一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统的制作方法

1.本实用新型属于隧道工程施工及注浆加固技术领域，尤其是涉及一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统。


背景技术：

2.随着我国交通网络向西南山区不断延伸，遭遇的地质情况不断恶化，利用帷幕注浆技术对地层进行加固和改良，愈发成为地下工程不可缺失的重要环节，同时隧道的埋深和长度明显增加，这给帷幕注浆工作的原料供给，尤其是带有深竖井的隧道工程，带来了巨大挑战。
3.在帷幕注浆施工中，每个注浆循环的注浆总量大。其每循环加固纵向长度约为20-30m，注浆加固横截面范围为开挖轮廓线外2-5m，加固体量大，根据地层自身条件和加固需求的不同，每注浆循环需消耗浆液300-1000m3，其中最常用材料为水泥浆液价格远远低于其他注浆材料，按常用的水灰比1:1计算，每循环需水泥240-800t，合4800-16000袋水泥。
4.同时，帷幕注浆施工对材料的需求为间歇性、不定量需求，即“钻孔——注浆——钻下一孔——注浆
…”
，不同钻孔的注浆量为0.5—100m3，水泥制成浆液后凝结时间为6小时左右，需实时小批量制备浆液。因此，当开挖面距离洞口较近时如0.5km以内，可以将注浆机布置在地面，根据实时需求量制备浆液，然后通过注浆管远距离实施注浆；当开挖面距离洞口较远时如1km以上，则必须将注浆机布置在开挖面附近，通过运输车将水泥材料运至开挖面附近，利用小搅拌桶，满足间隙和不定量的实时浆液需求，该方法涉及水泥材料的装卸车、隧道内临时堆放、隧道内人工搅拌等一系列问题，效率低、扬尘大，尤其在设有深竖井的隧道工程中，水泥材料的输送又将进一步提高成本。
5.同时，利用管路远距离输送浆液至开挖面，则面临着“输送速度管路直径——管路损失和残浆固化”的矛盾，无法满足“总量大、输送快、间歇小批量”的供浆需求。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统，在深长隧道帷幕注浆施工中过程中，将大量的浆液快速、小批次地输送至开挖面，避免了常规施工中的车辆运输和开挖面区域人工搅拌浆液，既可以有效提高注浆施工效率，又能明显改善开挖面区域的空气环境。
7.本实用新型采用以下技术方案：一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统，包括：输水管路、输浆管路和压气管路，均具有独立的进口端和出口端；其中：
8.输水管路，包括输水管，输水管为轴向上依次连接的多节钢性管体，输水管用于向开挖面提供施工用水；
9.输浆管路，包括输浆管，输浆管为轴向上依次连接的多节管体；输浆管同轴套设在
输水管内，与输水管路间形成环形的通道；输浆管的进口端用于与浆液输送装置管路连接，其内用于输送拌制好的水泥浆液；
10.压气管路，包括压气管，压气管为多节轴向相连接的弹性软管，同轴套设在输浆管内，与输浆管间形成环形通道，压气管的进口端用于与供气装置管路连接，其出口端排空；
11.在压气管的各节弹性软管的其中一端，均设置有气体控制件，气体控制件用于封闭各节软管，还用于控制气体的流向；
12.压气管用于：其内用于输送气体，且由进口端的一节弹性软管起，顺次输送至各节弹性软管；且在气体输送至所在节软管时，该节软管膨胀外扩，挤压该节软管外环形通道内的拌制好的水泥浆液，将水泥浆液输送至相邻的下节软管外的环形通道内，直至将拌制好的水泥浆液由出口端输送至开挖面。
13.进一步地，该压气管的各节软管的端部均设置有接头，各接头内腔为台阶状，且靠近软管端的内腔为小直径端。
14.进一步地，该气体控制件包括充气单向阀和排气单向阀，充气单向阀和排气单向阀并列安装于相邻的两节软管接头内腔的小直径端，将各节软管隔离为独立封闭的软管腔室。
15.进一步地，该输浆管为弱弹性软管，在输送浆液时可在其横截面方向向外膨胀，并在不输送浆液时向内收缩复原。
16.进一步地，该供气装置为高压气罐，高压气罐的进口处与空气压缩机相连接；高压气罐的出口端通过第三连接管路与压气管的进口相连接，在第三连接管路上安装有进气阀门，在第三连接管路上垂直连接，且相连通有起点泄气管，在起点泄气管上设置有起点泄气阀门。
17.进一步地，该压气管的出口端与出气管相连通，出气管上安装有终点泄气阀门。
18.进一步地，该输水管的进口端与水泵通过第一管路连接，在第一管路上设置有进水阀门；输水管的出口端设置有出水阀门。
19.进一步地，该输浆管的进口端与输浆泵通过第二管路相连接，在第二管路上安装有进浆阀门；所述输浆管出口端连接有硬质钢管，在硬质钢管上设置有浆阀门。
