定点控域注浆装置及注浆工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种定点控域注浆装置，包括固定并分别穿过孔口紧固密封单元的模袋注浆管、水泥基浆液注浆管和控制液注浆管，模袋注浆管上设置有至少一个套在其外部的模袋，模袋内模袋注浆管管壁上开设有若干黏贴铝片的溢浆孔，当模袋数量大于一个时，模袋之间有间距，且该间距区段正好与注浆孔中关键注浆部位相对应；水泥基浆液注浆管和控制液注浆管末端连通至混合器，混合器上连接出浆短管，出浆短管出浆口与注浆孔中关键注浆部位相对应。本发明同时还公开了利用该装置的注浆工艺。本发明实现了注浆关键部位的定点控域注浆，通过双液孔内混合，保证了双液浆在初始注入地层时的流动性，促使浆液在关键注浆部位充分注入，提高注浆工程整体效果。
【专利说明】定点控域注浆装置及注浆工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于矿山、隧道等地下工程注浆加固、堵水技术，尤其是一种定点控域注浆装置及注浆工艺。
【背景技术】
[0002]目前，矿山、隧道等地下工程建设中，经常发生围岩变形大、涌水量大等问题，甚至会发生突水突泥灾害，造成巨大的人员财产损失。注浆作为一种加固软弱围岩、治理水害的一种有效手段在地下工程灾害治理中得到了越来越广泛的应用。注浆实践表明，影响注浆加固或堵水效果的往往是一些关键地质区段，如大的含导水裂隙、破碎段、岩溶通道、注浆孔深部区域(即注浆孔深? 200的区段)等，这些地段若不能得到有效改善，常造成浆液的浪费和工程质量偏低。传统注浆工艺中，全裸孔注浆忽视了关键部位定点注浆的重要性，且孔口的双液混合造成浆液在关键部位之前的初凝，阻滞了混合浆液在关键部位的充分扩散，严重制约了注浆效用。
[0003]中国专利申请⑶102003189八公开了一种快速均匀加固软弱地层的模袋注浆方法和装置，其具有一次注浆单元和二次注浆单元；二次注浆单元的注浆管(1)的管壁上具有若干出浆孔(2 )，在二次注浆单元的注浆管(1)上套置模袋(3 )并将模袋两端箍紧在注浆管上；在孔口位置的二次注浆单元注浆管(1)上套置由垫板(7)和螺母(8)组成的预紧单元，二次注浆单元注浆管(1)的另一端通过两侧球阀与二次注浆管路连接；一次注浆单元具有双囊注浆栓塞(“)、一次注浆单元输浆钢管(17)和手压泵构成的注浆装置。该发明存在以下不足:(1)只能用于单液注浆，不能灌注双液浆，尤其不具有孔内双液混合的功能；(2)注浆管1是通过快硬水泥卷固定的，只能用于孔深小于100的钻孔注浆，不能完成任意深度钻孔注浆。
[0004]中国专利申请⑶102979478八公开了一种涌水钻孔止水装置，包括止水套管、小注浆管路，所述止水套管靠近两端的壁上分别设有出浆口 1、出浆口 II，所述出浆口 1、出浆口 II的圆孔沿轴向在同一直线上，出浆口 1、出浆口 II与注浆小管连接，注浆小管设于止水套管内，注浆小管与小注浆管路连接，小注浆管路与注浆泵连接，止水套管外围设有圆筒型模袋，模袋直径大于止水套管直径，模袋两端分别伸出出浆口 1、出浆口 II后与止水套管密封连接，模袋与止水套管之间形成空腔。该发明存在以下不足:(1)该发明主要解决孔口止水问题，未涉及到注浆领域；(2)注浆小管位于套管内侧，钻孔止水后注浆小管不能拔出，影响了钻孔下一步的施工，也不利于钻孔涌水的控制排放；(3)圆筒形模袋与套管之间没有安置箍紧装置，而只是简单捆扎，施工过程中容易造成模袋脱落或模袋端口跑浆，达不到止水效果。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种定点控域注浆装置及注浆工艺，使注浆工程能够限制关键区浆液扩散空间，提高岩体注浆加固或堵水效果，降低工程成本。
