松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆装置及操作方法
【专利摘要】本发明公开了一种松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆装置及操作方法，包括模袋注浆管、管孔间注浆管、孔内注浆管和模袋，其中模袋注浆管、管孔间注浆管、孔内注浆管均为塑管。本发明采用小孔径塑管对松软富水围岩进行深部定点注浆治理，在塑管与钻孔之间注入水泥基浆液进行充填固结，利用水泥基浆液结石体对塑管的径向约束力，增强了塑管的耐压性和抗裂性，解决了塑管爆裂问题，克服了铁管定点注浆存在的扫孔复钻困难、钻具损耗严重、复钻失败、钻孔偏斜甚至废孔的问题。
【专利说明】
松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆装置及操作方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆装置及操作方法，属于矿山、水利水电、隧道与地下工程等水害防治技术领域。
技术背景
[0002]随着社会经济的快速发展，交通、水利水电、矿山等领域地下工程建设的规模和难度不断提升。地下工程建设常遭遇松软富水地层，施工中极易诱发突水突泥、冒顶、塌方等重大地质灾害，对工程安全构成极大威胁。注浆法作为松软围岩加固和地下水封堵的最有效手段之一，可有效控制突涌水灾害和围岩变形，在工程实践中得到广泛应用。
[0003]针对松软富水地层的注浆治理，通常选用速凝类双液注浆材料(如水泥-水玻璃等)，基于前进式分段注浆工艺，由浅入深逐段加固围岩。为实现深部地层浆液扩散的有效控制，提高围岩加固和地下水封堵效果，现有方法多采用小口径耐高压铁管对薄弱区域进行定点高压注浆。然而，铁管的使用给扫孔复钻带来极大困难，复钻过程中铁管难以破碎，造成钻具损耗严重，极易导致复钻失败、钻孔偏斜甚至废孔，难以保证注浆治理效果。为解决上述问题，施工中可采用塑管取代铁管进行定点高压注浆，为扫孔复钻和反复强化注浆创造有利条件。塑管注浆的经济性显著，并可大幅提高施工效率，但在高压注浆中存在爆管的问题。常规塑管(如PVC、PPR等)由于强度低、抗裂性差，高压注浆时极易爆裂，若采用钢丝缠绕塑管或钢纤维增强塑管，虽在一定程度上提高了抗裂性，但仍然不利于扫孔，这些问题限制了塑管在注浆工程中的广泛应用。
【发明内容】
[0004]本发明涉及一种松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆装置及操作工艺，采用小孔径塑管对松软富水围岩进行深部定点注浆治理，在塑管与钻孔之间注入水泥基浆液进行充填固结，利用水泥基浆液结石体对塑管的径向约束力，增强了塑管的耐压性和抗裂性，解决了塑管爆裂问题，克服了铁管定点注浆的难题，极大提高了施工效果和效率，工程经济性显著。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆装置，包括模袋注浆管、管孔间注浆管、两个模袋和孔内注浆管，所述孔内注浆管沿钻孔的轴线方向布置，由孔口延伸至钻孔深部揭露的松软富水薄弱区；所述的两个模袋分别绑扎在孔内注浆管的孔口和孔底两端，且孔内注浆管的孔口延伸到钻孔外与双液注浆器相连，每个模袋与沿着孔内注浆管轴向方向设置的模袋注浆管相连，实现模袋注浆;在所述孔内注浆管与钻孔形成的间隙内还安装有管孔间注浆管，所述的管孔间注浆管沿着孔内注浆管的轴向方向穿过位于孔口的模袋延伸到管孔间空隙处实现管孔间充填注浆。
[0007]所述的孔内注浆管、管孔间注浆管、模袋注浆管绑定在一起，材质均为普通塑管，外端均安装有注浆阀门。
[0008]所述的止水套管即为钻孔孔口管，与止水阀门连接。
[0009]本发明涉及的松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆技术及操作工艺，实施方法如下:
[0010]步骤I在钻孔内安装止水套管，连接止水阀门；
[0011]步骤2将松软富水围岩深孔塑管高压注浆所需部件按相应的连接和布设方法组装；
