CN110017153B - 一种岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺及注浆装置 - Google Patents
一种岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺及注浆装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于隧道及地下工程灾害治理技术领域，具体涉及一种岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺及注浆装置。所述工艺包括：A.底板离层物理探查：确定离层深度、空间范围及特征，为注浆治理方案设计提供决策依据；B.治理方案设计：确定治理区域，完成方案设计，包括浆液参数、注浆参数及钻孔参数；C.钻孔施工：根据方案设计现场布设孔位；D.底板离层注浆加固：将板离层旋喷注浆装置的喷嘴端下入钻孔内，使旋转喷头位于离层深度处，然后对离层内破碎围岩及空洞进行旋喷注浆。本发明方法能够使浆液在离层位置定向快凝注浆、均匀圆形扩散，加固效果更优，且不受隧道坡度、离层空洞储水的影响。
Description
技术领域
本发明属于隧道及地下工程灾害治理技术领域，具体涉及一种岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺及注浆装置。
背景技术
本发明背景技术公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
底板离层是岩溶隧道在长期运营过程中产生的，在建隧道不会有这种问题。而目前针对岩溶隧道运营期间开展的底板注浆工作在国内很少。本发明在多次的项目实际施工过程中，发现传统注浆施做起来确实存在操作难、不易控制路面***、加固效果无法达标等情况。
目前，中国运营隧道已经进入“高维修”管理期，衬砌结构开裂破坏、底鼓涌水等一系列病害时有发生。在外界复杂水文地质因素影响下，季节性富水岩溶隧道在长期运营期内仰拱或路面结构与底板灰岩之间会形成离层，离层内以破碎围岩及空洞为主。然而，本发明研究发现：在强降雨条件下，离层内饱水且承压，造成路面开裂起鼓并涌水，严重威胁行车安全。因此，需对隧道病害段底板进行注浆改造，传统的手段为钻孔至离层处下套管进行注浆。但这类注浆方式在离层富水条件下，浆液很难将离层内水全部驱替出来，如果要达到理想效果，势必要提高注浆压力，但带来的问题是：人为造成路面起鼓、开裂。此外，当隧道有一定坡度时，这类传统的注浆方式容易造成浆液向下坡处汇集，不能在病害段得到更好的扩散，造成加固效果不良，长期运营条件下底板涌水还会复发。因此，针对岩溶隧道在运营期间的底板离层的修复及工艺的研究十分必要。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明认为：旋喷式注浆具有同等注浆扩散半径下注入压力小、浆液扩散均匀、定向性强等优点，可很好地解决传统手段遇到的上述问题。为此，本发明提供一种岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺及注浆装置，这种方法能够使浆液在离层位置定向快凝注浆、均匀圆形扩散，加固效果更优，不受隧道坡度、离层空洞储水的影响。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
本发明的第一目的：提供一种岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆装置，包括：注浆管、螺母、托盘、止浆塞、挡块、膜袋、溢流孔、自旋转喷头和喷嘴。
所述注浆管的一端为开口状，且该开口端的外表面设置有与螺母相互配合的外螺纹，所述托盘上开设有能够供注浆管开口端穿过的通孔，所述挡块固定设置在注浆管的外表面，所述止浆塞套设在注浆管上，且止浆塞位于挡块和托盘之间。
使用组装时，先使注浆管的开口端依次穿过止浆塞、托盘，然后将螺母旋紧在注浆管开口端外表面的外螺纹上，即可。所述注浆管的开口端可充当注浆口，与注浆泵的高压软管相连，供浆液进入注浆管中。