[0006]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
一种定点控域注浆装置，包括固定并分别穿过孔口紧固密封单元的模袋注浆管、水泥基浆液注浆管和控制液注浆管，模袋注浆管上设置有至少一个套在其外部的模袋，模袋内的模袋注浆管的管壁上开设有若干黏贴铝片的溢浆孔，当模袋数量大于一个时，模袋之间有间距，且该间距区段正好与注浆孔中的关键注浆部位相对应；水泥基浆液注浆管和控制液注浆管的末端连通至混合器，混合器上连接出浆短管，且出浆短管的出浆口与注浆孔中的关键注浆部位相对应。
[0007]所述紧固密封单元包括孔口管、孔口法兰、紧固法兰及泄水控制阀，孔口管用于封固在注浆孔内部，孔口法兰焊接在孔口管端部，紧固法兰固定安装于孔口法兰上，紧固法兰上开设有五个孔，其中三个孔供模袋注浆管、水泥基浆液注浆管和控制液注浆管穿过并焊接固定，另外两个为泄流孔，泄流管安装于泄流孔中，泄流管上设置有泄水控制阀。
[0008]所述模袋数量为两个，其中一个套设于靠近模袋注浆管末端的外部，该部位的模袋注浆管上的溢浆孔上覆盖的铝片能够抵抗0.1^0.3即3注浆压力；另一个套设于靠近模袋注浆管前端的外部，该部位的模袋注浆管上的溢浆孔上覆盖的铝片能够抵抗11.51？3注浆压力；模袋由土工布加工而成，模袋的端头与模袋注浆管之间通过箍紧器固定。
[0009]所述模袋数量为一个，模袋套设于混合器前部的模袋注浆管外部，该部位的模袋注浆管上的溢浆孔上覆盖的铝片能够抵抗11.5即3注浆压力；模袋由土工布加工而成，模袋的端头与模袋注浆管之间通过箍紧器固定。
[0010]所述溢浆孔呈台阶状。
[0011]所述箍紧器上钻设有以焊接方式连接模袋注浆管圆孔，箍紧器边缘处加工成台阶状圆盘，台阶上钻设固定孔，并于周缘上加工环状凹槽，固定孔和凹槽分别通过法兰和高强橡胶圈箍紧模袋的端头。
[0012]所述箍紧器上钻设有分别以焊接方式连接模袋注浆管、水泥基浆液注浆管及控制液注浆管的3个圆孔，箍紧器边缘处加工成台阶状圆盘，台阶上钻设固定孔，并于周缘上加工环状凹槽，固定孔和凹槽分别通过法兰和高强橡胶圈箍紧模袋的端头。
[0013]所述水泥基注浆管、控制液注浆管和模袋注浆管通过第一锁扣固定，第一锁扣中设置有三个供水泥基注浆管、控制液注浆管和模袋注浆管穿过的孔，每个孔上均开设有延伸至所述锁扣外部的开口，开口处设有螺栓孔；且三个孔与供水泥基注浆管、控制液注浆管和模袋注浆管之间设置有橡胶垫。
[0014]所述出浆短管与模袋注浆管在加固或堵水位置以第二锁扣固定，防止孔内水泥基注浆管、控制液注浆管在放入注浆孔过程中发生折断损毁；第二锁扣中设置有两个供出浆短管和模袋注浆管穿过的孔，每个孔上均开设有延伸至所述锁扣外部的开口，开口处设有螺栓孔；且两个孔与供出浆短管和模袋注浆管之间设置有橡胶垫。
[0015]一种定点控域注浆工艺，其步骤为:
(1)注浆孔施工至3、111后，利用水泥-水玻璃双液浆封固孔口管，焊接孔口法兰，施工过程中遇到含导水裂隙、破碎段、岩溶通道等注浆关键部位后，记录关键部位位置，并撤出钻探设备；
(2)根据关键部位位置加工定点控域装置，并将装置妥善放置到注浆孔中；通过螺栓将紧固法兰固定在孔口法兰上，通过焊接方式将水泥基注浆管、控制液注浆管、模袋注浆管固定在紧固法兰上；连接注浆设备；若注浆孔内有涌水，则打开泄水阀，排放注浆孔内涌水；若注浆关键部位位于注浆孔底，则采用模袋数量为一个定点控域装置；
(3)通过模袋注浆管向靠近模袋注浆管末端的模袋内注入浆液，注浆压力控制在1^1.51？3内，稳定5?10-11后基本不进浆，结束注浆；升高注浆压力至^1.51？3以上，冲开靠近模袋注浆管前端的模袋注浆管上覆盖的铝片，进行该部分模袋注浆，稳定后基本不进浆，结束注浆，此时注浆关键部位前后由注浆的模袋组成的阻隔单元阻隔，处于封闭状态；
(4)打开水泥基浆液注浆管及控制液注浆管上进浆阀，启动注浆装置；水泥基浆液和控制液经混合器后，在注浆关键部位充分混合，开始实施控域注浆；注浆达到结束标准后，依次打开注浆管路的泄压阀，关闭进浆阀，完成注浆；
(5)拆卸、清洗管路。
[0016]本发明的有益效果是:
(1)利用由套在模袋注浆管外部的模袋组成的自适应止浆封隔器，可以使浆液限制在注浆关键部位的扩散运移；
(2)自适应止浆封隔器可适应不同的孔壁形状，同时在撑起时挤压孔壁岩体，提高了孔壁岩体强度和抗渗性，避免壁后绕浆情况的发生；
(3)实现了双液浆(即水泥基和控制液)的孔内(即混合器内)混合，防止孔口混合双液浆在注浆孔内运移过程中的凝胶、沉淀现象，保证了双液浆在初始注入地层时的流动性，促使浆液在注浆关键部位充分注入。
[0017](4)应用广泛，可应用于注浆孔深部注浆、大裂隙或溶管的大体量涌水的靶区封堵和治理以及注浆检查孔薄弱带补充注浆堵水及加固。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明结构示意图；
图23、图26是I型箍紧器侧视图及正视图；
图3已、图36是II型箍紧器视图及正视图；
图4是II型锁扣剖面图；
图5是I型锁扣剖面图；
图63、图66是固定法兰侧视图及正视图；
其中，匕前置阻隔部分、化后置阻隔部分、1-1模袋注浆管、1-1-1溢浆孔、1-1-2铝片、
1-28I型箍紧器、1-26 II型箍紧器、1-23 -1 I型箍紧器固定孔、1-2& -2 I型箍紧器环状凹槽、1-26 -1 II型箍紧器固定孔、1-26 -2 II型箍紧器环状凹槽、1-2& -3 I型箍紧器法兰、1-23 -4 I型箍紧器高强橡胶圈、1-26-3 II型箍紧器法兰、1-26-4 II型箍紧器高强橡胶圈、1-23-5第一圆孔、1-26-521第二圆孔、1-26-513第三圆、1-26-5(3第四圆孔、1-36 I型锁扣、1-38 II型锁扣、1-38-1第一缺口、1-36-1第二缺口、1-3&-2第一橡胶垫、1-36-2第二橡胶垫、1-3&3第一紧固螺栓、1-36-3第二紧固螺栓、1-4模袋、2-1水泥基浆液注浆管、2-2控制液注浆管、2-3混合器、2-4出浆短管、2-53第一进浆阀、2-56进浆阀、2-63第一泄压阀、
