CN117988894A - 一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及地下工程施工的领域，公开了一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置及其施工工艺，其包括隧道衬砌、注浆管、注浆枪和胶皮套，隧道衬砌位于隧道周身，注浆管贯穿隧道衬砌且插嵌进入地层中，注浆枪滑动于注浆管内，注浆枪用于向注浆管内输出浆液，胶皮套外包于注浆管外侧，注浆管上开设有注浆孔，注浆孔用于向地层内灌注浆液，胶皮套上设置有阻浆挡片，阻浆挡片与注浆孔位置对应，且注浆孔与阻浆挡片之间为连通状态，阻浆挡片用于防止浆液和地下水回流进入注浆管。本申请具有避免浆液及地下水顺着注浆形成的渗流路径发生回流减弱加固效果的效果。

Description

一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置及其施工 工艺

技术领域

本申请涉及地下工程施工的领域，尤其是涉及一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置及其施工工艺。

背景技术

注浆加固是指通过造孔，将注浆浆液注入围岩中，靠注浆压力使浆液向围岩的裂隙扩散，在岩体形成一个加固带，从而提高岩体的整体性、增强围岩强度。地铁隧道邻近既有建（构）筑物施工过程中，为保证隧道施工邻域内既有建（构）筑物的安全，通常需要沿隧道拱顶注浆，起到加固地层，减小地表沉降及邻域内建（构）筑物变形的作用。

现有注浆工艺大多为整体注浆工艺或分段后退式注浆工艺，当重力方向与注浆方向一致时，采用整体注浆工艺或分段后退式注浆工艺效果较好，重力可促进浆液在地层中的渗透，增加渗透力。

现有的隧道拱顶注浆装置及其施工工艺中，工程上常用的是花管注浆技术。所谓花管注浆，是将注浆管通过钻孔打入地层中，采用分段注浆工艺，使浆液在压力条件下，较均匀地进入地层。

研发人员在研究改进中发现，隧道拱顶注浆时，重力方向与注浆方向相反，若仍采用整体注浆工艺或分段后退式注浆工艺，难以达到预期加固效果。同时，地下水位以下采用花管注浆施工过程中，在注浆结束后，随着注浆压力的消散，认为存在浆液及地下水会顺着注浆形成的渗流路径发生回流从而难以达到预期注浆加固效果的缺陷。

发明内容

为了避免浆液及地下水顺着注浆形成的渗流路径发生回流减弱加固效果，本申请提供一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置及其施工工艺。

第一方面，本申请提供的一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置，采用如下的技术方案：

一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置，包括隧道衬砌、注浆管、注浆枪和胶皮套，隧道衬砌位于隧道周身处，注浆管贯穿隧道衬砌位于隧道拱顶的部分且插嵌进入地层中，注浆枪滑动于注浆管内，注浆枪用于向注浆管内输出浆液，胶皮套外包于注浆管外侧，注浆管上开设有注浆孔，注浆孔用于向地层内灌注浆液，胶皮套上设置有阻浆挡片，阻浆挡片与注浆孔位置对应，且注浆孔与阻浆挡片之间为连通状态，阻浆挡片用于防止浆液和地下水回流进入注浆管。

通过采用上述技术方案，胶皮套安装在注浆管上后，由于胶皮套上设置有阻浆挡片，浆液可从注浆孔与阻浆挡片之间的连通处流至地层内，由于阻浆挡片覆盖在连通处上，形成防倒吸结构，浆液只有单向流动的通路，避免了浆液及地下水顺着注浆形成的渗流路径发生回流减弱加固效果。

可选的，胶皮套上设置有尖端固定环、尾部压紧环和尾部固定螺栓，尖端固定环环套于胶皮套远离隧道衬砌的部分，尾部压紧环环套于胶皮套靠近隧道衬砌的部分，尾部固定螺栓与尾部压紧环的扣件部分螺纹连接。

