CN111335921B - 用于单点位移计安装的自动注浆装置及分段注浆安装方法 - Google Patents

用于单点位移计安装的自动注浆装置及分段注浆安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于单点位移计安装的自动注浆装置及分段注浆安装方法。本发明的装置包括自动注浆***、用于***安装的基座段、用于单点位移计安装的中空段、锚固段；所述自动注浆***由注浆泵、注浆控制台、注浆/排浆液体流量传感器、止回阀、注浆管及排浆管组成；锚固段和基座段进行自动注浆，而中空段不注浆，保证了水泥浆液不渗入位移计。在自动注浆过程中，注浆控制台根据液体流量传感器的信号判断是否停止注浆，并通过伺服驱动器对注浆泵电机发出指令，实现注浆进程的实时控制。本发明能够实现分段注浆，节省水泥浆用量，提高采集数据的准确性，同时可以精准控制注浆时间，保证各段注浆质量。

Description

用于单点位移计安装的自动注浆装置及分段注浆安装方法
技术领域：
本发明涉及地下工程监测领域，具体涉及一种用于单点位移计安装的自动注浆装置及分段注浆安装方法。
背景技术：
地下工程施工中的监控量测是保障整个地下工程建设安全和质量的重要手段。监测施工过程中的围岩变形、地表沉降、地上建筑物沉陷，以便及时确定施工对策和措施，确保安全施工。
地下工程围岩变形监测作为施工监测中的重要环节，对实时评估初步支护和二次衬砌设计的安全性和可靠性具有重要意义。目前在围岩变形监测的方法中，基于位移计的监测是主要手段之一，其中单点位移计较为常用。
单点位移计的常见安装方法有四种。
第一种，将水泥浆液灌入安装孔底，浆液深一般为200-250mm，将单点位移计锚头***孔内的水泥浆液锚固。但该注浆方法不适用于向上注浆。当用于向下注浆时，若遇到具有一定渗透性的岩层，无法判断浆液深度是否满足要求，影响锚固头与岩层的可靠锚固，进而影响位移监测数据的准确性。
第二种，将锚头与纸包的水泥浆液捆绑固定，再将单点位移计锚头端***孔内，将纸包溶化后锚头与水泥浆一起锚固于孔底。该方法不适用于向上注浆，且纸包水泥浆液的操作不易控制。
第三种，将锚头与注浆管同时***孔中，实现整体注浆锚固。该方法不适用于向上注浆，且整体注浆会导致水泥浆渗入位移传感器中，影响位移读数的准确性。同时此方法水泥浆用量较多，不具备经济性。
第四种，引入注浆管、排气排水管和固定密封装置，进行全孔压力注浆。此注浆方法虽然可以实现向上和向下注浆，但是全孔注浆会造成水泥浆渗入位移传感器中，进而影响位移读数的准确性；同时此方法水泥浆用量较多，不具备经济性；此方法终止注浆的标准为排气排水管的排浆，人工判断存在一定的延时性和误判性，难以控制注浆质量。
综上所述，为了克服现有注浆方法的缺陷，本发明公开一种用于单点位移计安装的自动注浆装置及分段注浆方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于单点位移计安装的自动注浆装置及分段注浆安装方法，能够实现分段注浆，节省水泥浆用量，同时确保浆液不渗入到位移传感器中，从而提高采集数据的准确性。另外，自动注浆***能够更精准的控制注浆时间，从而保证注浆质量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于单点位移计安装的自动注浆装置，包括注浆***、用于***安装的基座段、用于单点位移计安装的中空段、锚固段；
所述中空段包括一个中空管，所述中空管的一端通过密封钢板一连接所述的锚固段，另一端通过密封钢板二与所述基座段连接；
所述注浆***包括注浆泵，所述注浆泵连接注浆软管，所述注浆软管连接注浆管体，所述注浆管体的自由端连接注浆管头；所述注浆管体上设置有用于所述注浆管体进退驱动的旋转盘，所述注浆软管上连接有注浆液体流量传感器，所述注浆***还包括一个与所述注浆管体并列设置的排浆管体，所述排浆管体的自由端连接排浆管头，所述排浆管体的另一端连接排浆软管，所述排浆软管上设置有排浆液体流量传感器，所述注浆液体流量传感器和所述排浆液体流量传感器以及注浆泵的驱动电机都连接注浆控制台。