所述注浆管的另一端与自旋转喷头连通，所述自旋转喷头上设置有喷嘴，自旋转喷头在高压浆液的作用下旋转，同时通过喷嘴将浆液甩出，使浆液在离层位置定向快凝注浆、均匀圆形扩散。
所述挡块和自旋转喷头之间设置有膜袋，且膜袋包覆在注浆管的外表面；所述溢流孔设置在被膜袋包覆的这部分注浆管上，且溢流孔直径、数量均大于喷嘴直径、数量。
进一步地，所述止浆塞由弹性材料制成，例如橡胶，因为具有弹性性能的止浆塞在螺母、托盘和挡块的压力下发生压缩变形，从而更加贴紧孔壁，更好地避免注浆时浆液上串出钻孔。可选地，所述托盘为中心下凹的圆盘状结构。
进一步地，所述膜袋为柔性材料制成，例如柔性塑料；注浆开始后，浆液先通过溢流孔充满膜袋(因为溢流孔直径比喷嘴直径大，且数量多)，膜袋充满贴紧孔壁，补充了单纯靠孔口止浆塞止浆的不足，使得浆液充分在底板离层充分扩散。
进一步地，所述自旋转喷头内含有靠水动力驱动的叶轮，且喷嘴与喷头面成一定角度，当浆液经过自旋转喷头时，驱动内部的叶轮，叶轮通过轴带动喷头旋转，且通过喷嘴喷出的浆液产生离心作用和反作用力，增加了旋转力。
本发明的第二目的，提供一种岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，所述工艺包括如下步骤：
A.底板离层物理探查：确定离层深度、空间范围及特征，为注浆治理方案设计提供决策依据；
B.治理方案设计：确定治理区域，完成方案设计，包括浆液材料参数、注浆参数及钻孔参数；
C.钻孔施工：根据方案设计现场布设孔位，钻孔过程中实时观察地层情况及岩粉变化情况，记录钻孔揭露底板离层的实际深度及离层的厚度；
D.底板离层注浆加固：将所述底板离层旋喷注浆装置的喷嘴端下入钻孔内，使旋转喷头位于离层深度处，然后对离层内破碎围岩及空洞进行旋喷注浆，使浆液在钻孔周围均匀圆形扩散，达到封堵涌水及提高围岩整体强度的目的。
步骤A中，所述确定离层深度、空间范围及特征的方法包括：地质雷达、直流电法等多种地球物理探查手段。具体为：利用地质雷达与高密度直流电法相结合的物探方法对隧道底板区域进行探查，确定底板离层的空间分布范围及对应的深度，为注浆治理靶区圈定和治理方案设计提供决策依据。
步骤B中，所述治理方案设计的具体步骤为：
1)注浆材料参数确定：隧道设计都有一定的坡度，为防止浆液顺坡扩散，造成坡高处浆液留存率低，所以需要选择合适的浆液保证浆液在钻孔四周快速扩散初凝。C-GT双液浆(参见专利文献：申请号：201010514920.7)具有初凝时间可控、强度可控的优点，因此C-GT双液浆适合岩溶隧道底板离层的旋喷注浆。由于大部分岩溶隧道底板离层在路面以下1-2m范围内，因此，通过现场试验测试确定水泥浆水灰比控制在0.8:1-1:1之间均可，水泥浆密度约为1.5-1.6g/cm3左右，GT浆液密度控制在平均1.3g/cm3；水泥浆和GT浆液的体积比控制在2-3:1均可，最终使浆液初凝时间在30-50秒之间。
2)注浆参数确定：根据探查结果，确定底板注浆改造的平面范围及平均深度，根据平均深度、喷嘴直径及浆液参数通过数值计算确定旋喷注浆的最大注浆压力，避免压力过大造成路面***(注浆终压的确定还与隧道有无仰拱结构密切相关)，注浆终压确定后结合注浆泵电机功率确定注浆流速；
3)钻孔参数确定：根据确定的注浆终压及注浆材料，计算钻孔内浆液在离层处的扩散半径，进而确定出注浆治理区域内钻孔的数量、排距及列距；根据现场条件布设钻孔，设计钻孔呈梅花形布置，且钻孔施工分两序进行，即第一序次钻孔和第二序次钻孔；第二序次钻孔穿插于第一序次钻孔间，并作为第一序次钻孔注浆效果的检查孔使用，钻孔过程中随时观察地层情况，记录离层深度及特征。
步骤C中，根据方案设计，先进行第一序次钻孔施工，待一序钻孔注浆完毕后再进行第二序次钻孔施工；钻进过程中实时观察地层情况及岩粉变化情况，记录钻孔揭露底板离层的实际深度及离层的厚度，以验证补充前期物探结论，更准确的指导后续注浆施工。
进一步地，所述岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺中还包括注浆效果综合检查的步骤，具体为：通过检查孔和地球物理手段对注浆区段进行注浆效果检验，圈定注浆薄弱区空间范围并补充注浆。
