一种隧道大管棚分段注浆方法与流程

1.本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道大管棚分段注浆方法。


背景技术：

2.随着新建隧道工程数目日益剧增，对于浅埋暗挖隧道而言，当隧道穿越不 良软弱地层时，采用大管棚注浆可有效加固掌子面的土体，增强掌子面的稳定 性，从而减小隧道的沉降，避免隧道发生坍塌事故，该加固方式是目前隧道中 最常用的一种预加固手段。
3.然后由于地下空洞或地层裂隙的存在，采用常规的大管棚注浆方法，会导 致浆液沿着空洞或者裂隙乱窜，不能有效加固掌子面的土体，同时造成浆液的 浪费增加施工成本，甚至有时会造成邻近的地下构筑物发生变形，另外由于大 管棚和钻孔之间存在一定的裂隙，浆液也会顺着钻孔裂隙下流。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种隧道大管棚分段注浆方法，该方法采用分 段注浆以及动态调整液浆组分相结合的方式，可使浆液充分扩散到大管棚周 围，避免了浆液的乱窜，在一定程度上提高了大管棚注浆的加固效果，避免了 浆液的浪费，进一步提高大管棚注浆的适用性。
5.为此，本发明实施例提供的隧道大管棚分段注浆方法，包括如下步骤：
6.s1：测量土体的渗透系数k，土体的孔隙度n；
7.s2：利用大管棚对钻孔进行分段后退式注浆，根据注浆压力p，以及s1 中测得的参数，由公式(1)求出当前注浆分段的浆液扩散半径r；
[0008][0009]
式中：r是浆液扩散半径；p是注浆压力；μ是浆液的黏度，r是大管棚 半径；t是注浆时间；
[0010]
s3：根据s2计算的注浆扩散半径r，由公式(2)计算大管棚各个注浆分 段的理论注浆量q
th
；
[0011]qth
＝πr2l+nπr2lαβ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0012]
式中：l是当前注浆分段的长度，α是浆液有效填充率，取0.9；β是浆液 损耗系数，取1.15；
[0013]
s4：将当前注浆分段的实际注浆量q
pr
和理论注浆量q
th
进行对比，当0.8q
th
＜q
pr
＜1.5q
th
时，直接停止注浆；当q
pr
＞1.5q
th
时，调整双液浆的配比，以减 小其胶凝时间，并降低注浆压力，继续注浆5min后停止注浆；当q
pr
＜0.8q
th
时，此时应调整双液浆的配比，以增加其胶凝时间，并加大注浆压力，直至达 到理论注浆量后停止注浆；
[0014]
s5：当该注浆分段完成注浆后，重复s2-s4步骤，进行下一注浆分段的 注浆，直至
注完整根大管棚。
[0015]
具体的，所述大管棚沿其延伸方向分为多个注浆段，每个所述注浆段的管 壁上均设有注浆孔，所述大管棚内还设有能够择一与各个所述注浆分段连接的 注浆机构，所述注浆机构通过所述注浆分段上的注浆孔向钻孔注浆。
[0016]
具体的，所述注浆机构包括注浆管、上活塞和下活塞，所述上活塞和下活 塞滑动装配在所述大管棚内，所述大管棚、上活塞和下活塞之间形成有注浆室， 所述注浆管固定在所述上活塞上，并与所述注浆室连通，拉动所述注浆管带动 所述上活塞和下活塞在所述大管棚内同步滑动时，各个所述注浆段的管壁依次 成为所述注浆室的侧壁。
[0017]
具体的，所述上活塞和下活塞之间连接有联动连杆。
[0018]
具体的，所述大管棚的外壁上位于每个所述注浆段的两端上均设有弹性密 封件，所述弹性密封件用于将所述大管棚与所述钻孔之间的间隙密封。
[0019]
具体的，所述弹性密封件为四周与所述大管棚密封固定连接的弹性膜，所 述弹性膜与所述大管棚之间形成有充液室，所述注浆段设有所述弹性膜的位置 处还设有连通所述注浆室与所述充液室的进液口。
[0020]
具体的，所述大管棚沿其延伸方向等分为多个注浆段，所述上活塞和下活 塞的间距与所述注浆段的长度相等。
[0021]
具体的，每个所述注浆段上均布有多个注浆孔。
[0022]
与现有技术相比，本发明至少一个实施例具有如下有益效果：采用分段注 浆以及动态调整组分相结合的方式，可使浆液充分扩散到大管棚周围，能够有 效加固大管棚周围的土体，提高土体的强度，进而保证了隧道掌子面的稳定性。 特别是，在遇到空洞或者地层裂缝时，通过动态地调整浆液的胶凝时间，可有 效避免浆液的乱窜，减少了浆液的浪费，降低施工成本，一定程度上提高大管 棚注浆的适用性。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]
图1是本发明实施例提供的隧道大管棚分段注浆方法工艺流程图；
[0025]
图2是本发明大管棚分段注浆结构分段注浆的示意图；
[0026]