所述的用于单点位移计安装的自动注浆装置，所述锚固段包括锚固头，所述锚固头连接在所述密封钢板一的外侧。
所述的用于单点位移计安装的自动注浆装置，所述基座段包括一个法兰盘，所述法兰盘上设置有膨胀螺栓。
所述的用于单点位移计安装的自动注浆装置，所述单点位移计包括与所述锚固头连接的拉杆，所述拉杆设置在所述中空管中，所述拉杆的另一端连接位移传感器，所述位移传感器安装在所述密封钢板二上。
所述的用于单点位移计安装的自动注浆装置，所述注浆管体中设置有止回阀。
所述的用于单点位移计安装的自动注浆装置，所述注浆管体、排浆管体都采用外螺纹管，其与所述密封钢板一、密封钢板二、法兰盘之间均通过螺纹连接。
所述的用于单点位移计安装的自动注浆装置，所述排浆管头的端部开孔，当用于向上注浆时，开孔位置远离排浆管体；当用于向下注浆，开孔位置靠近排浆管体。
所述的用于单点位移计安装的自动注浆装置，所述注浆管头和所述排浆管头的端部分别设置有过滤网。
用上述单点位移计安装的自动注浆装置进行单点位移计分段注浆安装方法，该方法包括如下步骤：
(1)定位钻孔：根据监测要求，定位监测孔位置并钻孔；
(2)注浆装置安装固定：清理基岩平面，将注浆装置***注浆孔，采用膨胀螺栓将整个注浆装置固定在基岩上，同时确保注浆管头和排浆管头分别穿过了密封钢板一的外侧；
(3)锚固段注浆：注浆控制台启动注浆泵，开始注浆；液体流量传感器的信号传输至注浆控制台，当注浆流量与排浆流量相等且排浆管稳定出浆时，注浆控制台的控制器判断停止注浆，注浆完成；注浆完成后退出注浆管体和排浆管体，注浆管头和排浆管头永久留在锚固段内；为注浆管体和排浆管体重新装上管头，推入基座段；
(4)基座段注浆：注浆控制台启动注浆泵，开始注浆；液体流量传感器的信号传输至注浆控制台，当注浆流量与排浆流量相等且排浆管稳定出浆时，注浆控制台的控制器判断停止注浆，注浆完成；基座段注浆完成后，退出注浆管体和排浆管体，注浆管头和排浆管头永久留在基座段内，完成整个注浆过程。
有益效果：
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案优点：
1、本发明的中空段位于锚固段和基座段之间，确保水泥浆液不会渗入位移计，并有效地减小水泥浆用量，提高经济效益。同时用密封钢板将拉杆与位移传感器连接处同浆液相隔离，防水泥浆渗入位移传感器，从而提高单点位移计的安装成活率。
2、在本发明的自动注浆装置中，注浆控制台根据液体流量传感器的信号判断是否停止注浆，并通过伺服驱动器对注浆泵电机发出指令，从而实时控制注浆进程，精准地控制注停浆时间，从而保证注浆质量。
3、本发明通过采用相应排浆管头的形式，来满足各个角度注浆的需求：当用于向上注浆时，排浆管头的端部开孔位置远离排浆管体；当用于向下注浆，开孔位置靠近排浆管体。
附图说明
图1为本发明实施例一种用于单点位移计安装的自动注浆装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中空段示意图；
图3为本发明实施例锚固段注浆示意图；
图4为本发明实施例基座段注浆示意图；
图5为本发明实施例注浆启停控制流程图；
图6为本发明实施例注浆管头和排浆管头示意图；
图中有：1-锚固头，2-拉杆，3-位移传感器，4-法兰盘，5-膨胀螺栓，6-导线，7-注浆管头，8-注浆管体，9-排浆管头，10-排浆管体，11(1)-密封钢板一；11(2)-密封钢板二，12-密封橡胶圈，13-止回阀，14-中空管，15-旋转盘，16-注浆软管，17-排浆软管，18-注浆液体流量传感器，19-排浆液体流量传感器，20-注浆泵，21-电机，22-注浆控制台，23-锚固段，24-中空段，25-基座段，26-基岩，701-注浆管头端部螺纹，702-注浆管头双螺纹，703-注浆管头滤网，901-向上注浆时排浆管头端部螺纹，902-向上注浆时排浆管头双螺纹，903-向上注浆时排浆管头滤网，904-向下注浆时排浆管头端部螺纹，905-向下注浆时排浆管头双螺纹，906-向下注浆时排浆管头滤网。
