1.本发明涉及管棚钢管注浆的技术领域，尤其是一种改善围岩注浆效果的浆液分送装置及其工作方法。
背景技术：
2.对于围岩较为软弱的隧道开挖施工，采用管棚超前支护是确保隧道安全开挖施工的有效措施之一。结合注浆技术，注浆浆液经钢管管壁孔压入围岩裂隙中，使松散岩体胶结从而改善软弱（破碎）围岩的力学性能，增强围岩的承载能力，可有效抑制围岩松动和垮塌，达到加固管棚周边围岩的目的。当在管棚钢管裸露于围岩外的一端进行加压注浆时，钢管上距离注浆端不同处的管壁孔处的浆液压力存在差异，造成沿钢管长度方向上不同位置处周围浆液在围岩中的扩散压力不同，对围岩的加固效果也将不同。此外，在对管棚钢管注浆完成以后要求对管棚钢管的注浆端进行有效封堵以防止浆液回流。因此，需要一种改善围岩注浆效果的浆液分送装置及其工作方法。
技术实现要素：
3.本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种改善围岩注浆效果的浆液分送装置及其工作方法，通过在管棚钢管的注浆端上设置封堵装置和输送装置，不仅可以有效改善沿管棚钢管轴线长度范围内不同位置处注浆效果的差异，还实现了对管棚钢管的注浆端的有效封堵。
4.本发明目的实现由以下技术方案完成：一种改善围岩注浆效果的浆液分送装置，其特征在于：所述浆液分送装置安装在管棚钢管的注浆端上，所述浆液分送装置包括封堵装置和输送装置，所述封堵装置包括同所述管棚钢管的注浆端螺纹连接的管帽和同所述管帽连通的注浆导管，所述注浆导管延伸至所述管帽外的一端同注浆设备的浆液泵送管螺纹连接，所述注浆导管内安装有开关阀；所述输送装置安装在所述管棚钢管的注浆端内，所述输送装置包括分浆阀和若干长度不同且垂直连接于所述分浆阀的导管，所述分浆阀包括同所述导管连接的分浆板、平行于所述分浆板设置的端部垫圈以及两端分别同所述分浆板和所述端部垫圈连接的支撑杆，所述分浆板直径大小与所述管棚钢管内径大小相适应，所述端部垫圈的外圈直径与所述管棚钢管注浆端的端面外圈直径相同且所述端部垫圈紧贴于所述管棚钢管注浆端的端面上，所述分浆板平面上开设有大小、数量、位置均分别同所述导管大小、数量、位置相对应的分浆孔，所述导管通过旋紧连接装置固定在所述分浆孔内。
5.所述开关阀在处于闭合状态时为圆盘状且其直径与所述注浆导管内径相同，所述开关阀包括沿其周向设置且同所述注浆导管内壁连接的若干固定边面以及通过转轴同所述固定边面转动连接的活动扇面，相邻所述固定边面之间设有限位杆，所述限位杆一端同所述注浆导管内壁连接、另一端延伸至所述开关阀圆心处；所述活动扇面的两侧边均开设有槽口朝向所述注浆导管的流体输入端的凹槽，当所述开关阀处于闭合状态时，相邻所述
活动扇面之间密切接触且相邻所述活动扇面的凹槽之间可形成限位杆放置槽，所述限位杆放置于所述限位杆放置槽内，其中，所述限位杆放置槽形状、大小、深度均满足所述限位杆的放置要求。
6.所述限位杆为半圆柱体，所述限位杆的圆弧侧面朝向所述注浆导管的流体输入端、直径面与所述限位杆放置槽接触。
7.所述开关阀背向所述注浆导管的流体输入端的一侧面安装有弹性限位装置，所述弹性限位装置包括安装在各所述活动扇面背向所述注浆导管的流体输入端的一侧上的刚性约束环以及穿插于各所述刚性约束环内的弹性限位环，多个所述刚性约束环之间呈环形排布。
8.所述开关阀的圆心处设有导流锥体且所述导流锥体同所述限位杆延伸至所述开关阀圆心处的一端连接，其中，所述导流锥体锥尖指向所述注浆导管的流体输入端。