本发明的第三目的，是提供所述岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺及注浆装置在隧道及地下工程灾害治理领域中的应用。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
1、本发明针对岩溶隧道运营期底板离层在强降雨条件下容易造成路面开裂起鼓并涌水的问题，提出了采用旋喷注浆工艺进行修复的思路，相比传统注浆工艺，旋喷注浆工艺具有在同等注浆扩散半径下注入压力小、浆液扩散均匀、定向性强等优点，实现了浆液在离层位置定向快凝注浆、均匀圆形扩散，加固效果更优，而且不受隧道坡度、离层空洞储水的影响，能够很好地避免隧道有一定坡度时传统的注浆方式容易造成浆液向下坡处汇集，不能在病害段得到更好的扩散的问题。
2、本发明设计了针对上述工艺的底板离层旋喷注浆装置，实现了非机械方式下的旋转功能，完全靠浆液动力实现喷头的自旋转，装置结构更简单、实用，避免了机械方式结构复杂、止浆效果不好、不易操作等缺点，实现了不依靠钻机的旋喷注浆工艺。
3、现有的旋喷注浆基本是针对软弱地层的，以提高土体强度为主。本发明主要目的是使浆液在钻孔四周尽快均匀扩散并初凝成水泥浆饼，靠一个个相连的水泥饼达到排水、充填的目的。
4、本发明提出的综合物理探测、钻孔岩芯描述与上述岩溶隧道底板离层的旋喷注浆工艺是相辅相成，在物探解译数据及地层描述中准确分析离层特征并动态指导设计、施工，保证底板离层取得良好的加固效果。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例1中底板离层旋喷注浆装置结构示意图。
图2是本发明实施例2中采用所述旋喷注浆工艺和装置对岩溶隧道运营期底板离层进行修复的示意图。
图3是本发明实施例2中底板离层注浆工艺中第一序次钻孔和第二序次钻孔的布设示意图。
上述附图中标记分别代表：1-注浆管；2-螺帽；3-托盘；4-止浆塞；5-挡块；6-膜袋；7-溢流孔；8-自旋转喷头；9-喷嘴；10-路面；11-路面及仰拱结构；12-底板离层；13-灰岩；14-钻孔；15-浆液。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如前文所述，目前，对岩溶运营隧道病害段底板进行注浆改造是处理底板离层涌水的有效手段，然而，传统的注浆方式在离层富水条件下，浆液很难将离层内水全部驱替出来，如若达到理想效果势必提高注浆压力，就会人为造成路面起鼓开裂。且当隧道有一定坡度时，传统注浆方式容易造成浆液向下坡处汇集，不能在病害段得到更好的扩散，造成加固效果不良，长期运营条件下底板涌水还会复发。因此，本发明提出一种岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺及注浆装置；现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。
下列实施例中，所述靠水动力驱动叶轮旋转继而带动喷嘴旋转的自旋转喷头在现有技术中很多，例如，CN201711059780.7，用于绿化草坪灌溉的自旋转喷头。
所述C-GT双液浆参见专利文献：申请号：201010514920.7，一种膏状速凝注浆材料及其制备方法，本发明实施例2中的C-GT双液浆采用该专利文献中实施例1中的膏状速凝注浆材料。
实施例1
一种岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆装置，参考图1，包括：注浆管1、螺母2、托盘3、止浆塞4、挡块5、膜袋6、溢流孔7、自旋转喷头8和喷嘴9。
所述注浆管1的一端为开口状，且该开口端的外表面设置有与螺母2相互配合的外螺纹，所述托盘3上开设有能够供注浆管开口端穿过的通孔，所述挡块5固定设置在注浆管1的外表面，所述止浆塞4套设在注浆管1上，且止浆塞4位于挡块5和托盘3之间。
