钻孔内分离式注浆装置及分段注浆操作工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了钻孔内分离式注浆装置及分段注浆操作工艺，装置包括止浆塞总成，包括注浆管，注浆管的一端设有止回阀，在注浆管上设有多个止浆塞溢流孔，在注浆管外每个止浆塞溢流孔处设有用于封堵各个止浆塞溢流孔的按压带，按压带在设定压力下被浆液冲开，浆液填充设于注浆管外的膨胀无纺布袋；浆液在设定压力下可冲开止回阀进行注浆加固；注浆提管，可拆卸安装于注浆管的另一端；本发明能实现在不规则的松散软弱甚至富水围岩内进行分隔式注浆，注浆后可以把注浆提管提出，可以在同一个钻孔内针对不同位置进行隔离式注浆，通过分隔式注浆，解决了浅部围岩反复注浆，而浆液难以被输送到深部围岩的难题。
【专利说明】
钻孔内分离式注浆装置及分段注浆操作工艺
技术领域
[0001]本发明属于矿井、隧道，水利水电等地下工程注浆加固领域，具体说是钻孔内分离式注浆装置及分段注浆操作工艺。
【背景技术】
[0002]在地下工程注浆加固中，经常会遇到松散软弱甚至富水围岩，在对这类围岩注浆加固中，面临的最大问题是钻孔坍塌严重，成孔率较低。在对这类围岩进行系统性注浆加固时，有前进式或后退式注浆两种工艺。前进式注浆工艺是由注浆钻孔控制从围岩浅层逐段向深层注浆加固，直到设计深度，其弊端是复钻率较高，钻孔反复被注浆的几率较高，尤其是当围岩软弱分布不均时，注入的浆液面临着对裸露的浅部围岩重复注浆现象。且当钻孔深部揭露高压涌水后，浆液难以完全被注入到深部受注区域，造成在浅部对软弱围岩重复注浆，且又难以达到对钻孔全段实现均匀注浆加固的目的。同时，刚性的注浆管一旦注浆失败，则无法收回，且给钻孔内同一段距的再次注浆带来一定的难度;此外，后退式注浆目前主要有TSS管、袖阀管等工艺，尽管两种工艺具有分隔注浆效果，但都会因为注浆管注浆后无法提出钻孔，使钻孔无法被重复利用；当使用WSS注浆工艺时，除难以实现分隔式均匀注浆外，又存在着注浆管被孔内浆液封住的危险。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，为了解决现有技术的不足，本发明提供一种能避免重复钻孔，可在同一钻孔内实现多次分隔注浆的钻孔内分离式注浆装置及分段注浆操作工艺。
[0004]本发明提供的方案如下:
[0005]钻孔内分离式注浆装置，包括:
[0006]止浆塞总成，包括注浆管，注浆管的一端设有止回阀，在注浆管上设有多个止浆塞溢流孔，在注浆管外每个止浆塞溢流孔处设有用于封堵各个止浆塞溢流孔的按压带，按压带在设定压力下被浆液冲开，浆液填充设于注浆管外的膨胀无纺布袋内；进入到膨胀无纺布内的浆液在按压带的作用下，难以通过止浆塞溢流孔回流。因止回阀的设置，通过注入到注浆管的浆液先经止浆塞溢流孔冲开按压带进入到膨胀无纺布内，充填满后，注浆管内要升压，升压后，相同的浆液继续冲开回止阀，进入到钻孔内，对岩层进行注浆;当使用不同的浆液时，先向膨胀无纺布内注入速凝浆液即双液浆，充填饱满后在无纺布袋内凝固，此时注浆管内还有一部分速凝浆液，不停顿换注其它浆液，比如水泥浆液，水泥浆液会把注浆管内的速凝浆液通过回止阀顶出去，同时水泥浆液也会通过回止阀进入到钻孔内对岩层注浆，从而实现注入到膨胀无纺布带内的浆液与岩层加固层内浆液不同。注浆管另一端设有左旋丝扣，与注浆提管连接。