2-66第二泄压阀、3-1孔口管、3-2孔口法兰、3-3紧固法兰、3-4泄水控制阀、3-3-匕穿水泥基注浆管圆孔、3-3-16穿控制液注浆管圆孔、3-3-化穿模袋注浆管圆孔、3-3-2泄流孔。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0020]如图1所示，一种定点控域注浆装置，具有自适应止浆阻隔单元、孔内混合双液注浆单元、孔口紧固密封单元。所述的自适应止浆阻隔单元由前置阻隔部分匕和后置阻隔部分化组成，均由模袋注浆管1-1、箍紧器、锁扣、模袋1-4组成。所述的孔内混合双液注浆单元由水泥基浆液注浆管2-1、控制液注浆管2-2、混合器2-3、出浆短管2-4、进浆阀及泄压阀组成。所述的孔口紧固密封单元由孔口管3-1、孔口法兰3-2、紧固法兰3-3及泄水控制阀3-4组成。
[0021]如图1所示，模袋注浆管1-1由钢管制作，管壁上钻设多组台阶状溢浆孔1-1-1，且溢浆孔以黏贴铝片1-1-2的方式覆盖。所述的溢浆孔1-1-1外侧套置模袋1-4 ；所述的模袋1-4由土工布加工而成，模袋1-4的端头与模袋注浆管之间通过I型箍紧器1-23和II型箍紧器1-?固定。
[0022]如图1所示，所述的前置阻隔部分匕和后置阻隔部分化通过模袋注浆管1-1连接，前置阻隔部分匕和后置阻隔部分化中间区段即为关键注浆部位。
[0023]如图1、图％、图26所示，所述的箍紧器包括I型箍紧器1-23和II型箍紧器1-2匕所述的I型箍紧器1-23内置于前置阻隔部分匕内，其上钻设第一圆孔1-2^5以焊接方式连接模袋注浆管1-1。所述的I型箍紧器1-2&边缘处加工成台阶状圆盘，台阶上钻设固定孔1-23-1，并于周缘上加工环状凹槽1-2^2。所述的固定孔1-23-1和凹槽1-2^2分别通过法兰1-2 8-3和高强橡胶圈1-2^4箍紧模袋端头。前置阻隔部分匕内模袋注浆管1-1上的溢浆孔铝片1-1-2可抵抗0.1^0.31？3注浆压力。
[0024]如图1、图33、图此所示，所述的II型箍紧器1-26内置于后置阻隔部分化内，其上钻设3个圆孔(分别为第二圆孔1-26-51第三圆1-26-513、第四圆孔1-26-5(:),分别以焊接方式连接模袋注浆管1-1、水泥基浆液注浆管2-1及控制液注浆管2-2。所述的II型箍紧器1-26边缘处加工成台阶状圆盘，台阶上钻设固定孔1-26-1，并于周缘上加工环状凹槽1-26-2。所述的固定孔1-26-1和凹槽1-26-2分别通过法兰1-26-3和高强橡胶圈1-26-4箍紧模袋端头。后置阻隔部分化内模袋注浆管1-1上的溢浆孔铝片1-1-2可抵抗11.51？3注浆压力。
[0025]如图1所示，所述的水泥基浆液注浆管2-1和控制液注浆管2-2由钢管制作，在加固或堵水位置以焊接方式连通，并与混合器2-3连接。所述的水泥基浆液注浆管2-1在孔口外与第一进浆阀2-53和第一泄压阀2-63连接。所述的控制液注浆管2-2在孔口外与第二进浆阀2-56和第二泄压阀2-66连接。所述的混合器2-3末端连接出浆短管2-4。
[0026]如图1所示，所述的锁扣包括I型锁扣(即第一锁扣)1-36和II型锁扣(即第二锁扣)1-3^所述的水泥基注浆管2-1、控制液注浆管2-2、模袋注浆管1-1在后置阻隔部分化中通过I型锁扣1-36固定；所述的出浆短管2-4与模袋注浆管1-1在加固或堵水位置以II型锁扣1-3&固定，防止孔内混合注浆单元在放入注浆孔过程中发生折断损毁。
