一种嵌套型钢花管注浆装置及注浆方法与流程

1.本发明涉及隧道工程注浆加固技术领域，具体涉及一种嵌套型钢花管注浆装置及注浆方法。


背景技术：

2.软岩大变形问题一直是困扰隧道工程的难题，往往会导致隧道初支、仰拱和二次衬砌等变形开裂，严重影响施工安全和线路运营。针对隧道仰拱下方围岩承载力不足而导致仰拱开裂等问题，注浆作为一种经济有效的加固方法，在隧道工程领域得到了广泛的应用，可通过钻孔后将钢花管打入软弱岩土地层进行注浆，来加固软岩控制变形，以提升基底承载力。采用分段的方式来分别进行不同深度围岩的注浆加固，可使得浆液充分扩散，提高仰拱基底围岩的加固效果。
3.目前关于现场的仰拱基底围岩分段注浆加固方案，采用的基本都是普通中空钢花管，即注浆是分批次进行的，先钻短孔安放短钢花管进行注浆，完成后按照设计孔位再次钻长孔安放长钢花管进行注浆。普通中空钢花管虽成本低廉、制作简便，可大规模开展使用，但注浆全过程持续时间较长，影响隧道内施工车辆通行，且多次钻孔对仰拱和围岩的扰动破坏较大。部分施工中采用袖阀管注浆，该方法操作复杂，注浆过程中需要工作人员手动上提注浆芯管，且暂停注浆时，极易造成堵塞而影响后续注浆。目前关于分段注浆装置的发明较少，且在实际应用中存在着明显的缺陷。例如：中国实用新型专利(公开号cn 201753606 u)提出的由粗细两根同心管构成的深浅孔两用注浆管装置，该装置外部整体粗细不一致，当下部细管过长时，安装注浆管过程中易造成倾斜，且侧向的接头3a会妨碍封孔工作，导致注浆时出现封孔冒浆等问题，更为重要的是，下部细管与围岩之间存在较大空隙，难以达到劈裂注浆的效果。再如：中国发明专利(公开号cn 104805842 a)提出的的一种钢花管分段注浆系统及其施工方法，该方法对施工人员的操作和时间把控性要求较高，一旦浆液凝固，后续注浆便无法开展，而且注浆作业时需要配备智能灌浆数据记录仪，过程复杂，难以在隧道恶劣的施工环境下大规模开展。又如：中国发明专利(公开号cn 110644469 a)提出的一种钢花管注浆的分段注浆装置及注浆方法，该装置和方法与上一种方法类似，操作过程复杂，需要频繁拆卸，难以大规模使用，且单孔只能进行一次固定长度的注浆。
4.鉴于现存的注浆装置及注浆方法存在上述缺陷，现场操作复杂难以大规模开展使用。因此，开发出可以同时满足不同深度注浆孔的注浆要求、具有普适性、制作工艺简单的注浆装置及方法显得尤为重要。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供了一种可靠有效、结构简单、经济实用的一种嵌套型钢花管注浆装置及注浆方法。
6.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
7.一种嵌套型钢花管注浆装置，包括外部长钢花管和设置在所述长钢花管内的多层
嵌套的内部嵌套短钢花管，所述内部嵌套短钢花管其开口端依次向所述外部长钢花管内缩进，另一端分别与所述外部长钢花管封闭连接，所述圆环形薄钢板片连接在所述内部嵌套短钢花管和外部长钢花管之间，所述外部长钢花管的管壁沿长度方向均匀设置多个喷浆孔，内部嵌套短钢花管其开口端分别设有橡胶堵头，所述外部长钢花管和多层所述内部嵌套短钢花管分别设有对应的长钢花管注浆活动接头和短钢花管注浆活动接头。
8.进一步地，所述的内部嵌套短钢花管嵌套在外部长钢花管的内部，内部嵌套短钢花管和外部长钢花管的连接处采用圆环形薄钢板片焊接连接。
9.进一步地，所述长钢花管注浆活动接头的两端直径相同，两端分别设有第一螺纹和第二螺纹，所述第一螺纹用与连接浆液输送管螺纹，第二螺纹用与连接外部长钢花管的端部螺纹。
10.进一步地，所述短钢花管活动接头一端直径与浆液输送管直径相同，另一端与连接的内部嵌套短钢花管直径相同，与浆液输送管相连的一端设有第一螺纹，与内部嵌套短钢花管端部螺纹相连的一端设有第三螺纹。