[0007]注浆提管，可拆卸安装于注浆管的另一端，配合多个止浆塞总成实现同一钻孔内分隔式的涌水封堵或注浆，注浆提管作用一是连接止浆塞总成后，可以把止浆塞总成送入钻孔内，其作用二是可以通过注浆提管，向止浆塞注浆管内输送浆液。当浆液进入注浆塞总成后，注浆管注入的浆液通过止浆塞溢流孔冲开按压带，进入到膨胀无纺布袋内，充填膨胀无纺布袋内的空间，随着膨胀无纺布袋内被充填的浆液越来越多，无纺布会撑开膨胀，与钻孔孔壁紧密贴合在一起，膨胀无纺布被完全充满后，注浆管内注浆压力会升高，升高的注浆压力会把止回阀打开，此时注浆浆液就会通过止回阀进入钻孔内，并实现对围岩注浆。另外需要说明的是进入到膨胀无纺布内的浆液在按压带的作用下，难以通过止浆塞溢流孔回流，并快速凝固。
[0008]进一步地，所述多个止浆塞溢流孔在注浆管表面呈排设置，且围绕注浆管在注浆管径向截面上均匀设置有多个，这样注浆浆液在膨胀无纺布袋内，首先是冲开按压带，填充膨胀无纺布袋，而不会因压力的作用在膨胀无纺布袋未填充完成后打开止回阀进行注浆加固。
[0009]进一步地，所述注浆提管的入口端可与双液混合器连接。
[0010]进一步地，所述止回阀包括两侧壁，在一侧壁开有出浆孔，出浆孔处设有钢球，钢球与另一侧壁之间设置弹簧，另一侧壁开有多个浆液溢流口。
[0011 ] 进一步地，所述止回阀包括两侧壁，在一侧壁开有出浆孔，出浆孔处设有钢球，钢球与另一侧壁之间设置弹簧，另一侧壁开有多个浆液溢流口，多个浆液溢流口均匀布置在侧壁。
[0012]进一步地，所述注浆管与止回阀的材质均为塑料，在实际工况中一旦出现错误注浆，塑料的注浆管并不会影响到二次重新钻孔。
[0013]进一步地，注入到膨胀无纺布袋内的浆液必须是速凝浆液，可以为速凝单液浆，也可以为速凝双液浆。
[0014]分段注浆操作工艺，用于向钻孔内注浆的注浆管与注浆提管可拆卸连接，具体的是二者的连接处可拆卸。可以实现配合多个止浆塞总成实现同一钻孔内分隔式的涌水封堵或注浆；当某一处注浆完成后，用注浆提管重新把新的止浆塞总成送入到设计位置，重新在钻孔内已经设置的止浆塞总成前端设置第二处止浆塞总成，进行第二段封堵和注浆，同理，可进行第三段甚至更多段的分隔式注浆；
[0015]分段注浆操作工艺，具体步骤如下:
[0016]I)将注浆提管与注浆管连接;通过注浆提管把第一止浆塞总成放入钻孔内的需要对第一注浆加固段注浆的设计位置。
[0017]2)用钻机在钻孔外卡夹住注浆提管，保证止浆塞总成在钻孔内的位置不变，不会产生移动。
[0018]3)通过注浆提管向注浆管内注入浆液，浆液进入注浆管内后逐渐升压，浆液通过止浆塞溢流孔冲开按压带后流出填充膨胀无纺布袋，膨胀无纺布膨胀后与钻孔孔壁紧密贴合在一起，密封钻孔孔壁，起到止浆作用；
[0019]4)膨胀无纺布袋被充满后，注浆管内注浆浆液压力会升高，随浆液压力的继续升高，止回阀打开，浆液喷出，对第一注浆加固段内的岩层进行注浆加固；
[0020]5)拆卸注浆提管并将其提出钻孔，候凝并到设定时间后，注浆提管再次连接第二止浆塞总成，并将第二止浆塞总成送入到钻孔内第二处需要止浆的设计位置，准备对第二注浆加固段岩层注浆加固；
[0021]6)执行步骤3)和步骤4)，并对第二注浆加固段岩层进行注浆。
[0022]依次类推，可按照上述步骤实现对第三，第四甚至更多的注浆加固段进行注浆加固。
[0023]进一步地，用于打开止回阀内钢球密封处的压力高于打开按压带的压力，这样才能保证首先无纺布袋填满后才能冲开止回阀。
[0024]进一步地，为了在钻孔内方便拆卸，所述注浆提管与注浆管通过丝扣连接，丝扣为左旋扣，注浆完成后，轻松一旋，即可将注浆提管卸出。
[0025]整个注浆装置安装步骤如下:
[0026](I)止浆塞总成安装。首先在止浆塞注浆管上按照均匀分布方式铣槽，然后在铣槽处钻出小孔作为止浆塞溢流孔，按照铣槽宽度把按压带套在铣槽处，用按压带密封住止浆塞溢流孔，在注浆管两端加工丝扣。注浆管一端连接止回阀，另一端准备和注浆提管连接；把膨胀无纺布袋套在止浆塞注浆管外，两端用绑带绑紧，并用胶带把膨胀无纺布袋缠绕在止浆塞注浆管上，以便于被送入到钻孔内；止浆塞注浆管和止回阀均为塑料材质。止浆塞注浆管和注浆提管连接处丝扣为左旋扣。