所述注浆管1的另一端与自旋转喷头8连通，所述自旋转喷头8上设置有喷嘴9，自旋转喷头8在高压浆液的作用下旋转，同时通过喷嘴9将浆液甩出，使浆液在离层位置定向快凝注浆、均匀圆形扩散。所述自旋转喷头8内含有靠水动力驱动的叶轮，且喷嘴与喷头面成一定角度，当浆液经过自旋转喷头时，驱动内部的叶轮，叶轮通过轴带动喷头旋转，且通过喷嘴喷出的浆液产生离心作用和反作用力，增加了旋转力。
所述挡块5和自旋转喷头8之间设置有膜袋6，且膜袋6包覆在注浆管1的外表面；所述溢流孔7设置在被膜袋6包覆的这部分注浆管1上，且溢流孔直径、数量均大于喷嘴直径、数量。
实施例2
一种岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，所述工艺包括如下步骤：
(1)岩溶运营隧道底板离层综合探查
综合分析岩溶运营隧道勘探时期及施工开挖期的水文地质资料，从构造环境、地层岩性和地下水多方面对底板离层12的产生机理进行综合分析；利用地质雷达与高密度直流电法相结合的物探方法对隧道底板区域进行探查，大体确定底板离层12的空间分布范围及对应的大体深度，为注浆治理靶区圈定和治理方案设计提供决策依据。
(2)治理方案设计
1)注浆材料参数确定：隧道设计都有一定的坡度，为防止浆液顺坡扩散，造成坡高处浆液留存率低，所以需要选择合适的浆液保证浆液在钻孔14附近快速扩散初凝。C-GT双液浆具有初凝时间可控、强度可控的优点，因此C-GT双液浆适合岩溶隧道底板离层的旋喷注浆。由于大部分岩溶隧道底板离层12在路面10以下1-2m范围内，因此，通过现场试验测试确定水泥浆水灰比控制在0.8:1-1:1之间，水泥浆密度约为1.5-1.6g/cm3左右，GT浆液密度控制在平均1.3g/cm3；水泥浆和GT浆液的体积比控制在2-3:1之间，最终使浆液初凝时间在30-50秒之间。
2)注浆参数确定：根据探查结果，确定底板注浆改造的平面范围及平均深度，根据平均深度、喷嘴直径及浆液参数通过数值计算确定旋喷注浆的最大注浆压力，避免压力过大造成路面10***(注浆终压的确定还与隧道有无仰拱结构密切相关)，注浆终压确定后结合注浆泵电机功率确定注浆流速；
3)钻孔参数确定：根据确定的注浆终压及注浆材料，计算钻孔内浆液在离层处的扩散半径，进而确定出注浆治理区域内钻孔的数量、排距及列距。结合现场条件布设钻孔14，钻孔呈梅花形布置，钻孔施工分两序进行，后序钻孔穿插于前序钻孔间，并作为前序次钻孔注浆效果的检查孔使用。
(3)底板注浆钻孔施工
根据方案设计现场布设两序钻孔孔位；使用潜孔钻机先进行第一序次钻孔施工，待一序钻孔注浆完毕后再进行第二序次钻孔施工；钻进过程中实时观察地层情况及岩粉变化情况，记录钻孔揭露底板离层12的实际深度及离层的厚度，以验证补充前期物探结论，更准确的指导后续注浆施工。
(4)底板离层注浆加固
1)钻孔14完成后，采用实施例1所述的旋喷注浆装置进行注浆，首先，根据底板离层12的实际深度，确定注浆管1的长度，使得自旋转喷头8正好在离层位置；
2)将装置放入钻孔14内，托盘3(具有中心下凹的圆盘状结构)紧贴路面10，将螺母2旋紧在注浆管1开口端外表面的外螺纹上，使托盘3与挡块5压紧二者之间的止浆塞4(橡胶制成)，止浆塞4压缩变形贴紧孔壁，避免注浆时浆液15上串出钻孔；
3)注浆开始后，所述注浆管1的开口端充当注浆口，供浆液进入注浆管1中，浆液15先通过溢流孔7充满膜袋6，膜袋6充满贴紧钻孔14孔壁，补充了单纯靠孔口止浆塞4止浆的不足，为后续升压提供了基础；
4)随着注浆压力的继续升高，浆液15通过自旋转喷头8向底板离层12内扩散，其中，自旋转喷头8内含有靠水动力驱动的叶轮，且喷嘴9与喷头面成一定角度，当浆液15经过自旋转喷头8时，驱动内部的叶轮，叶轮通过轴带动喷头旋转，且通过喷嘴9喷出的浆液15产生离心作用和反作用力，增加了旋转力，共同完成旋喷工作；
5)膜袋6的阻浆作用与自旋转喷头8的注浆扩散是联动的，注浆压力越高，自旋转喷头8的转速越快，浆液15的扩散半径越大，同时膜袋6作用于路面及仰拱结构11的作用力越大，阻浆能力越强。二者联动作用下，使得浆液15在底板离层12内均匀圆形扩散，加之浆液15具有初凝快的特点，使得每个钻孔14在底板离层12处短时间内形成一定半径的圆形浆饼，每个浆饼相连起到了加固改造底板离层12的目的。
(5)注浆效果综合检查