通过采用上述技术方案，尖端固定环、尾部压紧环和尾部固定螺栓的设置，使得胶皮套在注浆管上的安装更加稳定。

可选的，注浆管上固定有管尖，管尖位于注浆管远离隧道衬砌的端面，管尖用于注浆管在安装时更好的插嵌进入地层。

可选的，注浆枪包括出浆花管和出浆孔，出浆花管滑动于注浆管内，出浆孔开设于出浆花管的管壁上，出浆花管用于向注浆管内输出浆液。

可选的，注浆枪还包括端部加固环，端部加固环分别位于出浆花管两端，端部加固环内壁开设螺纹，端部加固环分别与出浆花管两端螺纹连接。

通过采用上述技术方案，端部加固环的设置，使得位于注浆管内的出浆花管两端外侧被封闭，出浆花管内的浆液只可在端部加固环之间流动，从而使注浆枪在注浆管内实现分段注浆。

可选的，每个端部加固环上均设置有胶套，胶套环套固定于端部加固环外壁，每个胶套外壁均涂设有润滑层。

通过采用上述技术方案，带有润滑层的胶套，可使注浆枪更易于退出注浆管，减少了端部加固环和注浆管内壁的摩擦。

可选的，注浆枪还包括保护头、加长式枪管和连接头，保护头与出浆花管一端螺纹连接，连接头用于加长式枪管和出浆花管连接或多个加长枪管之间的连接。

通过采用上述技术方案，加长枪管可对注浆枪进行加长，增加了注浆枪对于注浆管内不同径向深度注浆段的适应能力。

可选的，注浆枪上设置有进液管，进液管一端与外界注浆泵连通，另一端可与连接头或加长式枪管远离保护头的一端连通。

通过采用上述技术方案，进液管用于向注浆枪内输入浆液。

可选的，胶皮套为丁基胶材质套。

第二方面，本申请提供一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置的施工工艺，采用如下技术方案：

一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置的施工工艺，包括以下步骤：

S1、在注浆管上安装管尖，并在注浆管上开设注浆孔；

S2、在注浆管上安装并固定胶皮套，并在胶皮套上增设阻浆挡片；

S3、在隧道衬砌依次钻孔；

S4、在隧道衬砌上依次安装注浆管；

S5、组装未加装加长式枪管的注浆枪；

S6、将未加装加长式枪管的注浆枪伸入注浆管内部，并进行第一段注浆施工；

S7、待第一段注浆结硬，抽出注浆枪并清洗；

S8、在注浆枪上加装加长式枪管；

S9、将注浆枪伸入注浆管内部，并进行第二段注浆施工；

S10、重复工序S7-S9，完成隧道拱顶第一次注浆施工；

S11、注浆结束后，逐步减压，抽出注浆枪；

S12、用清水冲洗注浆管中残留的浆液；

S13、根据地表、地下建（构）筑物变形情况及第一次注浆量、注浆压力，判断是否需要对隧道拱顶进行二次注浆；

S14、若需要进行二次注浆，重复工序S5-S12，直至注浆效果满足相关要求；

S15、结束注浆，封堵注浆管。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.胶皮套安装在注浆管上后，由于胶皮套上设置有阻浆挡片，浆液可从注浆孔与阻浆挡片之间的连通处流至地层内，由于阻浆挡片覆盖在连通处上，形成防倒吸结构，浆液只有单向流动的通路，避免了浆液及地下水顺着注浆形成的渗流路径发生回流减弱加固效果；

2.端部加固环的设置，使得位于注浆管内的出浆花管两端外侧被封闭，出浆花管内的浆液只可在端部加固环之间流动，从而使注浆枪在注浆管内实现分段注浆；

3.加长枪管可对注浆枪进行加长，增加了注浆枪对于注浆管内不同径向深度注浆段的适应能力。

附图说明

图1是本申请实施例的结构示意图；

图2是为凸显注浆管的结构示意图；

图3是为凸显胶皮套的结构示意图；

图4是为凸显注浆***构示意图；

图5是为凸显注浆枪未安装加长式枪管的***图。

附图标记说明：1、隧道衬砌；2、注浆管；21、注浆孔；22、管尖；3、胶皮套；31、阻浆挡片；32、尖端固定环；33、尾部压紧环；34、尾部固定螺栓；4、注浆枪；41、出浆花管；411、出浆孔；42、端部加固环；43、胶套；431、润滑层；44、保护头；45、连接头；46、加长式枪管；5、进液管。

具体实施方式

以下结合附图1-5，对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置。

参考图1，一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置包括隧道衬砌1、注浆枪4、进液管5、数排注浆管2和数个胶皮套3，隧道衬砌1位于隧道周身，注浆管2贯穿隧道衬砌1位于隧道拱顶的部分且插嵌进入地层中，注浆管2与隧道衬砌1内部连通，每排注浆管2沿隧道衬砌1位于隧道拱顶处的侧壁弧度长度等距分布。本实施例中，胶皮套3均为丁基胶材质套，胶皮套3与注浆管2一一对应，胶皮套3套设于注浆管2上，且与注浆管2紧密贴合。注浆枪4滑动于所需注浆的注浆管2中，进液管5一端与注浆枪4连通，另一端与外界注浆泵连通。