11.本发明还提供了一种嵌套型钢花管注浆装置的注浆方法，包括如下步骤：
12.步骤s1.在仰拱注浆加固段按照设计孔位深度和距离进行钻孔，钻孔完毕后安放嵌套型钢花管注浆装置并进行封孔，保证注浆时孔口不漏浆；
13.步骤s2.浅层围岩注浆加固时，采用橡胶堵头塞住多层内部嵌套短钢花管，用长钢花管注浆活动接头连接外部长钢花管和浆液输送管；
14.步骤s3.较深层和深层围岩注浆加固时，逐层取掉橡胶堵头，保留其下一层内所有内部嵌套短钢花管的橡胶堵头，用对应的注浆活动接头连接内部嵌套短钢花管和浆液输送管；
15.步骤s4.重复上述步骤s3，直至所有内部嵌套短钢花管注浆完毕。
16.采用上述发明装置及方法所产生的有益效果在于：
17.(1)本发明提供的注浆装置及方法在原普通注浆管内嵌套了多个短钢花管，并配备了对应的注浆活动接头，注浆时仍可采用原浆液输送设备，制作工艺简单，成本低廉，具有普适性。
18.(2)本发明装置外部整体粗细保持一致，根据需要，可以在钢花管内部嵌套多层不同长度的短钢花管，实现不同深度的分次注浆。
19.(3)采用本发明提供的注浆装置及方法，分段注浆时无需进行多次钻孔作业，能够避免多次钻孔注浆长时间占道从而影响隧道内施工运输，可节约施工工期。
20.(4)采用本发明提供的注浆装置及方法，钻孔一次安放钢花管即可满足不同深度围岩的注浆要求，不仅节约了施工成本，还降低了对仰拱和围岩的扰动破坏，且能够精确的控制不同深度围岩的注浆时间间隔。
附图说明
21.图1为本发明实例提供的钢花管注浆装置示意图；
22.图2为本发明装置对应图1的内部嵌套短钢花管a及连接示意图；
23.图3为本发明装置对应图1的内部嵌套短钢花管b及连接示意图；
24.图4为本发明装置浅层围岩注浆示意图；
25.图5为本发明装置对应图4的浅层围岩注浆活动接头示意图；
26.图6为本发明装置较深层围岩注浆示意图；
27.图7为本发明装置对应图6的较深层围岩注浆活动接头示意图；
28.图8为本发明装置深层围岩注浆示意图；
29.图9为本发明装置对应图8的深层围岩注浆活动接头示意图；
30.图中，1、橡胶堵头(a)；2、橡胶堵头(b)；3、外部长钢花管；4、内部嵌套短钢花管(a)；5、圆环形薄钢板片(a)；6、内部嵌套短钢花管(b)；7、圆环形薄钢板片(b)；8、喷浆孔；9、螺纹(h)；10、螺纹(i)；11、螺纹(j)；12、注浆活动接头(x)；13、浆液；14、混凝土层；15、围岩；16、螺纹(k)；17、螺纹(l)；18、注浆活动接头(y)；19、螺纹(m)；20注浆活动接头(z)；21、螺纹(n)。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例，并结合附图，对本发明作进一步具体的说明。
32.实施例：
33.参见图1所示，本发明装置用于隧道仰拱不同深度围岩注浆加固，包括外部长钢花管3，设置在长钢花管3内的两层嵌套的内部嵌套短钢花管(a)4和内部嵌套短钢花管(b)6，其中内部嵌套短钢花管(a)4和内部嵌套短钢花管(b)6向外部长钢花管3内缩进，另一端分别通过圆环形薄钢板片(a)5和圆环形薄钢板片(b)7与外部长钢花管3封闭连接，内部嵌套短钢花管(a)4和内部嵌套短钢花管(b)6的开口端分别设有橡胶堵头(a)1和橡胶堵头(b)2。
34.进一步优选的实施例中，参见图1所示，喷浆孔8根据设计要求分布在外部长钢花管3的管体上。
35.进一步优选的实施例中，参见图1-图3所示，内部嵌套短钢花管(a)4和外部长钢花管3的连接处采用圆环形薄钢板片(a)5焊接，且连接处是封闭的；内部嵌套短钢花管(b)6和外部长钢花管3的连接处采用圆环形薄钢板片(b)7焊接，且连接处是封闭的。
36.进一步优选的实施例中，参见图4-图5所示，外部长钢花管3的端部设有螺纹(h)9，长钢花管注浆活动接头为注浆活动接头x(12)，其两端分别设有第一螺纹和第二螺纹，其中第一螺纹为螺纹(k)16，第二螺纹为螺纹(l)17，螺纹(k)16用与连接浆液输送管螺纹，螺纹(l)17用与连接外部长钢花管的端部螺纹(h)9。