[0012]步骤3拆卸止水套管上的止水阀门，快速推送孔内注浆管至深部松软富水薄弱区，孔内注浆管、管孔间注浆管的阀门均处于开放状态；
[0013]步骤4打开孔底模袋注浆管的注浆阀门，向模袋内注入速凝浆液，直至模袋膨胀后与深部孔壁紧密贴合，且管孔间隙内无水渗出；
[0014]步骤5打开孔口模袋注浆管的注浆阀门，向模袋内注入速凝浆液，直至模袋膨胀后与止水套管紧密贴合；
[0015]步骤6通过管孔间注浆管对管孔间空隙区域进行压水试验，检验模袋密封情况，确保管孔间空隙被两端模袋完全封闭，在后续注浆时管孔间空隙能被浆液密实充填，无跑浆漏浆现象发生，提高塑管(孔内注浆管)的抗爆性能。
[0016]步骤7通过管孔间注浆管向管孔间空隙进行注浆充填，须选用速凝类高强注浆材料，以确保管孔间注浆结石体具有较高强度。
[0017]步骤8通过孔内注浆管向深部松软富水薄弱区进行高压定点注浆。
[0018]所述的步骤2的具体过程如下:
[0019]2-1沿钻孔的轴线方向布置孔内注浆管，其由孔口延伸至钻孔深部揭露的松软富水薄弱区；
[0020]2-2将孔内注浆管在孔口处与双液注浆器相连；
[0021]2-3将两个模袋绑扎在孔内注浆管的孔口和孔底两端；
[0022]2-4将两个模袋注浆管沿孔内注浆管的轴线方向与两个模袋连接，以实现模袋注浆；
[0023]2-5将管孔间注浆管穿过孔口模袋，沿孔内注浆管的轴向延伸至管孔间空隙处；
[0024]2-6将孔内注浆管、管孔间注浆管、模袋注浆管绑定在一起，外端均安装有注浆阀门。
[0025]本发明的有益效果为:
[0026]本发明采用塑管实施深部松软富水围岩高压定点注浆，有效解决了铁管注浆扫孔复钻困难、钻孔偏斜报废、机具损耗严重、施工效率低下等一系列难题。
[0027]本发明充分利用管孔间密实充填的浆液结石体对塑管的径向约束力，极大提高了塑管的抗裂性，克服了深部高压定点注浆中塑管极易发生爆裂的弊端，确保了工程的治理效果，提高了经济性。
【附图说明】
[0028]图1是松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆技术及操作工艺原理图；
[0029]图2是模袋、模袋注浆管、管孔间注浆管和孔内注浆管连接图。
[0030]其中:1.孔内注浆管阀门；2.管孔间注浆管阀门；3.管孔间高压注浆管;4.止水套管;5.充填速凝浆液结石体的模袋I; 6.钻孔;7.孔内注浆管;8.已加固的围岩;9.松软富水围岩；10.充填速凝浆液结石体的模袋11; 11.孔口模袋高压注浆管；12.模袋注浆管阀门I;13.模袋注浆管阀门II; 14.孔底模袋高压注浆管；15.双液注浆高压胶管；16.松软富水薄弱区；17.双液注浆器;18.铁质捆扎带或铁丝。
【具体实施方式】
[0031 ]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0032]如图1和图2所示，已加固的围岩8表示的是前期前进式分段注浆加固后的围岩，松软富水薄弱区16表示的是高压定点注浆待加固的局部薄弱区。本发明的装置由孔内注浆管7(塑管)、充填速凝浆液结石体的模袋I 5和充填速凝浆液结石体的模袋II 10、孔口模袋高压注浆管11和孔底模袋高压注浆管14、管孔间高压注浆管3、双液注浆器17、双液注浆高压胶管15、止水套管4等组成实现。
[0033]孔内注浆管7沿钻孔6的轴线方向布置，由孔口延伸至钻孔深部揭露的松软富水薄弱区16;孔口模袋高压注浆管11和孔底模袋高压注浆管14分别绑扎在孔内注浆管7的孔口和孔底两端，且孔内注浆管7的孔口延伸到钻孔外与双液注浆器17相连，双液注浆器17与双液注浆高压胶管15相连，两个模袋5和10与沿着孔内注浆管的轴向方向设置的模袋注浆管11和14相连，实现模袋注浆;在所述孔内注浆管与钻孔形成的间隙内还安装有管孔间注浆管3，所述的管孔间注浆管3沿着孔内注浆管7的轴向方向穿过位于孔口的模袋5延伸到管孔间空隙处实现管孔间充填注浆。
[0034]孔内注浆管7、管孔间高压注浆管3、模袋注浆管11和14绑定在一起，材质均为普通塑管，外端均安装有孔内注浆管阀门1、管孔间注浆管阀门2、模袋注浆管阀门112、模袋注浆管阀门1113。