同样采用地质雷达、直流电法等多种地球物理探测手段，对治理区域进行探查，同时根据施工记录，在关键位置设计检查孔进行钻探取芯，对注浆效果进行检验，圈定薄弱区。继续采用上述的旋喷工艺对薄弱区进行补充注浆。
修复效果检测：本实施例以江西省武吉高速南石壁隧道为修复对象，该隧道设计为双线分离式，沿线穿越石炭系灰岩地层，溶蚀裂隙发育。隧道自2008年建成运营后，先后经历过5次突涌水事故，引发衬砌开裂、仰拱***等病害。其中，2012年上半年江西省降水量大，地下水位普遍升高，隧道右幅YK172+210～YK172+650段路面大幅冒水，路面***，严重影响了行车安全。2018年3月，对该区域底板进行钻芯取样，发现该段路面以下基本无仰拱，且大部分钻孔在穿过路面混凝土结构后揭露空洞或极破碎岩体，即路面结构与灰岩之间存在离层，由于离层提供了良好的底板储水空间，每当强降雨过后，离层内水量急剧增多，造成路面涌水甚至***。为彻底消除安全隐患，保障隧道运营期行车安全，设计实施了底板注浆改造方案，对隧道底板离层空洞及破碎围岩进行***充填、加固，将水封堵在隧道范围以外，同时改善围岩物理力学性能，使其具有可靠地承载力。该方案即采用本实施例所述的旋喷注浆工艺和旋喷注浆装置对隧道底板离层进行注浆治理，采用止浆塞结合膨胀式膜袋的方式进行止浆，采用C-GT双液控制注浆工艺，经检验注浆加固效果良好，成功的改造了底板，消除了运营期内行车安全风险，经过后期复查，至今均无复发现象，修复效果稳定、显著。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
Claims (13)
1.一种岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
A.底板离层物理探查：确定离层深度、空间范围及特征，为注浆治理方案设计提供决策依据；
B.治理方案设计：确定治理区域，完成方案设计，包括浆液参数、注浆参数及钻孔参数；
C.钻孔施工：根据方案设计现场布设孔位，钻孔过程中实时观察地层情况及岩粉变化情况，记录钻孔揭露底板离层的实际深度及离层的厚度；
D.底板离层注浆加固：将底板离层旋喷注浆装置的喷嘴端下入钻孔内，使旋转喷头位于离层深度处，然后对离层内破碎围岩及空洞进行旋喷注浆；
所述底板离层旋喷注浆装置包括：注浆管、螺母、托盘、止浆塞、挡块、膜袋、溢流孔、自旋转喷头和喷嘴；
所述注浆管的一端为开口状，且该开口端的外表面设置有与螺母相互配合的外螺纹，所述托盘上开设有能够供注浆管开口端穿过的通孔，所述挡块固定设置在注浆管的外表面，所述止浆塞套设在注浆管上，且止浆塞位于挡块和托盘之间；
所述注浆管的另一端与自旋转喷头连通，所述自旋转喷头上设置有喷嘴，自旋转喷头能够在浆液的高压动力作用下旋转，同时通过喷嘴将浆液甩出；
所述挡块和自旋转喷头之间设置有膜袋，且膜袋包覆在注浆管的外表面；所述溢流孔设置在被膜袋包覆的这部分注浆管上，且溢流孔直径、数量均大于喷嘴直径、数量。
2.如权利要求1所述的岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，步骤A中，所述确定离层深度、空间范围及特征的方法包括：地质雷达、直流电法多种地球物理探查手段。
3.如权利要求1所述的岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，利用地质雷达与高密度直流电法相结合的物探方法对隧道底板区域进行探查，确定底板离层的空间分布范围及对应的深度，为注浆治理靶区圈定和治理方案设计提供决策依据。
4.如权利要求1所述的岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，步骤B中，所述治理方案设计的具体步骤为：
1)注浆材料参数确定：水泥浆水灰比控制在0.8:1-1:1之间，水泥浆密度为1.5-1.6g/cm3，GT浆液密度控制在平均1.3g/cm3；水泥浆和GT浆液的体积比控制在2-3:1均可，最终使浆液初凝时间在30-50秒之间；
2)注浆参数确定：根据探查结果，确定底板注浆改造的平面范围及平均深度，根据平均深度、喷嘴直径及浆液参数通过数值计算确定旋喷注浆的最大注浆压力，注浆终压确定后结合注浆泵电机功率确定注浆流速；