9.所述旋紧连接装置包括支架和旋紧装置，所述支架包括设有内螺纹的控制螺母和沿所述控制螺母底部周向设置的若干第一支撑柱，所述第一支撑柱固定连接在所述分浆板的分浆孔的周围，所述旋紧装置包括设有外螺纹的控制螺杆、平行所述控制螺杆设置的压紧圆盘以及两端分别同所述控制螺杆和所述压紧圆盘连接的第二支撑柱，所述控制螺杆的外螺纹同所述控制螺母的内螺纹相适配；当所述旋紧装置在所述支架内旋紧时，所述压紧圆盘朝向所述分浆板移动，将所述导管管口的裙边紧密挤压在所述压紧圆盘和所述分浆板之间，从而固定所述导管。
10.所述管棚钢管之间通过螺纹连接进行加长，所述管棚钢管沿其长度方向上周向设有若干浆液注入孔。
11.一种改善围岩注浆效果的浆液分送装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：通过旋紧连接装置将导管连接到分浆板的分浆孔内，以组成输送装置；将所述输送装置插入到管棚钢管的注浆端内并使所述输送装置的端部垫圈位于所述管棚钢管的注浆端面上；将封堵装置的管帽同所述管棚钢管的注浆端连接并使所述封堵装置的注浆导管同注浆设备的浆液泵送管连接，进行压力注浆；注浆完毕后，依次取下所述封堵装置和所述输送装置并进行清洗，其中，所述输送装置上的导管从所述管棚钢管内取出或留在所述管棚钢管内。
12.本发明的优点是：结构简单，操作方便；可以有效改善沿管棚钢管轴线长度范围内不同位置处注浆效果的差异，实现注浆效果均匀可控；通过在封堵装置内设置开关阀，实现了对管棚钢管的注浆端的有效封堵；可重复利用，不仅可以有助于方便施工，而且可以节约施工成本。
附图说明
13.图1为本发明管棚钢管示意图；图2为本发明封堵装置立体图；图3为本发明开关阀闭合状态示意图（一）；图4为本发明开关阀开启状态示意图（一）；图5为本发明开关阀闭合状态示意图（二）；图6为本发明开关阀开启状态示意图（二）；
图7为本发明开关阀闭合状态正面图；图8为本发明开关阀闭合状态反面图；图9为本发明开关阀开启状态正面图；图10为本发明开关阀开启状态反面图；图11为本发明输送装置示意图；图12为本发明旋紧连接装置示意图；图13为本发明旋紧装置示意图；图14为本发明支架示意图。
具体实施方式
14.以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1-14所示，图中标记1-28分别表示为: 活动扇面1、固定边面2、限位杆3、导流锥体4、转动轴5、刚性约束环6、弹性限位环7、管棚钢管8、浆液注入孔9、管棚钢管外螺纹10、管帽11、注浆导管12、注浆导管外螺纹13、管棚钢管内螺纹14、管帽内螺纹15、端部垫圈16、支撑杆17、分浆板18、分浆孔19、导管20、旋紧连接装置21、控制螺杆22、控制螺杆外螺纹23、第二支撑柱24、压紧圆盘25、控制螺母26、第一支撑柱27、控制螺母内螺纹28。
15.实施例：如图1-14所示，本实施例涉及一种改善围岩注浆效果的浆液分送装置，该浆液分送装置安装在管棚钢管8的注浆端上，浆液分送装置包括封堵装置和输送装置，其中，管棚钢管8为常用的隧道超前支护用钢管，管棚钢管8之间通过螺纹连接进行加长，具体地，管棚钢管8的两端分别设有管棚钢管外螺纹10和管棚钢管内螺纹14，一根管棚钢管8的管棚钢管外螺纹10与另一根管棚钢管8的管棚钢管内螺纹14相配合，以使两根管棚钢管8连接在一起。管棚钢管8沿其长度方向上周向设有若干浆液注入孔9（浆液注入孔9之间呈梅花型布置），便于注浆浆液通过浆液注入孔9注入到围岩裂隙中，待浆液凝结后可以在管棚钢管8周围形成稳定的围岩加固圈。
