CN110500060A - 一种分段前进式钻杆快速注浆装置、***和注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分段前进式钻杆快速注浆装置，包括：多根双重管钻杆，各双重管钻杆均为同心的双层管结构，外层管和内层管间形成环形通道，内层管为中空结构；各双重管钻杆用于分段顺次轴向设置于注浆孔内，前后顺次可拆卸连接并相连通。钻头，轴向开设有单通孔，与最前端的一根双重管钻杆的端部相连接，并连通。多个液压囊输液管，各液压囊输液管为一两端敞口的管体，与双重管钻杆并列且紧密贴合。止浆液压囊，为一中空的弹性囊状体，包覆于最前端的所述双重管钻杆的前段外壁一周，其与最前端的液压囊输液管相连通。采用该注浆装置注浆时，可以在不退出钻杆的前提下，随时快速密封定点注浆，而后撤销密封继续向前钻孔，实现分段前进式注浆。
Description
【技术领域】
本发明属于土木工程隧道施工技术领域，尤其涉及一种分段前进式钻杆快速注浆装置、***和注浆方法。
【背景技术】
隧道及地下工程施工中，经常遭遇软弱富水地层，容易出现开挖面突水涌泥以及大变形，危及隧道施工安全。目前常采用注浆法进行围岩性质的改善，即通过一定压力将胶凝性材料注入围岩并固结，填充孔隙挤密土体，起到良好的加固和堵水效果。
目前主要的水平注浆方法分两种：即分段前进式注浆和钻杆分段后退式注浆。分段前进式注浆适用地层条件较差，钻孔过程中遇到大量涌水涌砂，或者塌孔严重无法继续钻进，即退出钻杆进行注浆，改善该段围岩后，重新钻进该孔，逐段加深钻孔，直至达到设计钻孔深度，进行最后一次退出钻杆及注浆，完成该孔的设计注浆任务。此方法注浆效果较好，但重复钻孔工作量大，总体注浆量大，注浆材料损耗较多，工期较长。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种分段前进式钻杆快速注浆装置、***和注浆方法，注浆时，可以在不退出钻杆的前提下，随时快速密封定点注浆，而后撤销密封继续向前钻孔，实现分段前进式注浆。
本发明采用以下技术方案：一种分段前进式钻杆快速注浆装置，包括：
多根双重管钻杆，各所述双重管钻杆均为同心的双层管结构，内层管为中空结构，外层管和内层管间形成环形通道；各根所述双重管钻杆顺次轴向钻入注浆孔内，各根间可拆卸连接；最后端的一根所述双重管钻杆用于连接外部浆液或者高压水和风供给***；定义钻孔内为前，外为后。
钻头，轴向开设有单通孔，与最前端的所述双重管钻杆的端部相连接，并连通；
多个液压囊输液管，各液压囊输液管与一根双重管钻杆的长度相一致；用于分段顺次轴向设置于注浆孔内，前后顺次可拆卸连接并相连通，并与所述双重管钻杆紧密贴合；最后端的所述液压囊输液管用于与电动液压泵管路连接；
止浆液压囊，为一中空的弹性囊状体，包覆于最前端的所述双重管钻杆的前段外壁一周，其与最前端的液压囊输液管连接并相连通；当囊状体内充入液体时，与钻孔侧壁紧密贴合，在钻孔的前部形成密封区。
进一步地，该止浆液压囊前端与钻头的后端紧密贴合。
进一步地，该止浆液压囊处于收缩状态时，其长度不小于2m，其宽度小于所述钻头的最宽处至少2cm。
进一步地，在各所述双重管钻杆的外壁上沿轴向开设有一半圆形凹槽，用于卡持所述液压囊输液管；各所述凹槽的内径均与所述液压囊输液管的直径相一致。
进一步地，各相邻的所述双重管钻杆、相邻的液压囊输液管间均通过快速接头相连接。
进一步地，各相邻的所述双重管钻杆、相邻的液压囊输液管间的快速接头处均套设有一橡胶套。
进一步地，在孔底的一根所述双重管钻杆和钻头间一体连通有一单管。
本发明还公开了一种分段前进式钻杆快速注浆***，包括上述的一种分段前进式钻杆快速注浆装置，还包括：
高压水和风供给***，在钻孔的时候，所述高压水供给***与最后端的一根所述双重管钻杆的外管管路连接；所述高压风供给***与内管管路连接；
浆液机，在注双浆液时，与最后端的一根所述双重管钻杆的内管和外管管路连接；
电动液压泵，与最后端的一根所述液压囊输液管管路可拆卸连接，用于向所述止浆液压囊内充入液体。