图3是本发明实施例提供的大管棚分段注浆结构局部示意图；
[0027]
图4是本发明实施例涉及的上活塞的示意图；
[0028]
图5是本发明实施例涉及的下活塞的示意图；
[0029]
其中：1、钻孔；2、大管棚；201、注浆段；3、注浆孔；4、注浆机构； 401、注浆管；402、上活塞；403、下活塞；5、地层；6、注浆室；7、联动连 杆；8、弹性密封件；9、进液口；10、浆液；11、注浆体；12、空洞；13、裂 缝；14、单向封闭刷；15、环形橡胶圈。
具体实施方式
[0030]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长 度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、
ꢀ“
水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、
ꢀ“
周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为 了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有 特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0032]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示 相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、
ꢀ“
第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的 描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0033]
参见图1，一种隧道大管棚分段注浆方法，包括如下步骤：
[0034]
s1：测量土体的渗透系数k，土体的孔隙度n；
[0035]
s2：利用大管棚对钻孔(1)进行分段后退式注浆，根据注浆压力p，以 及s1中测得的参数，由公式(1)求出当前注浆分段的浆液扩散半径r；
[0036][0037]
式中：r是浆液扩散半径；p是注浆压力；μ是浆液的黏度，r是大管棚 半径；t是注浆时间；
[0038]
s3：根据s2计算的注浆扩散半径r，由公式(2)计算大管棚各个注浆分 段的理论注浆量q
th
；
[0039]qth
＝πr2l+nπr2lαβ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0040]
式中：l是当前注浆分段的长度，α是浆液有效填充率，取0.9；β是浆液 损耗系数，取1.15；
[0041]
s4：将当前注浆分段的实际注浆量q
pr
和理论注浆量q
th
进行对比，当0.8q
th
＜q
pr
＜1.5q
th
时，直接停止注浆；当q
pr
＞1.5q
th
时，说明遇到了空洞12或者 地层裂缝13，此时应调整双液浆的配比，以减小其胶凝时间，并降低注浆压 力，继续注浆5min后停止注浆；当q
pr
＜0.8q
th
时，说明遇到的地层的实际密 实度较大，此时应调整双液浆的配比，以增加其胶凝时间，并加大注浆压力， 直至达到理论注浆量后停止注浆；
[0042]
s5：当该注浆分段完成注浆后，重复s2-s4步骤，进行下一注浆分段的 注浆，直至注完整根大管棚。
[0043]
本实施例中，采用分段注浆以及动态调整液浆组分相结合的方式，可使浆 液充分扩散到大管棚周围，能够有效加固大管棚周围的土体，提高土体的强度， 进而保证了隧道掌子面的稳定性。
[0044]
特别是，在遇到空洞或者地层裂缝时，通过动态地调整浆液的胶凝时间，可有 效避免浆液的乱窜，减少了浆液的浪费，降低施工成本，一定程度上提高大管 棚注浆的适用性。
[0045]
参见图2和图3，上述隧道大管棚分段注浆方法利用大管棚分段注浆结构 实现注浆，该注浆结构包括设置在钻孔1中的大管棚2，大管棚2沿其延伸方 向分为多个注浆段201，每个注浆段201的管壁上均设有注浆孔3，大管棚2 内还设有能够择一与各个注浆分段201连接的注浆机构4，注浆机构4通过注 浆分段201上的注浆孔3向钻孔1注浆。
[0046]
本实施例中，将大管棚2沿其延伸方向分为多个注浆段201，并在大管棚 2内设置能够择一与各个注浆段201上的注浆孔3连通的注浆机构4，注浆机 构4提供的浆液10通过注浆孔3渗入钻孔1的地层5中，通过各个注浆管401 实现钻孔1的逐段注浆，可使浆液10充分扩散到大管棚2周围，能够有效加 固大管棚2周围的土体，提高土体的强度，进而保证了隧道掌子面的稳定性。