参考图1和图2，每个注浆管2的外壁上均开设有数个注浆孔21，注浆孔21沿注浆管2的长度走向环向阵列分布，且注浆孔21与注浆管2内部连通，注浆孔21用于向地层内注浆加固隧道。每个注浆管2上均设置有管尖22，管尖22与注浆管2远离隧道衬砌1的端面焊接，管件用于使注浆管2在地层内插嵌得更加稳定。

参考图1和图3，每个胶皮套3上均设置有数个阻浆挡片31，阻浆挡片31与注浆孔21的位置一一对应，且阻浆挡片31由胶皮套3在对应注浆孔21的位置用壁纸刀斜向上切割而成。阻浆挡片31的面积大于注浆孔21面积，阻浆挡片31与注浆孔21之间为连通状态，当注浆管2向地层注浆时，阻浆挡片31和注浆孔21之间能够形成防倒吸机构，使浆液和地下水无法回流。

参考图1和图3，每个胶皮套3上还设置有尖端固定环32、尾部压紧环33和尾部固定螺栓34，尖端固定环32环套固定于胶皮套3上，且位于胶皮套3靠近管尖22的位置。尾部压紧环33为C型扣环。尾部压紧环33环套于胶皮套3上，且位于胶皮套3靠近隧道衬砌1的位置，尾部固定螺栓34螺纹连接于尾部压紧环33的C型扣件上，通过旋拧增强尾部压紧环33对于胶皮套3的固定作用。

参考图4和图5，注浆枪4包括出浆花管41、数个胶套43和数个端部加固环42，本实施例中仅示出2个胶套43和2个端部加固环42作为示意，且出浆花管41的轴线长度为注浆处一段的长度。出浆花管41上开设有数个出浆孔411，出浆孔411均开设于出浆花管41外壁且与出浆花管41内部连通，出浆孔411沿出浆花管41的轴线长度环向阵列分布。端部加固环42位于出浆花管41两端，且端部加固环42内壁均开设螺纹，端部加固环42与出浆花管41两端部分的外壁螺纹连接，端部加固环42用于使位于注浆管2内的出浆花管41固定向注浆管2外输出浆液。每个端部加固环42上均环套固定有胶套43，胶套43上均涂设有润滑层431，本实施例中润滑层431可为润滑油层，胶套43和润滑层431配合用于减少注浆枪4从注浆管2内抽出时的摩擦。

参考图4和图5，注浆枪4还包括保护头44、连接头45和加长式枪管46，保护头44和连接头45分别位于出浆花管41两侧，保护头44上开设有螺纹，保护头44与出浆花管41端面螺纹连接。连接头45上开设有双向螺纹，连接头45一端与出浆花管41远离保护头44的端面螺纹连接且连通，连接头45另一端可直接与进液管5螺纹连接且连通，也可与加长式枪管46螺纹连接且连通，同时连接头45也可用作加长式枪管46和加长式枪管46之间的连接。

本申请实施例还公开一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置的施工工艺。

包括以下步骤：

S1、管尖22与注浆管2通过焊接连接，并用电钻在注浆管2侧壁上打设注浆孔21；

S2、胶皮套3外包于注浆管2外壁，在径向管尖22位置，通过尖端固定环32将胶皮套3固定于管尖22外侧；在注浆管2尾部位置，通过尾部压紧环33和尾部固定螺栓34将胶皮套3固定于注浆管2外侧，并在注浆孔21外侧相应位置切出阻浆挡片31；