本发明还公开了一种分段前进式钻杆快速注浆方法，使用上述述的一种分段前进式钻杆快速注浆装置，该注浆方法如下：
步骤一、将高压水和风供给***与第一根所述双重管钻杆管路连接，启动转机，在设置位置钻孔；
步骤二、钻孔至该根双重管钻杆的深度后，另取一根所述双重管钻杆和液压囊输液管与孔内的所述双重管钻杆和液压囊输液管相连接，继续钻孔，直至该根双重管钻杆的深度，然后依次继续顺次连接各根所述双重管钻杆；当钻孔至设计深度后，停止钻孔，直接执行步骤四；当钻孔过程中出现涌水突泥或塌孔时，执行步骤三；
步骤三、将连接在一起的所述双重管钻杆朝向孔口侧退出20-30cm，将电动液压泵与靠近孔口的所述液压囊输液管的入口管路连接，启动，将液体依次通过多根所述液压囊输液管输入止浆液压囊，至其体积膨胀贴于钻孔侧壁，膨胀后的所述止浆液压囊与钻孔前端空间形成密封区，直至压力至少为设计注浆压力的1.5倍，停止充液；
步骤四、拆除高压水和风供给***，将注浆机与靠近孔口的所述双重管钻杆的入口管路连接，启动，使浆液依次通过多根所述双重管钻杆和钻头，注入密封区，直至浆液凝固；然后排出所述止浆液压囊内的液体，使其恢复至收缩状态；
步骤五、重复步骤一～步骤四，直至钻孔至设计深度。
本发明的有益效果是：
1.实现了一次扫孔至设计深度，避免了重复钻孔和多次退钻杆的工作，大大减少了工作量，提高了注浆施工速度。
2.利用钻杆直接注浆，简化了钻孔工作和注浆工作的工序衔接，施工速度更快。
3.在钻头处形成止浆封闭区，浆液扩散区域小，局部注浆的针对性和精确性高，局部注浆效果更有保障，间接减少了浆液损耗。
【附图说明】
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例施工状态的结构示意图。
图3为双重管钻杆的截面放大图。
其中：1、止浆液压囊，2、液压囊输液管，3、橡胶套，4、快速接头，5、电动液压泵，6、压力表，10、钻头，11、双重管钻杆。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明实施例公开了一种分段前进式钻杆快速注浆装置，如图1、2和3所示，包括：多根双重管钻杆11，各双重管钻杆11均为同心的双层管结构，两端均为敞口状，内层管为中空结构，外层管和内层管间形成环形通道；各双重管钻杆11用于分段顺次轴向设置于注浆孔内，前后顺次可拆卸连接并相连通，最后端的一根双重管钻杆11用于连接外部浆液或者高压水和风供给***；定义钻孔内为前，外为后。内层管和外层管间可通过分段间隔设置的隔板相连接。为了注浆的安全性，可在环形通道和内层管的前端安装单向阀。为将浆液注入钻孔，设置钻头10，轴向开设有单通孔，与孔内最前端的一根双重管钻杆11的端部相连接，并连通。
多个液压囊输液管2，各液压囊输液管2与一根双重管钻杆11的长度相一致；用于分段顺次轴向设置于注浆孔内，前后顺次可拆卸连接并相连通，并与双重管钻杆11紧密贴合；最后端的液压囊输液管2用于与电动液压泵5管路连接；止浆液压囊1，为一中空的弹性囊状体，包覆于最前端的所述双重管钻杆11的前段外壁一周，其与最前端的液压囊输液管2连接并相连通；当囊状体内充入液体时，与钻孔侧壁紧密贴合，在钻孔的前部形成密封区。前端与钻头10的后端紧密贴合；当囊状体内充入液体时，囊状体沿钻孔径向膨胀；与钻孔侧壁紧密贴合，在钻孔的前部形成密封区。当放出液体时，囊状体恢复为收缩状态。止浆液压囊1处于收缩状态时，止浆液压囊1长度不小于2m，其宽度小于钻头10的最宽处至少2cm。以便于扫孔过程中，孔渣可以顺利从孔壁空隙中排出；止浆液压囊1体积膨胀后，紧挨钻头10，与钻孔前端形成止浆区，避免浆液在孔壁空隙中形成固结体，影响继续钻孔排渣；止浆液压囊1长度大于2m，以便膨胀后具备足够的止浆密封能力。
在各双重管钻杆11的外壁上沿轴向开设有一半圆形凹槽，用于卡持液压囊输液管2；各凹槽的内径均与液压囊输液管2的直径相一致。
各相邻的双重管钻杆11、相邻的液压囊输液管2间均通过快速接头相连接。快速接头的规格有多种，选用适合管子连接的快速接头即可，均选用的为已有的成品。