[0027]如图1、4、5所示，所述的I型锁扣1-36和II型锁扣1-33均留有第一缺口 1-3^1和第二缺口 1-36-1，与钢管之间分别内置第一橡胶垫1-3^2和第二橡胶垫1-36-2，通过第一紧固螺栓1-33-3和第二紧固螺栓1-36-3箍紧。
[0028]如图1所示，所述的孔口管3-1由地质管制作，封固在注浆孔内部。所述的孔口法兰3-2焊接在孔口管端部。
[0029]如图1、图如、图66所示，所述的紧固法兰3-3上对应箍紧器位置加工3个圆孔3-3-113-3-113-3-16使水泥基注浆管、控制液注浆管、模袋注浆管穿过，并经螺栓与孔口管焊接固定。
[0030]如图1、图如、图66所示，所述的紧固法兰上加工2个泄流孔3-3-2，所述的泄流孔
3-3-2通过钢管与泄水控制阀3-4连接。开始实施注浆。
[0031]一种定点控域注浆工艺，其步骤为:
(1)注浆孔施工至3、111后，利用水泥-水玻璃双液浆封固孔口管，焊接孔口法兰，施工过程中遇到含导水裂隙、破碎段、岩溶通道等注浆关键部位后，记录关键部位位置，并撤出钻探设备；
(2)根据关键部位位置加工定点控域装置，并将装置妥善放置到注浆孔中；通过螺栓将紧固法兰固定在孔口法兰上，通过焊接方式将水泥基注浆管、控制液注浆管、模袋注浆管固定在紧固法兰上；连接注浆设备；若注浆孔内有涌水，则打开泄水阀，排放注浆孔内涌水；若注浆关键部位位于注浆孔底，则采用模袋数量为一个定点控域装置；
(3)通过模袋注浆管向靠近模袋注浆管末端的模袋内注入浆液，注浆压力控制在1^1.51？3内，稳定5?10-11后基本不进浆，结束注浆；升高注浆压力至^1.51？3以上，冲开靠近模袋注浆管前端的模袋注浆管上覆盖的铝片，进行该部分模袋注浆，稳定后基本不进浆，结束注浆，此时注浆关键部位前后由注浆的模袋组成的阻隔单元阻隔，处于封闭状态；
(4)打开水泥基浆液注浆管及控制液注浆管上进浆阀，启动注浆装置；水泥基浆液和控制液经混合器后，在注浆关键部位充分混合，开始实施控域注浆；注浆达到结束标准后，依次打开注浆管路的泄压阀，关闭进浆阀，完成注浆；
(5)拆卸、清洗管路。
[0032]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】
1.一种定点控域注浆装置，其特征是，包括固定并分别穿过孔口紧固密封单元的模袋注浆管、水泥基浆液注浆管和控制液注浆管，模袋注浆管上设置有至少一个套在其外部的模袋，模袋内的模袋注浆管的管壁上开设有若干黏贴铝片的溢浆孔，当模袋数量大于一个时，模袋之间有间距，且该间距区段正好与注浆孔中的关键注浆部位相对应；水泥基浆液注浆管和控制液注浆管的末端连通至混合器，混合器上连接出浆短管，且出浆短管的出浆口与注浆孔中的关键注浆部位相对应。
2.如权利要求1所述的定点控域注浆装置，其特征是，所述紧固密封单元包括孔口管、孔口法兰、紧固法兰及泄水控制阀，孔口管用于封固在注浆孔内部，孔口法兰焊接在孔口管端部，紧固法兰固定安装于孔口法兰上，紧固法兰上开设有五个孔，其中三个孔供模袋注浆管、水泥基浆液注浆管和控制液注浆管穿过并焊接固定，另外两个为泄流孔，泄流管安装于泄流孔中，泄流管上设置有泄水控制阀。
3.如权利要求1所述的定点控域注浆装置，其特征是，所述模袋数量为两个，其中一个套设于靠近模袋注浆管末端的外部，该部位的模袋注浆管上的溢浆孔上覆盖的铝片能够抵抗0.Γ0.3MPa注浆压力；另一个套设于靠近模袋注浆管前端的外部，该部位的模袋注浆管上的溢浆孔上覆盖的铝片能够抵抗广1.5MPa注浆压力；模袋由土工布加工而成，模袋的端头与模袋注浆管之间通过箍紧器固定。