S3、在隧道拱顶上的隧道衬砌1钻孔，并使孔径略大于胶皮套3的外径；

S4、将安装好胶皮套3的注浆管2依次安装于隧道衬砌1上钻好的径向钻孔中；

S5、组装未加装加长式枪管46的注浆枪4；

S6、将连接头45连接进液管5，并将未加装加长式枪管46的注浆枪4伸入径向注浆管2内部，在注浆管2靠近隧道衬砌1处实现第一段注浆处的注浆施工；

S7、待第一段注浆浆液凝结硬化后，抽出注浆枪4，拧掉保护头44，使用清水对注浆枪4进行清洗；

S8、在清洗完成后，再次装上保护头44，并在连接头45上连接可加长式枪管46；

S9、将延长的后的注浆枪4伸入注浆管2管径更深处的第二段注浆处中，实现对第二段注浆处的注浆施工；

S10、重复工序S7-S9，完成隧道拱顶的第一次注浆施工；

S11、注浆结束后，逐步减压，抽出注浆枪4；

S12、用清水冲洗注浆管2中残留的浆液；

S13、根据地表、地下建（构）筑物变形情况及第一次注浆量、注浆压力，判断是否需要对隧道拱顶进行二次注浆；

S14、若需要进行二次注浆，重复工序S5-S12，直至注浆效果满足相关要求；

S15、结束注浆，封堵注浆管2。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置，其特征在于：包括隧道衬砌(1)、注浆管(2)、注浆枪(4)和胶皮套(3)，隧道衬砌(1)位于隧道周身处，注浆管(2)贯穿隧道衬砌(1)位于隧道拱顶的部分且插嵌进入地层中，注浆枪(4)滑动于注浆管(2)内，注浆枪(4)用于向注浆管(2)内输出浆液，胶皮套(3)外包于注浆管(2)外侧，注浆管(2)上开设有注浆孔(21)，注浆孔(21)用于向地层内灌注浆液，胶皮套(3)上设置有阻浆挡片(31)，阻浆挡片(31)与注浆孔(21)位置对应，且注浆孔(21)与阻浆挡片(31)之间为连通状态，阻浆挡片(31)用于防止浆液和地下水回流进入注浆管(2)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置，其特征在于：所述胶皮套(3)上设置有尖端固定环(32)、尾部压紧环(33)和尾部固定螺栓(34)，尖端固定环(32)环套于胶皮套(3)远离隧道衬砌(1)的部分，尾部压紧环(33)环套于胶皮套(3)靠近隧道衬砌(1)的部分，尾部固定螺栓(34)与尾部压紧环(33)的扣件部分螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置，其特征在于：所述注浆管(2)上固定有管尖(22)，管尖(22)位于注浆管(2)远离隧道衬砌(1)的端面，管尖(22)用于注浆管(2)在安装时更好的插嵌进入地层。

4.根据权利要求1所述的一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置，其特征在于：所述注浆枪(4)包括出浆花管(41)，出浆花管(41)滑动于注浆管(2)内，出浆花管(41)上开设有出浆孔(411)，出浆孔(411)开设于出浆花管(41)的管壁上，出浆花管(41)用于向注浆管(2)内输出浆液。

5.根据权利要求4所述的一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置，其特征在于：所述注浆枪(4)还包括端部加固环(42)，端部加固环(42)分别位于出浆花管(41)两端，端部加固环(42)内壁开设螺纹，端部加固环(42)分别与出浆花管(41)两端螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置，其特征在于：每个所述端部加固环(42)上均设置有胶套(43)，胶套(43)环套固定于端部加固环(42)外壁，每个胶套(43)外壁均涂设有润滑层(431)。

7.根据权利要求6所述的一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置，其特征在于：所述注浆枪(4)还包括保护头(44)、加长式枪管(46)和连接头(45)，保护头(44)与出浆花管(41)一端螺纹连接，连接头(45)用于加长式枪管（46）和出浆花管（41）连接或多个加长枪管（46）之间的连接。

8.根据权利要求7所述的一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置，其特征在于：所述注浆枪(4)上设置有进液管(5)，进液管(5)一端与外界注浆泵连通，另一端可与连接头(45)或加长式枪管(46)远离保护头(44)的一端连通。

9.根据权利要求1所述的一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置，其特征在于：所述胶皮套(3)为丁基胶材质套。

10.应用权利1-9任一所述一种适用于地下水位以下隧道拱顶前进式注浆装置的施工工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1、在注浆管(2)上安装管尖(22)，并在注浆管(2)上开设注浆孔(21)；

S2、在注浆管(2)上安装并固定胶皮套(3)，并在胶皮套(3)上增设阻浆挡片(31)；

S3、在隧道衬砌(1)上依次钻孔；

S4、在隧道衬砌(1)上依次安装注浆管(2)；

S5、组装未加装加长式枪管(46)的注浆枪(4)；

S6、将未加装加长式枪管(46)的注浆枪(4)伸入注浆管(2)内部，并进行第一段注浆施工；

S7、待第一段注浆结硬，抽出注浆枪(4)并清洗；

S8、在注浆枪(4)上加装加长式枪管(46)；

S9、将注浆枪(4)伸入注浆管(2)内部，并进行第二段注浆施工；

S10、重复工序S7-S9，完成隧道拱顶第一次注浆施工；

S11、注浆结束后，逐步减压，抽出注浆枪(4)；

S12、用清水冲洗注浆管(2)中残留的浆液；

S13、根据地表、地下建（构）筑物变形情况及第一次注浆量、注浆压力，判断是否需要对隧道拱顶进行二次注浆；

S14、若需要进行二次注浆，重复工序S5-S12，直至注浆效果满足相关要求；

S15、结束注浆，封堵注浆管(2)。