[0035]所述的止水套管4即为钻孔孔口管，与止水阀门连接。
[0036]本发明涉及的松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆技术及操作工艺，实施方法如下:
[0037]步骤I在钻孔6内安装止水套管4，连接止水阀门；
[0038]步骤2将松软富水围岩深孔塑管高压注浆所需部件按相应的连接和布设方法组装。
[0039]步骤3拆卸止水套管4上的止水阀门，快速推送孔内注浆管7至深部松软富水薄弱区16，孔内注浆管7、管孔间注浆管3的阀门I和2均处于开放状态。
[0040]步骤4打开孔底模袋注浆管14的模袋注浆管阀门II13，向模袋内注入速凝浆液，直至模袋膨胀后与深部孔壁紧密贴合，且管孔间隙内无水渗出。
[0041 ]步骤5打开孔口模袋注浆管11的模袋注浆管阀门I 12，向模袋内注入速凝浆液，直至模袋膨胀后与止水套管紧密贴合。
[0042]步骤6通过管孔间注浆管3对管孔间空隙区域进行压水试验，检验模袋密封情况，确保管孔间空隙被两端模袋完全封闭，在后续注浆时管孔间空隙能被浆液密实充填，无跑浆漏浆现象发生，提高塑管(孔内注浆管)的抗爆性能。
[0043]步骤7通过管孔间注浆管3向管孔间空隙进行注浆充填，须选用速凝类高强注浆材料，以确保管孔间注浆结石体具有较高强度。
[0044]步骤8通过孔内注浆管7向深部松软富水薄弱区16进行高压定点注浆。
[0045]步骤2中各部件的连接和布设方法如下:
[0046]孔内注浆管7沿钻孔6的轴线方向布置，由孔口延伸至钻孔深部揭露的松软富水薄弱区16。孔内注浆管7在孔口处与双液注浆器17相连，进行深部定点高压注浆。
[0047]充填速凝浆液结石体的模袋I5和充填速凝浆液结石体的模袋II 10绑扎在孔内注浆管7的孔口和孔底两端，模袋注浆充填后起到封闭管孔间空隙的作用，同时模袋绑扎紧密，确保孔内注浆管顺利延伸到深部松软富水区域后模袋不出现脱落。
[0048]孔口模袋高压注浆管11和孔底模袋高压注浆管14沿孔内注浆管7的轴线方向与充填速凝浆液结石体的模袋I 5和充填速凝浆液结石体的模袋II 10连接，实现模袋注浆。
[0049]管孔间高压注浆管3穿过孔口充填速凝浆液结石体的模袋I5，沿孔内注浆管7的轴向延伸至管孔间空隙处，实现管孔间充填注浆。
[0050]所述的孔内注浆管7、管孔间高压注浆管3、孔口模袋高压注浆管11和孔底模袋高压注浆管14通过铁质捆扎带或铁丝18绑定在一起，材质均为普通塑管，外端均安装有孔内注浆管阀门1、管孔间注浆管阀门2、模袋注浆管阀门112、模袋注浆管阀门II13。
[0051]止水套管4即为钻孔孔口管，与止水阀门连接。
[0052]工程实例一:
[0053]国内某高速公路隧道在建设过程中，遭遇到富水断层破碎带，在开挖过程中左、右洞先后发生大规模突水突泥灾害17次，总突泥量超过33000m3。施工中，采用帷幕注浆方法，对隧道突水突泥段进行围岩加固和地下水封堵。多个帷幕注浆钻孔在深部25米处揭露了富水薄弱区，单孔最大涌水量约260m3/h，水压约1.3MPa。根据帷幕注浆设计方案，采用小孔径铁管作为孔内注浆管对深部富水薄弱区进行重点治理，但后续进行扫孔复钻和补充强化注浆时，由于铁管难以消磨，导致扫孔复钻极端困难，造成大量钻孔废弃，难以实现对深部富水断层破碎带的反复强化注浆，严重影响注浆效果。为解决铁管扫孔复钻的难题，改用DE50型PVC-U管(壁厚5mm)代替铁管后，在注浆压力达到4.5MPa时孔内注浆管爆裂，难以实施高压定点注浆。采用本专利塑管防爆技术对管孔间空隙进行充填注浆后，顺利实现12MPa条件下的高压注浆，完成了对深部断层破碎带隧道围岩的注浆加固和地下水封堵。
[0054]工程实例二:
[0055]国内某高速公路隧道穿越全-强风化花岗岩松软富水地层，在建设过程中先后发生4次突水突泥灾害。在对隧道突水突泥段进行帷幕注浆治理时，钻孔在30米深部区域揭露了多个高压富水区，单孔最大涌水量约为390m3/h，水压达1.5MPa。根据帷幕注浆设计方案，施工中采用速凝类水泥基双液浆和深部定点注浆工艺对揭露的高压富水区进行治理。初期，采用小孔径铁管作为孔内注浆管实施深部定点注浆，虽有效解决了深部浆液扩散控制问题，但后续进行扫孔复钻和补充强化注浆时，由于钻头难以消磨铁管，导致扫孔复钻困难，大部分钻孔偏斜严重，部分钻孔作废，难以对深部富水薄弱区进行强化补充注浆，治理效果无法保证。为解决铁管扫孔复钻的难题，改用DE50型PVC-U管代替铁管后，在注浆压力达到4.5MPa时孔内注浆管爆裂。采用本专利塑管防爆技术对管孔间空隙进行充填注浆后，实现了 26个钻孔在6MPa条件下的注浆，局部试验性钻孔可满足SMPa条件下的注浆，顺利完成了对深部松软富水区域的注浆加固和封堵，充分保证了治理效果，显著提高了施工效率。
[0056]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。
【主权项】
1.松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆装置，其特征在于:包括模袋注浆管、管孔间注浆管、两个模袋和孔内注浆管，所述孔内注浆管沿钻孔的轴线方向布置，由孔口延伸至钻孔深部揭露的松软富水薄弱区；所述的两个模袋分别绑扎在孔内注浆管的孔口和孔底两端，且孔内注浆管的孔口延伸到钻孔外与双液注浆器相连，每个与模袋与沿着孔内注浆管的轴向方向设置的模袋注浆管相连，实现模袋注浆;在所述孔内注浆管与钻孔形成的间隙内还安装有管孔间注浆管，所述的管孔间注浆管沿着孔内注浆管的轴向方向穿过位于孔口的模袋延伸到管孔间空隙处实现管孔间充填注浆。2.如权利要求1所述的松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆装置，其特征在于:所述的孔内注浆管、管孔间注浆管、模袋注浆管绑定在一起，材质均为普通塑管，外端均安装有注浆阀门。3.如权利要求1所述的松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆装置，其特征在于:在所述的钻孔内的孔口位置安装止水套管，止水套管与止水阀门连接。4.利用如权利要求1-3任一所述的松软富水围岩内深孔塑管高压注浆防爆装置进行高压注浆防爆的操作方法，其特征在于: 步骤I在钻孔内安装止水套管，连接止水阀门； 步骤2将权利1-2任一所述的装置布设在钻孔内； 步骤3拆卸止水套管上的止水阀门，快速推送孔内注浆管至深部松软富水薄弱区，孔内注浆管、管孔间注浆管的阀门和均处于开放状态； 步骤4打开孔底模袋注浆管的注浆阀门，向孔底模袋内注入速凝浆液，直至孔底模袋膨胀后与深部孔壁紧密贴合，且管孔间隙内无水渗出； 步骤5打开孔口模袋注浆管的注浆阀门，向孔口模袋内注入速凝浆液，直至孔口模袋膨胀后与止水套管紧密贴合； 步骤6通过管孔间注浆管对管孔间空隙区域进行压水试验，检验两个模袋密封情况，确保管孔间空隙被两端模袋完全封闭，在后续注浆时管孔间空隙能被浆液密实充填，无跑浆漏浆现象发生，提高孔内注浆管的抗爆性能； 步骤7通过管孔间注浆管向管孔间空隙进行注浆充填，选用速凝类高强注浆材料； 步骤8通过孔内注浆管向深部松软富水薄弱区进行高压定点注浆。5.如权利要求4所述的防爆的操作方法，其特征在于: 步骤2具体实施过程如下: 2-1沿钻孔的轴线方向布置孔内注浆管，其由孔口延伸至钻孔深部揭露的松软富水薄弱区； 2-2将孔内注浆管在孔口处与双液注浆器相连； 2-3将两个模袋和绑扎在孔内注浆管的孔口和孔底两端； 2-4将两个模袋注浆管沿孔内注浆管的轴线方向与两个模袋连接，实现模袋注浆； 2-5将管孔间注浆管穿过孔口模袋，沿孔内注浆管的轴向延伸至管孔间空隙处； 2-6将孔内注浆管、管孔间注浆管、模袋注浆管绑定在一起，外端均安装有注浆阀门。
【文档编号】E21B33/138GK105888673SQ201610301477
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】杨磊, 李术才, 张庆松, 潘光明, 张霄, 刘人太, 王凯, 李召峰, 林荣峰, 张波, 杨为民, 沙飞
【申请人】山东大学