[0047]
参见图3，在一些实施例中，注浆机构4包括注浆管401、上活塞402和 下活塞403，上活塞402和下活塞403滑动装配在大管棚2内，大管棚2、上 活塞402和下活塞403之间形成有注浆室6，注浆管401固定在上活塞402上， 并与注浆室6连通，拉动注浆管401带动上活塞402和下活塞403在大管棚2 内同步滑动时，各个注浆段201的管壁依次成为注浆室6的侧壁。
[0048]
本实施例中，只需要将上活塞402和下活塞403移动至对应注浆段201 的两端位置处，即可将注浆室6对准对应的注浆孔3，从而将来自注浆管401 的浆液10经过注浆室6、注浆孔3充填至钻孔1的壁面中，形成注浆体11， 实现钻孔1的分段后退式注浆，整个注浆结构简单可靠。
[0049]
具体的，上活塞402和下活塞403之间通过联动连杆7进行连接，上活塞 402移动时，联动连杆7将带动下活塞403随上活塞402同步运动，上活塞402 与大管棚2之间设有单向封闭刷14，下活塞403与大管棚2之间设有环形橡 胶圈15，通过单向封闭刷14和环形橡胶圈15的设置，可以防止浆液10从活 塞与大管棚2之间的间隙泄露。
[0050]
参见图2和图3，在一些实施例中，在大管棚2的外壁上位于每个注浆段 201的两端上均设有弹性密封件8，弹性密封件8用于将大管棚2与钻孔1之 间的间隙密封，这样的设计使得在分段注浆时，可以利用两个弹性密封件8 将对应分段处的大管棚2与钻孔1之间的裂隙进行封堵，避免浆液10沿钻孔 1裂隙倒流到掌子面，保证掌子面的施工环境，提高施工效率。
[0051]
参见图4和图5，具体的，弹性密封件8为四周与大管棚2密封固定连接 的弹性膜，弹性膜与大管棚2之间形成有充液室，对应的注浆段201上设有弹 性膜的位置处还设有进液口9，当上活塞402和下活塞403移动至对应注浆段 201的两端位置处，上述进液口9将注浆室6和对应的充液室连通，在注浆压 力下，浆液10将进入充液室中迫使弹性膜膨胀并紧贴钻孔1的侧部，实现封 堵。
[0052]
可以理解的是，在实际设计中，大管棚2沿其延伸方向等分为多个注浆段 201，上活塞402和下活塞403的间距与注浆段201的长度相等，注浆管401 每次向上拉动的距离为一个注浆段201的长度，这样的设计，可以保证注浆管 401逐次等距拉动后，注浆室6会逐一对准各个注浆段201。此外，为保证分 段注浆的均匀性，在每个注浆段201上均布有多个注浆孔3。
[0053]
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范 围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理 解：优选的数值范围
仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表 性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明 本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的 限制。
[0054]
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那 么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺 栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当 然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
[0055]
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形 状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发 明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成 形工艺制造出来的单独部件。
[0056]
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限 定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它 不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此 所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。