各相邻的双重管钻杆11、相邻的液压囊输液管2间的快速接头处均套设有一橡胶套3，用橡胶套3勒紧盖住接头。
本发明还公开了一种分段前进式钻杆快速注浆***，包括上述的一种分段前进式钻杆快速注浆装置，还包括：高压水和风供给***，在钻孔的时候，高压水供给***与靠近孔口的一根双重管钻杆11的外管管路连接；高压风供给***与内管管路连接；浆液机，在注双浆液时，与靠近孔口最外端的一根双重管钻杆11的内管和外管管路连接；电动液压泵5，与靠近孔口的一根液压囊输液管2管路可拆卸连接，用于向止浆液压囊1内充入液体。高压水、风供给***和浆液机均采用现有设备，根据不同的施工工况如所需压力、速度等选择。
本发明还公开了一种分段前进式钻杆快速注浆方法，使用上述的一种分段前进式钻杆快速注浆装置，该注浆方法如下：
步骤一、将高压水和风供给***与第一根双重管钻杆11管路连接，启动转机，在设置位置钻孔；
步骤二、钻孔至该根双重管钻杆11的深度后，另取一根双重管钻杆11和液压囊输液管2与孔内的双重管钻杆11和液压囊输液管2相连接，继续钻孔，直至该根双重管钻杆11的深度，然后依次继续顺次连接各根双重管钻杆11；当钻孔至设计深度后，停止钻孔，直接执行步骤四；当钻孔过程中出现涌水突泥或塌孔时，执行步骤三；
步骤三、将连接在一起的双重管钻杆11朝向孔口侧退出20-30cm，将电动液压泵5与靠近孔口的液压囊输液管2的入口管路连接，启动，将液体依次通过多根液压囊输液管2输入止浆液压囊1，至其体积膨胀贴于钻孔侧壁，膨胀后的止浆液压囊1与钻孔前端空间形成密封区，直至压力至少为设计注浆压力的1.5倍，停止充液；
步骤四、拆除高压水和风供给***，将注浆机与靠近孔口的双重管钻杆11的入口管路连接，启动，使浆液依次通过多根双重管钻杆11和钻头10，注入密封区，直至浆液凝固；然后排出止浆液压囊1内的液体，使其恢复至收缩状态；
步骤五、重复步骤一～步骤四，直至钻孔至设计深度。
具体施工时，如下：
钻孔准备：
将一根液压囊输液管2嵌入一根双重管钻杆11外壁的半圆形凹槽内，并利用橡胶套3勒紧，此时液压囊输液管2与电动液压泵5处于断开状态，液压囊输液管2与双重管钻杆11可以同步旋转；将双重管钻杆11的内外管分别连接好高压风和水；
钻孔作业：
打开高压风和水，启动钻机开始钻孔，钻入一根双重管钻杆11后，延长一根新双重管钻杆11；同时利用快速接头4连接一根新液压囊输液管2，将新一根液压囊输液管2嵌入新一根双重管钻杆11外壁的半圆形凹槽内，并新增一枚橡胶套3勒紧；同理不断延长钻杆和输液管，增加钻孔深度。
注浆准备：
如钻孔达到注浆方案设计的分段长度，直接停机；如果钻孔突然遭遇不良地质情况，如涌水突泥或塌孔等，则后退钻杆2m停机；
通过快速接头4将液压囊输液管2与电动液压泵5相连接，启动电动液压泵5，通过液压囊输液管2向止浆液压囊1中注入液体使其体积膨胀，直至压力表6的读数达到设计注浆压力的1.5倍，形成良好的密封止浆体，与钻孔前端形成密封区；拆除双重管钻杆11连接的高压风和水，与注浆机相连。
注浆作业：
通过注浆机向密封区域内注入速凝性浆液，如聚氨酯或者水泥-水玻璃双液浆，待本段注浆工作结束，浆液凝固后，排出止浆液压囊1中的液体，使其恢复收缩状态。
重复上述操作分段前进进行钻孔作业与注浆作业，直至达到设计钻孔深度，完成本孔的设计注浆要求。
Claims (8)
1.一种分段前进式钻杆快速注浆装置，其特征在于，包括：
多根双重管钻杆(11)，各所述双重管钻杆(11)均为同心的双层管结构，内层管为中空结构，外层管和内层管间形成环形通道；各根所述双重管钻杆(11)顺次轴向钻入注浆孔内，各根间可拆卸连接；最后端的一根所述双重管钻杆(11)用于连接外部浆液或者高压水和风供给***；定义钻孔内为前，外为后；
钻头(10)，轴向开设有单通孔，与最前端的所述双重管钻杆(11)的端部相连接，并连通；
多个液压囊输液管(2)，各所述液压囊输液管(2)与一根双重管钻杆(11)的长度相一致；用于分段顺次轴向设置于注浆孔内，前后顺次可拆卸连接并相连通，并与所述双重管钻杆(11)紧密贴合；最后端的所述液压囊输液管(2)用于与电动液压泵(5)管路连接；
