基于软弱破碎围岩高压注浆装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于软弱破碎围岩高压注浆装置，包括内管和外管双层结构，所述外管的管壁设置溢浆孔，所述内管设置在外管内部，内管的插入端为前端，内管的后端与注浆机连接，在外管的内壁与内管的外壁之间设置密封塞，所述密封塞能够沿外管移动改变位置。还提供了相应高压注浆方法，采用上述装置进行以下步骤：一、在隧道同一横截面以设定间距布置注浆孔，把外管插入围岩内预设深度，清理管内，封堵后端周围缝隙；二、把内管插入外管内，后端以密封塞封填内外管间隙，内管连接注浆机；三、按照标高由低到高、隔孔进行高压注浆；通过改变密封塞位置，按照注浆孔深度分段由深至浅实施。

【技术实现步骤摘要】
基于软弱破碎围岩高压注浆装置及方法
本专利技术涉及隧道岩石地质加固
，特别涉及一种基于软弱破碎围岩高压注浆装置及方法。
技术介绍
我国地理环境复杂，在公路、铁路或者渠道工程中，往往会遇到需要开挖隧道的情况，有些地区地质为软弱破碎围岩，施工时容易发生塌方事故。为了保证施工安全、防止塌方需要进行围岩加固处理，往往设计采用向围岩内进行注浆的方式来进行加固，为后面的隧道施工工序提供安全保障。但是，高压注浆施工本身对围岩形成一种膨胀力，对于软弱破碎围岩，注浆时由注浆压力产生的膨胀力或者注浆不饱满不充瀛，会打破软弱破碎围岩内部原有的受力平衡，从面可能在高压注浆时就造成垮塌事故，或者注浆效果不佳，围岩仍然处于软弱破碎状态，对施工人员和/或设备的安全构成威胁，因此如何解决软弱破碎围岩高压注浆的施工安全是十分重要的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于软弱破碎围岩高压注浆装置，包括内管和外管双层结构，所述外管的管壁设置溢浆孔，所述内管设置在外管内部，内管的插入端为前端，内管的后端与注浆机连接，在外管的内壁与内管的外壁之间设置密封塞，所述密封塞能够沿外管移动改变位置。可选的，还包括锁定机构，所述锁定机构包括内环套、外环套、多个楔块、多个外环卡和多个内环卡；所述锁定机构插在外管的后端口；所述内环套套在内管外，所述内环套的插入端为端面连接在一起的里、外两层环套，且两层环套对应在周向设有多个卡槽，所述内环卡安装在内环套的里层环套的卡槽内且能够沿环套径向滑动；所述外环卡安装在内环套的外层环套的卡槽内且能够沿环套径向滑动；所述外环卡和内环卡位置相对且相对面为方向相反的斜面；所述外环套套在内环套的后端外侧，所述外环套与内环套采用螺纹连接，所述外环套的前端设置环形的凹槽，所述楔块呈一端较厚另一端较薄的尖形，所述楔块设置在凹槽内且楔块的较厚端与凹槽的槽底接触；所述外环卡和内环卡在内环套的里、外两层中间相对处设有定位块，所述楔块的较薄端插在外环卡和内环卡的相对斜面之间。可选的，所述溢浆孔沿外管长度方向按照预设间距设置，且在管壁同一周面呈梅花布置。可选的，所述密封塞包括挡环、橡胶套管和压环，所述挡环与内管的外壁固定连接，所述压环与内管后端的外壁采用螺纹配合连接，所述橡胶套管套在挡环和压环之间的内管外壁上。可选的，所述密封塞采用气囊套，所述气囊套包括囊体和充气接口，所述囊体套在内管的外壁上，所述充气接口向设置排气针阀，充气接口外露并与充气管道连接。另外，本专利技术还提供了一种基于软弱破碎围岩高压注浆方法，采用上述的基于软弱破碎围岩高压注浆装置，包括以下步骤：S100在隧道同一横截面以设定间距布置注浆孔，把外管插入注浆孔位置的围岩内预设深度，把外管内清理干净，封堵外管的后端周围缝隙；S200把内管插入外管内，在外管的内壁与内管的外壁之间以密封塞密封，内管的后端连接注浆机的出浆口；S300按照标高由低到高、隔孔进行高压注浆；通过改变密封塞位置，在注浆孔中按照注浆孔深度分段由深至浅实施，每完成一段注浆后，把密封塞向外移动一段的长度进行下一段注浆。可选的，在S100步骤中，把外管的前端制作成锥形，采用带冲击锤的风钻将外管打入围岩内，采用掏勾或者高压气体或者高压水清理外管内的砂石。可选的，在S100步骤中，在围岩设置辅助孔，用于排气、排水或者排泥浆。可选的，在外管表面设置压力传感器，注浆时监测围岩受力，以及时调整注浆压力，所述压力传感器连接信号放大电路，所述信号放大电路包括电容器C1、电容器C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、可变电阻R4、放大器U1和三极管Q1；所述电容器C1与可变电阻R4并联，电容器C1的一端与电阻R2的一端连接，电容器C1的另一端接地，电阻R2的另一端分别与放大器U1的正极输入端和压力传感器连接，放大器U1的负极输入端和电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电阻R1的一端和电容器C2的正极连接，电阻R1的另一端和电容器C2的负极都接地，电阻R3的一端分别与电阻R5的一端和电阻R6的一端连接，电阻R5的另一端和电阻R6的另一端分别与电阻R8的一端连接，电阻R8的一端与电阻R9的一端连接，电阻R8的另一端与放大器U1的输出端连接，电阻R7的两端分别连接放大器U1的正极输入端和输出端，放大器U1的输出端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与电阻R9的另一端连接，三极管Q1的集电极输出信号。可选的，在S300步骤中，所述高压注浆时，先采用低压注浆，在注浆时逐渐加压至设定注浆压力，保持3分钟以上至浆液无法注入停止。可选的，在S300步骤中，控制浆液注入量，浆液注入量按下式计算L＝QTnab式中L—浆液注入量，单位m3；Q—注浆面积，单位m2；T—注浆管长，单位m；n—地层孔隙率；a—地层填充系数，一般取0.6；b—浆液消耗系数，一般取1.2-1.3。可选的，隧道开挖与高压注浆交替进行，沿隧道掘进方向，每开挖两个循环钢支撑的长度，按照S100、S200和S300步骤进行一轮高压注浆。本专利技术的基于软弱破碎围岩高压注浆装置及方法，采用双层管式注浆装置，通过调整管间密封塞位置控制按照孔深由深至浅分段注浆；实施时配合控制注浆孔间距、采用隔孔注浆方法，降低同一时间高压注浆给围岩施加的膨胀力大小，防止软弱破碎围岩在高压注浆时发生垮塌，造成安全事故。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术的基于软弱破碎围岩高压注浆装置实施例一示意图；图2为采用了锁定机构的基于软弱破碎围岩高压注浆装置实施例主视图；图3为图2的A-A剖视图；图4为锁定机构的外环套与外环卡连接俯视图；图5为基于软弱破碎围岩高压注浆装置实施例二示意图；图6为基于软弱破碎围岩高压注浆装置实施例三示意图；图7为本专利技术的基于软弱破碎围岩高压注浆方法实施例一流程示意图；图8为基于软弱破碎围岩高压注浆方法实施例二流程示意图；图9为信号放大电路实施例示意图。图中：1-内管，2-外管，3-溢浆孔，4-密封塞，5-注浆机，6-囊体，7-充气接口，8-排气针阀，9-挡环，10-橡胶套管，11-压环，12-内环套，13-外环套，14-楔块，15-外环卡，16-内环卡，17-定位块，18-凹槽。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于软弱破碎围岩高压注浆装置，其特征在于，包括内管和外管双层结构，所述外管的管壁设置溢浆孔，所述内管设置在外管内部，内管的插入端为前端，内管的后端与注浆机连接，在外管的内壁与内管的外壁之间设置密封塞，所述密封塞能够沿外管移动改变位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于软弱破碎围岩高压注浆装置，其特征在于，包括内管和外管双层结构，所述外管的管壁设置溢浆孔，所述内管设置在外管内部，内管的插入端为前端，内管的后端与注浆机连接，在外管的内壁与内管的外壁之间设置密封塞，所述密封塞能够沿外管移动改变位置。