具体实施方式
如图1-6所示，本实施例的用于单点位移计安装的自动注浆装置，包括注浆***、用于***安装的基座段、用于单点位移计安装的中空段、锚固段；本发明的中空段位于锚固段和基座段之间，确保水泥浆液不会渗入位移计，并有效地减小水泥浆用量，提高经济效益。同时用密封钢板将拉杆与位移传感器连接处同浆液相隔离，防止了水泥浆渗入位移传感器，从而使得位移监测数据的准确性大为提高。锚固段范围是从孔底起至中空段第一块密封钢板止，基座段范围是中空段第二块密封钢板起至法兰盘止。
所述中空段包括一个中空管14，所述中空管14的一端通过密封钢板一11(1)连接所述的锚固段，另一端通过密封钢板二11(2)与所述基座段连接；
所述注浆***包括注浆泵20，所述注浆泵20连接注浆软管16，所述注浆软管16连接注浆管体8，所述注浆管体8的自由端连接注浆管头7；所述注浆管体8上设置有用于所述注浆管体进退驱动的旋转盘15，所述注浆软管16上连接有注浆液体流量传感器18，所述注浆***还包括一个与所述注浆管体并列设置的排浆管体10，所述排浆管体的自由端连接排浆管头9，所述排浆管体的另一端连接排浆软管17，所述排浆软管上设置有排浆液体流量传感器19，所述注浆液体流量传感器18和所述排浆液体流量传感器19以及注浆泵20的驱动电机21都连接注浆控制台22。本实施例注浆启停控制流程图，如图5所示，注浆控制台22启动注浆泵电机21，首先注浆液体流量传感器18与排浆液体流量传感器19进行信号数据自检，检测正常后采集信号数据；否则，维修检查直至正常。注浆液体流量传感器18与排浆液体流量传感器19采集的流量模拟信号传给所述的AD转换器，AD转换器将收到的模拟信号转换成数字信号，实时传输给控制器。当注排浆流量比值<1时，注浆控制台中控制器判断继续注浆，通过伺服驱动器向注浆泵的电机21发出继续注浆指令，注浆泵继续工作；当注排浆流量比值>1且比值急速上升时，提示险情，可能发生注浆孔内岩层含水层涌水现象，注浆控制台中控制器判断停止注浆，通过伺服驱动器向注浆泵的电机21发出停止注浆指令，注浆泵停止工作，现场进行积极处置；当注排浆流量比值为1且排浆管稳定出浆时，注浆控制台中控制器判断停止注浆，通过伺服驱动器向注浆泵的电机21发出停止注浆指令，注浆泵停止工作，注浆完成。
所述锚固段包括锚固头1，所述锚固头连接在所述密封钢板一11(1)的外侧。
所述基座段包括一个法兰盘4，所述法兰盘上设置有膨胀螺栓5。法兰盘4上设置4个膨胀螺栓孔，孔径为16mm，1个注浆管孔，孔径为25mm，1个排浆管孔，孔径为20mm。注浆管8外径为25mm，壁厚为3mm。排浆管10外径为20mm，壁厚为2.5mm，可以保证水泥浆液的顺利通过。
所述单点位移计包括与所述锚固头连接的拉杆2，所述拉杆2设置在所述PVC管14中，所述拉杆2的另一端连接位移传感器3，所述位移传感器3安装在所述密封钢板二11(2)上。
所述注浆管体中设置有止回阀13。
所述注浆管体、排浆管体都采用外螺纹管，其与所述密封钢板一、密封钢板二、法兰盘之间均通过螺纹连接。
所述排浆管头的端部开孔，当用于向上注浆时，开孔位置远离排浆管体；当用于向下注浆，开孔位置靠近排浆管体。图6为本发明注浆管头和排浆管头示意图。(a)部分为注浆管头，包括管头端部螺纹701、管头双螺纹702和管头滤网703；(d)部分为注浆管头剖面图；(b)部分为向上注浆时排浆管头，包括管头端部螺纹901、管头双螺纹902和管头滤网903；(e)部分为向上注浆时排浆管头剖面图；(c)部分为向下注浆时排浆管头，包括管头端部螺纹904、管头双螺纹905和管头滤网906；(e)部分为向下注浆时排浆管头剖面图。
双螺纹的作用是在管头在与密封钢板连接的同时，与注浆管体或排浆管体相连接。
所述注浆管头和所述排浆管头的端部分别设置有过滤网。滤网的作用是在注浆管体或排浆管体与管头分离时，确保水泥浆在自重压力作用下不发生自由流动，在注浆压力作用下能稳定流入和排出，理想的滤网网格大小取值应在1mm左右。
用上述单点位移计安装的自动注浆装置进行单点位移计分段注浆安装方法，该方法包括如下步骤：