16.如图2-6所示，封堵装置包括同管棚钢管8的注浆端螺纹连接的管帽11和同管帽11连通的注浆导管12，管帽4一端封闭、一端开口且内侧设有管帽内螺纹15，注浆导管12延伸至管帽11外的一端同注浆设备的浆液泵送管螺纹连接，注浆导管12内安装有开关阀。具体地，管帽11的管帽内螺纹15与管棚钢管8的管棚钢管外螺纹10相适配，注浆导管12的注浆导管外螺纹13与注浆设备的浆液泵送管的内螺纹相适配。
17.如图7-10所示，开关阀在处于闭合状态时为圆盘状且其直径与注浆导管12内径相同，开关阀包括沿其周向设置且同注浆导管12内壁连接的若干固定边面2以及通过转动轴5同固定边面2转动连接的活动扇面1，相邻固定边面2之间设有限位杆3，限位杆3一端同注浆导管12内壁连接、另一端延伸至开关阀圆心处。活动扇面1的两侧边均开设有凹槽，该凹槽槽口朝向注浆导管12的流体输入端，当开关阀处于闭合状态时，相邻活动扇面1之间密切接触且相邻活动扇面1的凹槽之间可形成限位杆放置槽，限位杆3放置于限位杆放置槽内，限位杆3可以起到限制活动扇面1的运动的作用，使其不发生朝向注浆导管12的流体输入端的转动，其中，限位杆放置槽形状、大小、深度均满足限位杆3的放置要求。本实施例中，限位杆3为半圆柱体，限位杆3的圆弧侧面（半圆弧面）朝向注浆导管12的流体输入端、直径面（平
面）与限位杆放置槽接触，即活动扇面1侧边的凹槽宽度等于限位杆3的半径。此外，限位杆3与活动扇面1的凹槽接触面上可以进行防渗处理，防止流体渗出。
18.如图7-10所示，开关阀反面（即输出面，背向注浆导管12的流体输入端的一侧面）安装有弹性限位装置。弹性限位装置包括安装在各活动扇面1反面（即输出面，背向注浆导管12的流体输入端的一侧面）中心处的刚性约束环6以及穿插于各刚性约束环6内的弹性限位环7，多个刚性约束环6之间呈环形排布。当活动扇面1的正面（即输入面，朝向注浆导管12的流体输入端的一侧面）上不承受流体压力时，即注浆导管12的流体输入端无压力流体输入，活动扇面1由于受到弹性限位环7的收缩作用，活动扇面1处于闭合状态，即开关阀闭合并封闭注浆导管12；当在注浆导管12的流体输入端进行流体加压输入时，当流体压力达到一定程度后，活动扇面1上承受的流体压力超过弹性限位环7的收缩拉力时，活动扇面1会在其正面上流体压力的作用下绕着转动轴5转动，活动扇面1之间不再闭合，流体沿着活动扇面1之间构成的通道往前流动。
19.此外，当注浆导管12的流体输入端输入的流体压力降低或者停止流体输入时，活动扇面1承受的流体压力降低或消失，活动扇面1会在其反面上的弹性限位环7的收缩拉力和反面上承受的流体压力的共同作用下绕转动轴5转动而闭合；同时，由于限位杆3对活动扇面1转动弧度的约束，即使当注浆导管12的流体输入端停止流体输入且活动扇面1反面上承受较大的流体压力时，活动扇面1仍不会发生向注浆导管12的流体输入端的转动，即开关阀不会反向打开，流体不会发生反向流动。
20.如图7-10所示，开关阀的圆心处设有导流锥体4且导流锥体4同限位杆3延伸至开关阀圆心处的一端连接，导流锥体4锥尖指向注浆导管12的流体输入端，起导流作用。
21.如图11所示，输送装置包括分浆阀和若干长度不同且垂直连接于分浆阀的导管20，分浆阀包括同导管20连接的分浆板18、平行于分浆板18设置的端部垫圈16以及两端分别同分浆板18和端部垫圈16连接的支撑杆17，支撑杆17沿分浆板18和端部垫圈16的周向设置，分浆板18直径大小与管棚钢管8内径大小相适应，端部垫圈16的外圈直径与管棚钢管8注浆端的端面外圈直径相同且端部垫圈16紧贴于管棚钢管8注浆端的端面上，端部垫圈16和支撑杆17共同保证分浆板18不发生倾倒，同时可以控制分浆板18不会发生移动。