4.如权利要求1所述的定点控域注浆装置，其特征是，所述模袋数量为一个，模袋套设于混合器前部的模袋注浆管外部，该部位的模袋注浆管上的溢浆孔上覆盖的铝片能够抵抗Γ1.5MPa注浆压力；模袋由土工布加工而成，模袋的端头与模袋注浆管之间通过箍紧器固定。
5.如权利要求1所述的定点控域注浆装置，其特征是，所述溢浆孔呈台阶状。
6.如权利要求3或4所述的定点控域注浆装置，其特征是，所述箍紧器上钻设有以焊接方式连接模袋注浆管圆孔，箍紧器边缘处加工成台阶状圆盘，台阶上钻设固定孔，并于周缘上加工环状凹槽，固定孔和凹槽分别通过法兰和高强橡胶圈箍紧模袋的端头。
7.如权利要求3或4所述的定点控域注浆装置，其特征是，所述箍紧器上钻设有分别以焊接方式连接模袋注浆管、水泥基浆液注浆管及控制液注浆管的3个圆孔，箍紧器边缘处加工成台阶状圆盘，台阶上钻设固定孔，并于周缘上加工环状凹槽，固定孔和凹槽分别通过法兰和高强橡胶圈箍紧模袋的端头。
8.如权利要求1所述的定点控域注浆装置，其特征是，所述水泥基注浆管、控制液注浆管和模袋注浆管通过第一锁扣固定，第一锁扣中设置有三个供水泥基注浆管、控制液注浆管和模袋注浆管穿过的孔，每个孔上均开设有延伸至所述锁扣外部的开口，开口处设有螺栓孔；且三个孔与供水泥基注浆管、控制液注浆管和模袋注浆管之间设置有橡胶垫。
9.如权利要求1所述的定点控域注浆装置，其特征是，所述出浆短管与模袋注浆管在加固或堵水位置以第二锁扣固定；第二锁扣中设置有两个供出浆短管和模袋注浆管穿过的孔，每个孔上均开设有延伸至所述锁扣外部的开口，开口处设有螺栓孔；且两个孔与供出浆短管和模袋注浆管之间设置有橡胶垫。
10.一种利用权利要求2所述装置的定点控域注浆工艺，其步骤为: (I)注浆孔施工至3?5m后，利用水泥-水玻璃双液浆封固孔口管，焊接孔口法兰，施工过程中遇到含导水裂隙、破碎段和岩溶通道注浆关键部位后，记录关键部位位置，并撤出钻探设备； (2)根据关键部位位置加工定点控域装置，并将装置妥善放置到注浆孔中；通过螺栓将紧固法兰固定在孔口法兰上，通过焊接方式将水泥基注浆管、控制液注浆管、模袋注浆管固定在紧固法兰上；连接注浆设备；若注浆孔内有涌水，则打开泄水阀，排放注浆孔内涌水；若注浆关键部位位于注浆孔底，则采用模袋数量为一个定点控域装置； (3)通过模袋注浆管向靠近模袋注浆管末端的模袋内注入浆液，注浆压力控制在Γ1.5MPa内，稳定5?1min后不进浆，结束注浆；升高注浆压力至f 1.5MPa以上，冲开靠近模袋注浆管前端的模袋注浆管上覆盖的铝片，进行该部分模袋注浆，稳定^lOmin后不进浆，结束注浆，此时注浆关键部位前后由注浆的模袋组成的阻隔单元阻隔，处于封闭状态； (4)打开水泥基浆液注浆管及控制液注浆管上进浆阀，启动注浆装置；水泥基浆液和控制液经混合器后，在注浆关键部位充分混合，开始实施控域注浆；注浆达到结束标准后，依次打开注浆管路的泄压阀，关闭进浆阀，完成注浆。
【文档编号】E21D11/10GK104314587SQ201410583454
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】张伟杰, 魏久传, 尹会永, 谢道雷 申请人:山东科技大学