20.本实用新型的有益效果是：1.压气管与输浆管相配合，使输浆管中的浆液间歇输送至开挖面，代替车辆运输，且无需装车卸车，效率高、速度快、成本低。 2.在隧道洞外的地面拌制浆液，代替隧道内开挖面附近拌制浆液，改善隧道洞内作业环境。
附图说明
21.图1为一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统剖面示意图；
22.图2为一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统示意图；
23.图3为一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统管节连接示意图；
24.图4为一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统工作示意图一；
25.图5为一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统工作示意
图二；
26.图6为一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统工作示意图三；
27.图7为一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统实施示意图；
28.其中：1.输水管路；2.输浆管路；3.压气管路；4.储浆池；
29.11.蓄水池；12.水泵；13.输水管；14.进水阀门；15.出水阀门；
30.21.拌浆站；22.输浆泵；23.输浆管；24.进浆阀门；25.出浆阀门；
31.31.高压气罐；32.空气压缩机；33.压气管；34.进气阀门；35-1.起点泄气阀门； 35-2.终点泄气阀门；36.充气单向阀；37.排气单向阀。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
33.本实用新型一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统，如图1所示，包括：输水管路1、输浆管路2和压气管路3，均具有独立的进口端和出口端；输浆管路2长度超过2km，管路可容纳约22.6m3浆液，如单次输浆量小于此值，在没有外力作用时，则此时出浆阀门25处暂无浆液流出。其中：
34.输水管路1，包括输水管13，输水管为轴向上依次连接的多节钢性管体，输水管13用于向开挖面提供施工用水；
35.输浆管路2，包括输浆管23，输浆管23为轴向上依次连接的多节管体；输浆管23同轴套设在输水管13内，与输水管路1间形成环形的通道；输浆管23 的进口端用于与浆液输送装置管路连接，其内用于输送拌制好的水泥浆液；
36.压气管路3，包括压气管33，压气管33为多节轴向相连接的弹性软管，同轴套设在输浆管23内，与输浆管23间形成环形通道，压气管33的进口端用于与供气装置管路连接，其出口端排空；
37.在压气管33的各节弹性软管的其中一端，均设置有气体控制件，气体控制件用于封闭各节软管，还用于控制气体的流向；
38.压气管33用于：其内用于输送气体，且由进口端的一节弹性软管起，顺次输送至各节弹性软管；且在气体输送至所在节软管时，该节软管膨胀外扩，挤压该节软管外环形通道内的拌制好的水泥浆液，将水泥浆液输送至相邻的下节软管外的环形通道内，直至将拌制好的水泥浆液由出口端输送至开挖面。
39.作为一个具体实施例，上述输水管13采用多段无缝钢管，多段无缝钢管在轴向上依次可拆卸连接，如可螺纹连接。采用无缝钢管，其作为输浆管23和压气管33的支撑。无缝钢管的直径可选用150mm。
40.输浆管23高分子材料软管，弱弹性，直径为120mm。
41.上述压气管33为高分子材料软管，高弹性，无气压收缩状态直径小于5mm，有气压膨胀状态直径可以超过120mm。
42.上述各段硬质钢管、多节管体和各节弹性软管的长度相等，如可设置为5m，以使对应位置的接头在同一截面，方便连接延长各管。
43.上述压气管33的各节软管的端部均设置有接头，各接头内腔为台阶状，且靠近软管端的内腔为小直径端。
44.如图3所示，上述气体控制件包括充气单向阀36和排气单向阀37，充气单向阀36和排气单向阀37并列安装于相邻的两节软管接头内腔的小直径端，将各节软管隔离为独立封闭的软管腔室。
45.上述输浆管23为弱弹性软管，在受力时可在其横截面方向向外膨胀，并在不受力时向内收缩复原。