37.进一步优选的实施例中，参见图6-图7所示，内部嵌套短钢花管(a)4的端部螺纹为螺纹(i)10，短钢花管注浆活动接头包括注浆活动接头(y)18和注浆活动接头(z)20，注浆活动接头(y)18两端分别设有螺纹(k)16和螺纹(m)19，螺纹(k)16用与连接浆液输送管螺纹，螺纹m(19)用与连接螺纹i(10)。
38.进一步地，参见图8-图9所示，内部嵌套短钢花管(b)6的端部设有螺纹(j)11，注浆活动接头(z)20的两端分别设有螺纹(k)16和螺纹(n)21，螺纹(k)16用与连接浆液输送管螺纹，螺纹(n)21用与连接螺纹(j)11。在上述实施例中，第三螺纹包括螺纹(m)19和螺纹(n)21。
39.本实施例还提供一种嵌套型钢花管注浆装置的注浆方法，包括如下步骤：
40.步骤s1.在仰拱注浆加固段按照设计孔位深度和距离进行钻孔，钻孔完毕后安放
图1所示的嵌套型钢花管注浆装置并进行封孔，保证注浆时孔口不漏浆。本实施例中，上述封孔为将注浆管与钻孔之间的缝隙进行封堵。
41.步骤s2.参见图4-图5所示，首先进行浅层围岩注浆加固，安放橡胶堵头(b)2塞住内部嵌套短钢花管(b)6，安放橡胶堵头(a)1塞住内部嵌套短钢花管(a)4，并安装注浆活动接头(x)12连接外部长钢花管3和浆液输送管，随后进行注浆，浆液13进入内部嵌套短钢花管(a)4的外侧并通过喷浆孔8扩散到浅层围岩中。
42.步骤s3.进一步地，参见图6-图7所示，浅层围岩注浆完毕后，及时取掉注浆活动接头x(12)和橡胶堵头(a)1，并安装注浆活动接头(y)18连接内部嵌套短钢花管(a)4和浆液输送管，等待达到浅层围岩注浆设计时间间隔后，即可进行较深层围岩注浆，浆液13进入内部嵌套短钢花管(b)6的外侧并通过喷浆孔8扩散到较深层围岩中。
43.步骤s4.进一步地，参见图8-图9所示，较深层围岩注浆完毕后，及时取掉注浆活动接头(y)18和橡胶堵头(b)2，并安装注浆活动接头(z)20连接内部嵌套短钢花管(b)6和浆液输送管，待达到较深层围岩注浆设计时间间隔后，即可进行深层围岩注浆，浆液13进入内部嵌套短钢花管(b)6内并通过喷浆孔8扩散到深层围岩中。
44.在上述实施例中内部嵌套短钢花管的数量取决于外部长钢花管的直径及注浆加固深度，若注浆加固深度较深且外部长钢花管直径较大，则可以继续在钢花管内部嵌套短钢花管c、d......，重复上述步骤s3，直至所有内部嵌套短钢花管注浆完毕。
45.分段加固浅层、较深层、深层围岩时，与现场多次钻孔注浆相比，利用本发明所提供的注浆装置无需进行多次钻孔作业，能够避免多次钻孔注浆长时间占道影响隧道内施工运输；同时，钻孔一次安放钢花管即可满足不同深度围岩的注浆要求，不仅节约了施工成本和时间，还降低了对仰拱和围岩的扰动破坏；且浅层围岩注浆完毕后可随时进行后续注浆，便于精确的控制注浆时间间隔。操作简便，施工周期短，经济效益高。
46.以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为其中的一种实施例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明范围内所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
47.最后应说明的是：以上仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照具体实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明具体实施方式技术方案的精神与范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。