[0027](2)注浆管路连接。分别按照顺序连接A液注浆管、B液注浆管、双液混合器和注浆提管，上述各部分均用丝扣连接。注浆管路各部分均为钢质管；
[0028]把止浆塞总成通过注浆管和注浆提管连接在一起就成为一种钻孔内分离式注浆
目.ο
[0029]分段隔离注浆操作工艺的技术要求如下:
[0030](I)钻孔内分离式注浆装置在安装完成后，被下入钻孔前都要用稀泥浆或清水进行实验。观察注入到止浆塞膨胀无纺布袋的浆液完全充满布袋后，多高的压力会破坏膨胀无纺袋，作为向止浆塞内充填浆液的极限压力。继续注浆，压力不断升高后，再次升高的压力是否能把止回阀内的钢球顶开，打开止回阀内钢球密封处的压力要高于打开按压带的压力，并低于膨胀无纺布袋被破坏的压力，也就是确保按压带和钢球分别能在递增的压力下顺序打开。止回阀钢球被顶开的压力依靠调节止回阀内弹簧或压簧的强度来实现。
[0031](2)向止浆塞膨胀无纺布袋内注入的浆液选择为速凝的水泥水玻璃浆液，向地层内注入的浆液要根据地层岩性或注浆设计要求选择单液水泥浆或双液浆。
[0032](3)注浆提管注浆提管和止浆塞注浆管之间的连接丝扣为反扣(即左扣)，连接好后把钻孔内分离式注浆装置送入钻孔设计位置前，禁止右向旋转注浆提管，注浆提管防止止浆塞总成在止浆塞注浆管和注浆提管连接处脱扣掉落钻孔内。注浆结束后，注浆提管右旋注浆提管，就能旋开注浆管路与止浆塞注浆管之间的连接，顺利把注浆提管提出钻孔，止楽■塞总成留在钻孔内。
[0033]本发明的有益效果是:
[0034]1.本发明能实现在不规则的松散软弱甚至富水围岩内进行分隔式注浆，注浆后可以把注浆提管提出，可以在同一个钻孔内针对不同位置进行分隔式注浆，通过分隔式注浆，解决了浅部围岩反复注浆，而浆液难以被输送到深部围岩的难题。
[0035]2.止浆塞总成采用塑料质材料制作，通过对滞留在钻孔内的塑料质止浆塞的钻取，解决了之前注浆后钻孔不能重复利用的难题；
[0036]3.通过在注浆管上设置多个止浆塞溢流孔，保证了先对膨胀无纺布袋的填充，最后再对岩层需要注浆段进行注浆加固；根据需要还能实现注入到膨胀无纺布带内的浆液与岩层加固层内浆液不同。
【附图说明】
[0037]图1是钻孔内注浆装置安装结构图
[0038]图2是图1中F处放大图
[0039]图3是图1中G处放大图
[0040]图4是止回阀示意图
[0041 ] 图5是图4中B-B截面处不意图
[0042]图6是图3中A-A截面处示意图
[0043]图7是钻孔内分隔式注浆原理示意图
[0044]其中:1、A液注浆管，2、B液注浆管3、双液混合器4、注浆提管5、孔口管，6、钻孔，7、止浆塞总成，8、受注围岩，9、岩壁，1、注浆管，11、按压带，12、止浆塞溢流孔，13、止回阀出浆口 14、钢球，15压簧，16、浆液溢流口，17、膨胀无纺布袋。18、第一止浆塞总成，19、第二止浆塞总成，20、第三止浆塞总成
【具体实施方式】
[0045]下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述:
[0046]止浆塞总成7和注浆提管注浆提管4通过丝扣连接在一起。
[0047]止浆塞总成和注浆管路安装步骤如下:
[0048](I)止浆塞总成7安装:首先在止浆塞注浆管10上按照均匀分布方式铣槽，然后在铣槽处钻出小孔作为止浆塞溢流孔12，按照铣槽宽度把按压带按压带11套在铣槽处，用按压带11密封住止浆塞溢流孔12。在止浆塞注浆管10两端加工丝扣，一端连接止回阀。一端准备和注浆提管连接;把膨胀无纺布袋17套在止浆塞注浆管10上，两端用绑带绑紧，并用胶带缠绕在止浆塞注浆管10上;止浆塞注浆管10和止回阀均为塑料材质。止浆塞注浆管10和注浆提管连接处丝扣为左旋扣。止浆塞注浆管10选用42_高强度PVC管加工而成。
[0049 ] (2)注浆管路连接。分别按照顺序连接A液注浆管1、B液注浆管2、双液混合器3和注浆提管4，上述各部分均用丝扣连接。注浆管路各部分均由42mm无缝钢管加工而成。
[0050]把止浆塞总成7的止浆塞注浆管10和注浆提管4连接在一起就成为一种钻孔内分离式注浆装置。
[0051 ]分段注浆操作工艺步骤如下:
[0052]分段注浆操作工艺，具体步骤如下:
[0053]I)将注浆提管4与注浆管10连接;通过注浆提管4把第一止浆塞总成放入钻孔6内的需要对第一注浆加固段注浆的设计位置。
[0054]2)用钻机在钻孔外卡夹住注浆提管4，保证止浆塞总成7在钻孔6内的位置不变，不会广生移动。
[0055]3)通过注浆提管4向注浆管10内注入浆液，浆液进入注浆管10内后逐渐升压，浆液通过止浆塞溢流孔12冲开按压带11后流出填充膨胀无纺布袋17，膨胀无纺布17膨胀后与钻孔6孔壁紧密贴合在一起，密封钻孔孔壁，起到止浆作用；
[0056]4)膨胀无纺布袋17被充满后，注浆管10内注浆浆液压力会升高，随浆液压力的继续升高，止回阀打开，浆液喷出，对第一注浆加固段内的岩层进行注浆加固；
[0057]5)拆卸注浆提管4并将其提出钻孔6，候凝并到设定时间后，注浆提管4再次连接第二止浆塞总成，并将第二止浆塞总成送入到钻孔6内第二处需要止浆的设计位置，准备对第二注浆加固段岩层注浆加固；
[0058]6)执行步骤3)和步骤4)，并对第二注浆加固段岩层进行注浆。
[0059]依次类推，可按照上述步骤实现对第三，第四甚至更多的注浆加固段进行注浆加固。
[0060]分段注浆操作工艺的技术要求如下:
[0061 ] (I)分离式注浆装置在安装完成后，被下入钻孔6前都要用稀泥浆或清水进行实验。观察注入到止浆塞膨胀无纺布袋17的浆液完全充满布袋后，再次升高的压力是否能把止回阀内的钢球14顶开，打开止回阀内钢球14密封处的压力要高于打开按压带11的压力。也就是确保按压带11和钢球14分别能在递增的压力下顺序打开。现场试验得出，浆液冲开按压带的压力为0.5MPa左右，膨胀无纺布袋膨胀后的安全极限压力为2.0MPa。设置止回阀钢球被顶开的压力为I.5MPa。
[0062](2)向止浆塞膨胀无纺布袋17内注入的浆液选择为水泥水玻璃浆液，水泥水玻璃浆液的初凝时间控制在60s?2min之间。向地层内注入的浆液要根据地层岩性或注浆设计要求进行选择，选用了由P.0 42.5R水泥配制的单液水泥浆，水泥浆密度控制在1.5?-1.70g/cm3之间。双液浆选用了水泥-GT浆液，水泥浆密度控制在1.5?1.60g/cm3之间，GT浆液密度控制在1.20?1.25g/cm3之间。水泥浆和GT浆液的体积比控制在1:1?5:1之间。初凝时间控制在20s?3min之间。
[0063](3)注浆提管4和止浆塞注浆管10之间的连接丝扣为反扣(即左扣)，连接好后把钻孔内分离式注浆装置送入钻孔6时，把分离式注浆装置送到设计位置前禁止右向旋转注浆提管4，防止止浆塞总成7滑脱。注浆结束后，右旋注浆提管4，就能旋开与止浆塞注浆10的连接，顺利把注浆管路提出钻孔6。止浆塞总成7留在孔内。