46.如图2所示，供气装置为高压气罐31，高压气罐31的进口处与空气压缩机 32相连接；高压气罐31的出口端通过第三连接管路与压气管33的进口相连接，在第三连接管路上安装有进气阀门34，在第三连接管路上垂直连接，且相连通有起点泄气管，在起点泄气管上设置有起点泄气阀门35-1。
47.压气管33的出口端与出气管相连通，出气管上安装有终点泄气阀门35-2。
48.输水管13的进口端与水泵通过第一管路连接，在第一管路上设置有进水阀门14；输水管13的出口端设置有出水阀门15。
49.输浆管23的进口端与输浆泵22通过第二管路相连接，在第二管路上安装有进浆阀门24；输浆管23出口端连接有硬质钢管，在硬质钢管上设置有浆阀门25。
50.上述的一种适用于隧道帷幕注浆的长距离输送水泥浆液的复合管路系统的工作方式，如图4、5、6和7所示，该工作方式如下：
51.钻孔，且在钻孔时，所述输水管路1向工作面注水，具体如下：
52.进浆阀门24和进气阀门34关闭，出浆阀门25、起点泄气阀门35-1和终点泄气阀门35-2打开，输浆管23和压气管33处于收缩状态；
53.进水阀门14打开，水由第一管路输送至输水管13，挤出输浆管23和压气管 33中的残余空气；
54.出水阀门15打开，水由输水管13的出口端流出，输送至工作面处在施工的钻孔；
55.步骤s11：对一个钻孔注浆，进水阀门14和进气阀门34关闭，出水阀门15 打开，输水管路1中的水排空；打开起点泄气阀门35-1和终点泄气阀门35-2，使压气管3在横截面方向处于收缩状态；
56.打开空气压缩机32，使高压气罐31中充满压缩空气，如气压介于5-8mpa 之间，随着后续操作批量消耗压缩空气，则实时打开空气压缩机32进行补充。
57.钻孔后，进行如下步骤：
58.步骤s12：在搅拌站21拌制一批浆液，浆液拌制完成后，输浆泵22、进浆阀门24和出浆阀门25打开，将浆液全部注入第二管路中，输送至输浆管23中。输浆管23长度超过2km，直径达120mm，管路可容纳约22.6m3浆液，如单次输浆量小于此值，则此时出浆阀门25处暂无浆液流出。
59.步骤s13：输浆泵22和进浆阀门24关闭，出浆阀门25打开；起点泄气阀门 35-1关闭，终点泄气阀门35-2打开；
60.进气阀34打开，高压气罐31内的压缩空气自进气阀34处进入压气管33的进口端的一节弹性软管中；该节弹性软管内的气压升高，如气压升高至0.1mpa 时，使该节弹性软管膨胀，直至横截面面积与该节输浆管23横截面面积相等，将该处输浆管23中的浆液全部挤
压至相邻的下节弹性软管处的输浆管23；
61.在压气管3的该节弹性软管中持续注入压缩空气，气压不断升高，此时受限于输浆管23直径，且在气压大于设置值时，如设定为0.2mpa，空气通过充气单向阀36进入相邻的下节弹性软管中，下节弹性软管重复上节弹性软管的膨胀过程，将该处输浆管23中的浆液全部挤压至相邻的下节弹性软管处的输浆管23中；则该节弹性软管中的气压大于设置值时，空气通过充气单向阀36进入相邻的下节弹性软管，依次重复，完成浆液的挤压输送；此过程中，相邻的两节软管内气压相等，故排气单向阀37处于封闭状态。完成浆液的挤压输送后，关闭终点泄气阀门35-2，停止气体流失；同时，关闭进气阀门34，停止气体注入，此时各节软管的气压均为0.2mpa左右。
62.步骤s14：起点泄气阀门35-1打开，压气管3进口端的一节弹性软管内的空气排出，气压降低直至为0mpa，该节弹性软管收缩复原；相邻的下节弹性软管中的空气处在高压状态，且在与上节弹性软管中的空气压差达到设定值时，如当压力差大于0.05mpa时，排气单向阀37打开，该节软管内气体回流至上节弹性软管，气压降低；直至完成整个压气管3内空气的排放；同时，由于各节压气管的膨胀压力为0.1mpa，高于排气单向阀37的通过压力0.05mpa，所以最终在软管自身的收缩力作用下，各节软管中的空气全部排空，各节软管均恢复至收缩状态；
63.步骤s15：重复步骤s11～步骤s14，间断输送拌制好的水泥浆液至钻孔，直至钻孔达到设计注浆。
64.步骤s16：清洗输浆管路2，重复步骤s11～步骤s15，完成所有钻孔的注浆。
65.清洗输浆管路2的具体过程如下：
66.关闭进浆阀门24和进气阀门34，打开出浆阀门25、起点泄气阀门35-1和终点泄气阀门35-2，使输浆管路2和压气管路3处于收缩状态；
67.在搅拌站中注入清水，清洗搅拌桶，而后重复步骤s12的操作，将清洗后的水注入输浆管路中，进行清洗；
68.打开进水阀门14，水在压力的作用下充满复合管路中的水路通道，进一步挤出输浆管路2和压气管路3；
69.利用压气管33将清洗后的残留水，从输浆管路中挤出；排出压气管路中的空气。