分浆板18平面上开设有大小、数量、位置均分别同导管20大小、数量、位置相对应的分浆孔19，导管20通过旋紧连接装置21固定在分浆孔19内，分浆孔19个数根据浆液分送的实际需求确定，即根据需要达到的围岩注浆均匀性要求来确定，每个分浆孔19上连接一根导管20，不同导管20的长度不同，浆液输送的距离不同。采用长度不同的导管20将浆液直接输送到管棚钢管18的不同深度处，可以减小浆液在输送过程中的压力损失，使得各导管20的浆液流出端的浆液压力相近，浆液在其周围的扩散能力也相近，使得沿着管棚钢管8轴线长度方向上不同断面处的注浆效果分布较均匀。
22.如图12-14所示，旋紧连接装置21包括支架和旋紧装置，支架包括设有控制螺母内螺纹28的控制螺母26和沿控制螺母26底部周向设置的若干第一支撑柱27，第一支撑柱27固定连接在分浆板18的分浆孔19的周围，旋紧装置包括设有控制螺杆外螺纹23的控制螺杆22、平行控制螺杆22设置的压紧圆盘25以及两端分别同控制螺杆22和压紧圆盘25连接的第二支撑柱24，控制螺杆22的控制螺杆外螺纹23同控制螺母26的控制螺母内螺纹28相适配，具体地，控制螺杆22内部中空，控制螺杆22一端的螺帽呈正多边形，提供旋紧力，其余部分
呈圆桶形，外侧面设有控制螺杆外螺纹23。当旋紧装置在支架内旋紧时，压紧圆盘25朝向分浆板18移动，将导管20管口的裙边紧密挤压在压紧圆盘25和分浆板18之间，从而固定导管20；当需要放松导管20的约束时，反向旋转旋紧装置，使得压紧圆盘25向远离分浆板18的方向移动，不再挤压导管20管口的裙边。
23.一般情况下，注浆浆液从管棚钢管8裸露于围岩外的一端（注浆端）往深入到围岩内部的另一端（入岩端）输送过程中，注浆浆液会不断地从浆液注入孔9以一定的压力注入到围岩裂隙中；随着注浆端的注浆浆液压力不断地被注浆端近处的浆液注入孔9消散，距离注浆端较远的浆液注入孔9处的浆液压力逐渐降低，导致该浆液注入孔9处的浆液在围岩裂隙中的扩散能减小，围岩加固效果较差。而本实施例中，通过在管棚钢管8内安装输送装置，并对管棚钢管8的注浆端进行压力注浆，实现将注浆浆液直接输送到管棚钢管8内距离注浆端的不同位置处（扩散端），然后注浆浆液通过管棚钢管8的内腔进行流动，沿着其流动范围内的浆液注入孔9注入到围岩裂隙中，由于注浆浆液在从注浆端到达扩散端的输送过程中不会受到浆液注入孔9的分压作用，因此可以认为各个扩散端的浆液压力近似相同，即每个扩散端控制范围内的浆液注入孔9处的浆液压力相近，从而实现每个扩散端控制范围内的围岩浆液扩散效果相近（各处的围岩岩性较一致的情况下）。
24.如图1-14所示，本实施例还具有以下工作方法：1、通过旋紧连接装置将导管20连接到分浆板18的分浆孔19内，以组成输送装置；将输送装置插入到管棚钢管8的注浆端内并使输送装置的端部垫圈16位于管棚钢管8的注浆端面上；将封堵装置的管帽11同管棚钢管8的注浆端连接（此时管帽11内平面与端部垫圈16紧贴）并使封堵装置的注浆导管12同注浆设备的浆液泵送管连接，进行压力注浆。
25.2、注浆完毕后，依次取下封堵装置和输送装置并进行清洗，其中，根据实际施工要求，输送装置上的导管20可从管棚钢管8内取出或留在管棚钢管8内。
26.本实施例的有益技术效果为：结构简单，操作方便；可以有效改善沿管棚钢管轴线长度范围内不同位置处注浆效果的差异，实现注浆效果均匀可控；通过在封堵装置内设置开关阀，实现了对管棚钢管的注浆端的有效封堵；可重复利用，不仅可以有助于方便施工，而且可以节约施工成本。
27.虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。