[0064]实施例:广西岑溪市某高速公路隧道遇到全风化花岗岩地层，地层内富含高压水，地层遇水后软化严重，在隧道挖掘中多次遇到突水突泥灾害，严重影响着工程进度。为治理突水突泥地质灾害，对隧道周围进行了帷幕注浆施工。帷幕注浆钻孔经常出现塌孔和较大涌水现象，说明钻孔围岩松散，软弱，钻孔成孔难度大，孔壁不规则，采用常规前进式注浆工艺因复钻率高，工程造价高，整体效率较差。而且还出现了对已经注浆加固后的较浅孔段重复注浆现象。后经研究采用本发明的钻孔内分离式注浆装置及分段注浆操作工艺，经在帷幕注浆钻孔内试验和实施，实现了一个钻孔多次分段式注浆加固的目标，保证了钻孔揭露的围岩能得到均匀加固，保证了注浆加固效果，提高了施工效率，缩短了施工工期，而且注浆加固质量更好。
[0065]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0066]除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。
【主权项】
1.钻孔内分离式注浆装置，其特征在于，包括: 止浆塞总成，包括注浆管，注浆管的一端设有止回阀，在注浆管上设有多个止浆塞溢流孔，在注浆管外每个止浆塞溢流孔处设有用于封堵各个止浆塞溢流孔的按压带，按压带在设定压力下被浆液冲开，浆液填充设于注浆管外的膨胀无纺布袋;膨胀无纺布袋膨胀后与孔壁贴合止浆。浆液在设定压力下可冲开止回阀进行注浆加固； 注浆提管，可拆卸安装于注浆管的另一端，配合多个止浆塞总成实现同一钻孔内分隔式的涌水封堵或注浆。2.如权利要求1所述的钻孔内分离式注浆装置，其特征在于，所述多个止浆塞溢流孔在注浆管表面呈排设置，且围绕注浆管在注浆管径向截面上均匀设置有多个。3.如权利要求1所述的钻孔内分离式注浆装置，其特征在于，所述注浆提管的入口端可与双液混合器连接。4.如权利要求1所述的钻孔内分离式注浆装置，其特征在于，所述止回阀包括两侧壁，在一侧壁开有出浆孔，出浆孔处设有钢球，钢球与另一侧壁之间设置弹簧，另一侧壁开有多个浆液溢流口。5.如权利要求4所述的钻孔内分离式注浆装置，其特征在于，多个浆液溢流口均匀布置在止回阀的侧壁上。6.如权利要求1所述的钻孔内分离式注浆装置，其特征在于，所述注浆管与止回阀的材质均为塑料。7.分段注浆操作工艺，其特征在于，用于向钻孔内注浆的注浆管与注浆提管可拆卸丝扣连接，且为左扣。8.分段注浆操作工艺，其特征在于，具体步骤如下: 1)将注浆提管与注浆管连接;通过注浆提管把第一止浆塞总成放入钻孔内的需要对第一注浆加固段注浆的设计位置。 2)用钻机在钻孔外卡夹住注浆提管，保证止浆塞总成在钻孔内的位置不变，不会产生移动。 3)通过注浆提管向注浆管内注入浆液，浆液进入注浆管内后逐渐升压，浆液通过止浆塞溢流孔冲开按压带后流出填充膨胀无纺布袋，膨胀无纺布膨胀后与钻孔孔壁紧密贴合在一起，密封钻孔孔壁，起到止楽作用； 4)膨胀无纺布袋被充满后，注浆管内注浆浆液压力会升高，随浆液压力的继续升高，止回阀打开，浆液喷出，对第一注浆加固段内的岩层进行注浆加固； 5)拆卸注浆提管并将其提出钻孔，候凝并到设定时间后，注浆提管再次连接第二止浆塞总成，并将第二止浆塞总成送入到钻孔内第二处需要止浆的设计位置，准备对第二注浆加固段岩层注浆加固； 6)执行步骤3)和步骤4)，并对第二注浆加固段岩层进行注浆； 依次类推，可按照上述步骤实现对第三，第四甚至更多的注浆加固段进行注浆加固。9.如权利要求8所述的分段注浆操作工艺，其特征在于，用于打开止回阀内钢球密封处的压力高于打开按压带的压力。
【文档编号】E21B33/12GK105909257SQ201610379537
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】张庆松, 李术才, 潘光明, 杨磊, 周小生, 张霄, 刘人太, 李召峰, 王凯, 林荣峰, 随海通, 刘春国
【申请人】山东大学