浆压力未达到设定进浆压力值时，通过进浆压力控制闸阀102减小回浆管内的浆液流量，增加钻灌进浆管50脉冲浆液流量来提高脉冲进浆压力；当进浆压力超过设定进浆压力值时，通过进浆压力控制闸阀102增大回浆管内的浆液流量，减小钻灌进浆管50脉冲浆液流量来降低脉冲进浆压力。

参见图1和图4，在本实施例中，回浆压力调控装置90包括一个回浆压力控制闸阀91和一个回浆压力表92，回浆压力表92安装在孔口封闭器回浆接口75与回浆压力控制闸阀91之间，回浆压力控制闸阀91的出口端连接一根钻灌回浆管80。如此设置，通过回浆压力表92可获得从孔口封闭器回浆接口75出来的浆液的回浆压力，再通过回浆压力控制闸阀91调节回浆流量，即可对回浆压力进行调节。当回浆压力未达到设定回浆压力值时，通过回浆压力控制闸阀91减小回浆流量；当回浆压力超过设定回浆压力值时，通过回浆压力控制闸阀91增大回浆流量。

从钻灌回浆管80回流的浆液中含有一些从地层中带出的沙粒，通常需要对其中的沙粒进行处理才能回收重复利用，为了解决该问题，参见图1和图5，在本实施例中，双压控制冲挤灌浆系统还包括有一个回浆除砂装置110，该回浆除砂装置110包括一个除砂振动筛111，该除砂振动筛111设置在钻灌回浆管80的末端，除砂振动筛111下部的搅拌桶连接一个浆液输送泵112，该浆液输送泵112的出口端通过一根回浆输浆管与储浆搅拌桶20连通。通过设置上述的回浆除砂装置110，可实时对钻灌过程中的回浆进行有效的振动除砂净化处理，从而可确保整个钻灌过程中浆液的可灌性能。

进一步地，参见图1，在本实施例中，回浆输浆管与储浆搅拌桶20的连通处安装有一个过滤筛120。经回浆除砂装置110净化处理后的回流浆液，在进入储浆搅拌桶20之前，通过过滤筛120进行再次过滤，可进一步去除回流浆液中含有的沙粒，进一步提高净化处理效果。

具体来说，在本实施例中，冲挤灌浆机具40包括地质钻杆41，该地质钻杆41的上端与圆立轴钻杆11连接，地质钻杆41的下端连接有一个钻具42，该钻具42的下部安装有一个全断面钻头43。地质钻杆41为小口径高强度钻杆，其直径小于或等于91mm。孔口套管60设置在地面以下的深度优选为不小于1.5m，孔口套管60露出地面以上的高度优选为不大于0.1m。双压控制冲挤灌浆系统还包括一个制浆桶130，该制浆桶130通过一根制浆输浆管与储浆搅拌桶20连通。可在施工现场进行高速制浆。

本实施例的双压控制冲挤灌浆系统中所用的地质钻机10可采用用于地质勘探的立轴式或动力头式钻机；圆立轴钻杆11可采用套在钻机立轴套内或连接于钻机动力头的主动钻杆；钻机水龙头12可采用常用的地质钻机高压水龙头；储浆搅拌桶20和制浆桶130可采用常规灌浆所使用的储浆搅拌桶20和制浆桶130；脉冲灌浆泵30可采用冲挤灌浆专用高压脉冲灌浆泵30，也可采用普通往复柱塞式高压灌浆泵卸除1-2个出浆阀座弹子与出浆口稳压罐所形成的脉冲灌浆泵30。

将该双压控制冲挤灌浆系统应用于某基础防渗灌浆工程实例，其双压控制冲挤灌浆施工的具体步骤为：

(1)在待实施冲挤灌浆作业处安装好本实用新型的双压控制冲挤灌浆系统，包括地质钻机10、脉冲灌浆泵30、储浆搅拌桶20、制浆桶130的安装，以及回浆除砂装置110、钻灌进浆管50、钻灌回浆管80、孔口封闭器70、进浆压力调控装置100等的连接安装，安装后的具体结构参见图1；

(2)根据地层条件及其工程设计要求，通过现场试验确定双压控制冲挤灌浆控制参数见下表1：

表1双压控制条件下钻灌一体冲挤灌浆施工技术参数控制表

(3)钻灌开孔，开孔直径110mm，开孔深度2.0m，采用0.5：1水泥浓浆镶铸长2.1m、外径108mm的孔口套管60，孔口套管60镶铸深度为地面以下深度2.0m，地面以上露出高度0.1m；

(4)安装孔口封闭器70，连接回浆压力调控装置90；

(5)按照每个钻灌段钻灌过程中圆立轴钻杆11与孔口封闭器70密封配合长度要求，配置冲挤灌浆机具40总长度，灌浆孔内依次下入与连接冲挤灌浆机具40；

(6)钻灌采用水泥稳定浆液，浆液配比与性能按表2进行；

表2水泥稳定浆液配比与性能表

(7)启动脉冲灌浆泵30，按照表1控制参数要求调控脉冲进浆压力与脉冲回浆压力，通过进浆压力调控装置100调控脉冲进浆压力大于或等于设计脉冲进浆压力，通过回浆压力调控装置90调控脉冲回浆压力等于设计脉冲回浆压力；开动地质钻机10对灌浆孔段自上而下依次进行双压控制条件下钻灌一体冲挤灌浆；

(8)钻进转速控制在50～100r/min，钻灌速度控制在≤10cm/min，钻灌给进压力采用中压并配合钻灌速度要求进行控制；

(9)每一个钻灌段钻孔完成后继续进行段内上下回转冲挤灌浆，并根据确定的钻灌段控制技术参数进行钻灌控制，其控制标准为：钻灌段冲挤灌浆达到设计规定的脉冲进浆压力与脉冲回浆压力，满足注入率结束标准，可结束该钻灌段冲挤灌浆，继续进行下一个钻灌段钻灌；

(10)全孔段双压控制条件下钻灌一体冲挤灌浆结束后，采用0.5：1水泥浓浆进行全孔段机械回填灌浆。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。