3)钻孔参数确定：根据确定的注浆终压及注浆材料，计算钻孔内浆液在离层处的扩散半径，进而确定出注浆治理区域内钻孔的数量、排距及列距；根据现场条件布设钻孔，设计钻孔呈梅花形布置，且钻孔施工分两序进行，即第一序次钻孔和第二序次钻孔；第二序次钻孔穿插于第一序次钻孔间，并作为第一序次钻孔注浆效果的检查孔使用，钻孔过程中随时观察地层情况，记录离层深度及特征。
5.如权利要求1所述的岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，步骤C中，根据方案设计，先进行第一序次钻孔施工，待一序钻孔注浆完毕后再进行第二序次钻孔施工；钻进过程中实时观察地层情况及岩粉变化情况，记录钻孔揭露底板离层的实际深度及离层的厚度，以验证补充前期物探结论，更准确的指导后续注浆施工。
6.如权利要求1所述的岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，所述自旋转喷头内含有靠水动力驱动的叶轮，且喷嘴与喷头面成一定角度。
7.如权利要求1所述的岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，所述止浆塞由弹性制成。
8.如权利要求7所述的岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，所述止浆塞由橡胶制成。
9.如权利要求1所述的岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，所述膜袋为柔性材料制成。
10.如权利要求9所述的岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，所述膜袋为柔性塑料制成。
11.如权利要求1-10任一项所述的岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，所述岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺中还包括注浆效果综合检查的步骤。
12.如权利要求1-10任一项所述的岩溶隧道运营期底板离层旋喷注浆工艺，其特征在于，所述注浆效果综合检查的步骤具体为：通过检查孔和地球物理手段对注浆区段进行注浆效果检验，圈定注浆薄弱区空间范围并补充注浆。
13.如权利要求1-10任一项所述的旋喷注浆工艺在隧道及地下工程灾害治理领域中的应用。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101560764A (zh) * | 2009-05-22 | 2009-10-21 | 天津大学 | 间隔式高压旋喷注浆封堵勘察孔的方法 |
| CN203847000U (zh) * | 2014-05-28 | 2014-09-24 | 中国建筑东北设计研究院有限公司 | 高压旋喷锚杆扩孔装置 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101560764A (zh) * | 2009-05-22 | 2009-10-21 | 天津大学 | 间隔式高压旋喷注浆封堵勘察孔的方法 |
| CN203847000U (zh) * | 2014-05-28 | 2014-09-24 | 中国建筑东北设计研究院有限公司 | 高压旋喷锚杆扩孔装置 |
| CN105155563A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-12-16 | 山东大学 | 一种基坑软流塑地层涌水加固治理方法 |
| CN107060834A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-08-18 | 山东大学 | 巷道顶板富水破碎条件下引流慢渗注浆控制工艺 |
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