止浆液压囊(1)，为一中空的弹性囊状体，包覆于最前端的所述双重管钻杆(11)的前段外壁一周，其与最前端的所述液压囊输液管(2)连接并相连通；当囊状体内充入液体时，止浆液压囊(1)沿钻孔径向膨胀，与钻孔侧壁紧密贴合，在钻孔的前部形成密封区。
2.根据权利要求1所述的一种分段前进式钻杆快速注浆装置，其特征在于，所述止浆液压囊(1)的前端与所述钻头(10)的后端紧密贴合，当所述止浆液压囊(1)处于收缩状态时，其长度不小于2m，其宽度小于所述钻头(10)的最宽处至少2cm。
3.根据权利要求2所述的一种分段前进式钻杆快速注浆装置，其特征在于，在各所述双重管钻杆(11)的外壁上沿轴向开设有一半圆形凹槽，用于卡持所述液压囊输液管(2)；各所述凹槽的内径均与所述液压囊输液管(2)的直径相一致。
4.根据权利要求3所述的一种分段前进式钻杆快速注浆装置，其特征在于，各相邻的所述双重管钻杆(11)、相邻的液压囊输液管(2)间均通过快速接头相连接。
5.根据权利要求4所述的一种分段前进式钻杆快速注浆装置，其特征在于，各相邻的所述双重管钻杆(11)、相邻的液压囊输液管(2)间的快速接头处均套设有一橡胶套(3)。
6.根据权利要求5所述的一种分段前进式钻杆快速注浆装置，其特征在于，在孔底的一根所述双重管钻杆(11)和钻头(10)间一体连通有一单管。
7.一种分段前进式钻杆快速注浆***，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的一种分段前进式钻杆快速注浆装置，还包括：
高压水和风供给***，在钻孔的时候，所述高压水供给***与最后端的一根所述双重管钻杆(11)的外管管路连接；所述高压风供给***与内管管路连接；
浆液机，在注双浆液时，与最后端一根所述双重管钻杆(11)的内管和外管管路连接；
电动液压泵(5)，与最后端的一根所述液压囊输液管(2)管路可拆卸连接，用于向所述止浆液压囊(1)内充入液体。
8.一种分段前进式钻杆快速注浆方法，使用权利要求1-6中任一项所述的一种分段前进式钻杆快速注浆装置，其特征在于，该注浆方法如下：
步骤一、将高压水和风供给***与第一根所述双重管钻杆(11)管路连接，启动转机，在设置位置钻孔；
步骤二、钻孔至该根双重管钻杆(11)的深度后，另取一根所述双重管钻杆(11)和液压囊输液管(2)与孔内的所述双重管钻杆(11)和液压囊输液管(2)相连接，继续钻孔，直至该根双重管钻杆(11)的深度，然后依次继续顺次连接各根所述双重管钻杆(11)；当钻孔至设计深度后，停止钻孔，直接执行步骤四；当钻孔过程中出现涌水突泥或塌孔时，执行步骤三；
步骤三、将连接在一起的所述双重管钻杆(11)朝向孔口侧退出20-30cm，将电动液压泵(5)与靠近孔口的所述液压囊输液管(2)的入口管路连接，启动，将液体依次通过多根所述液压囊输液管(2)输入止浆液压囊(1)，至其体积膨胀贴于钻孔侧壁，膨胀后的所述止浆液压囊(1)与钻孔前端空间形成密封区，直至压力至少为设计注浆压力的1.5倍，停止充液；
步骤四、拆除高压水和风供给***，将注浆机与靠近孔口的所述双重管钻杆(11)的入口管路连接，启动，使浆液依次通过多根所述双重管钻杆(11)和钻头(10)，注入密封区，直至浆液凝固；然后排出所述止浆液压囊(1)内的液体，使其恢复至收缩状态；
步骤五、重复步骤一～步骤四，直至钻孔至设计深度。
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| CN (1) | CN110500060A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2019-09-26 CN CN201910916831.6A patent/CN110500060A/zh active Pending
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