(1)定位钻孔：根据监测要求，定位监测孔位置并钻孔；
(2)注浆装置安装固定：清理基岩平面，将注浆装置***注浆孔，采用膨胀螺栓将整个注浆装置固定在基岩上，同时确保注浆管头和排浆管头分别穿过了密封钢板一的外侧；
(3)锚固段注浆：注浆控制台启动注浆泵，开始注浆；液体流量传感器的信号传输至注浆控制台，当注浆流量与排浆流量相等时，注浆控制台的控制器判断停止注浆，注浆完成；注浆完成后退出注浆管体和排浆管体，注浆管头和排浆管头永久留在锚固段内；为注浆管体和排浆管体重新装上管头，推入基座段；
(4)基座段注浆：注浆控制台启动注浆泵，开始注浆；液体流量传感器的信号传输至注浆控制台，当注浆流量与排浆流量相等时，注浆控制台的控制器判断停止注浆，注浆完成；基座段注浆完成后，退出注浆管体和排浆管体，注浆管头和排浆管头永久留在基座段内，完成整个注浆过程。
安装完成以后，本发明的单点位移计的工作过程为：当岩体发生坍塌或者局部不均匀变形，岩体会拉伸或压缩拉杆2，这样拉杆2就会在位移传感器3内做切割磁感线运动，产生电信号，这样就能间接测出位移。在这个过程中，岩体变形的力会破坏中空管14，因而中空管14不会影响拉杆2的相对运动。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于单点位移计安装的自动注浆装置，其特征在于，包括自动注浆***、用于自动注浆***安装的基座段、用于单点位移计安装的中空段、锚固段；
所述中空段包括一个中空管，所述中空管的一端通过密封钢板一连接所述的锚固段，另一端通过密封钢板二与所述基座段连接；
所述自动注浆***包括注浆泵，所述注浆泵连接注浆软管，所述注浆软管连接注浆管体，所述注浆管体的自由端连接注浆管头；所述注浆管体上设置有用于所述注浆管体进退驱动的旋转盘，所述注浆软管上连接有注浆液体流量传感器，所述自动注浆***还包括一个与所述注浆管体并列设置的排浆管体，所述排浆管体的自由端连接排浆管头，所述排浆管体的另一端连接排浆软管，所述排浆软管上设置有排浆液体流量传感器，所述注浆液体流量传感器和所述排浆液体流量传感器以及注浆泵的驱动电机都连接注浆控制台；
所述锚固段包括锚固头，所述锚固头连接在所述密封钢板一的外侧；
所述基座段包括一个法兰盘，所述法兰盘上设置有膨胀螺栓；
所述单点位移计包括与所述锚固头连接的拉杆，所述拉杆设置在所述中空管中，所述拉杆的另一端连接位移传感器，所述位移传感器安装在所述密封钢板二上；
所述注浆管体中设置有止回阀；
所述注浆管体、排浆管体都采用外螺纹管，其与所述密封钢板一、密封钢板二、法兰盘之间均通过螺纹连接；
所述排浆管头的端部开孔，当用于向上注浆时，开孔位置远离排浆管体；当用于向下注浆，开孔位置靠近排浆管体；
所述注浆管头和所述排浆管头的端部分别设置有过滤网。
2.一种用权利要求1所述用于 单点位移计安装的自动注浆装置进行单点位移计分段注浆安装方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）定位钻孔：根据监测要求，定位监测孔位置并钻孔；
（2）注浆装置安装固定：清理基岩平面，将注浆装置***注浆孔，采用膨胀螺栓将整个注浆装置固定在基岩上，同时确保注浆管头和排浆管头分别穿过了密封钢板一的外侧；
（3）锚固段注浆：注浆控制台启动注浆泵，开始注浆；液体流量传感器的信号传输至注浆控制台，当注浆流量与排浆流量相等且排浆管稳定出浆时，注浆控制台的控制器判断停止注浆，注浆完成；注浆完成后退出注浆管体和排浆管体，注浆管头和排浆管头永久留在锚固段内；为注浆管体和排浆管体重新装上管头，推入基座段；
（4）基座段注浆：注浆控制台启动注浆泵，开始注浆；液体流量传感器的信号传输至注浆控制台，当注浆流量与排浆流量相等且排浆管稳定出浆时，注浆控制台的控制器判断停止注浆，注浆完成；基座段注浆完成后，退出注浆管体和排浆管体，注浆管头和排浆管头永久留在基座段内，完成整个注浆过程。
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