2.根据权利要求1所述的基于软弱破碎围岩高压注浆装置，其特征在于，还包括锁定机构，所述锁定机构包括内环套、外环套、多个楔块、多个外环卡和多个内环卡；所述锁定机构插在外管的后端口；
所述内环套套在内管外，所述内环套的插入端为端面连接在一起的里、外两层环套，且两层环套对应在周向设有多个卡槽，所述内环卡安装在内环套的里层环套的卡槽内且能够沿环套径向滑动；所述外环卡安装在内环套的外层环套的卡槽内且能够沿环套径向滑动；所述外环卡和内环卡位置相对且相对面为方向相反的斜面；
所述外环套套在内环套的后端外侧，所述外环套与内环套采用螺纹连接，所述外环套的前端设置环形的凹槽，
所述楔块呈一端较厚另一端较薄的尖形，所述楔块设置在凹槽内且楔块的较厚端与凹槽的槽底接触；
所述外环卡和内环卡在内环套的里、外两层中间相对处设有定位块，所述楔块的较薄端插在外环卡和内环卡的相对斜面之间。


3.根据权利要求1所述的基于软弱破碎围岩高压注浆装置，其特征在于，所述密封塞包括挡环、橡胶套管和压环，所述挡环与内管的外壁固定连接，所述压环与内管后端的外壁采用螺纹配合连接，所述橡胶套管套在挡环和压环之间的内管外壁上。


4.根据权利要求1所述的基于软弱破碎围岩高压注浆装置，其特征在于，所述密封塞采用气囊套，所述气囊套包括囊体和充气接口，所述囊体套在内管的外壁上，所述充气接口向设置排气针阀，充气接口外露并与充气管道连接。


5.一种基于软弱破碎围岩高压注浆方法，其特征在于，采用权利要求1所述的基于软弱破碎围岩高压注浆装置，包括以下步骤：
S100在隧道同一横截面以设定间距布置注浆孔，把外管插入注浆孔位置的围岩内预设深度，把外管内清理干净，封堵外管的后端周围缝隙；
S200把内管插入外管内，在外管的内壁与内管的外壁之间以密封塞密封，内管的后端连接注浆机的出浆口；
S300按照标高由低到高、隔孔进行高压注浆；通过改变密封塞位置，在注浆孔中按照注浆孔深度分段由深至浅实施，每完成一段注浆后，把密封塞向外移动一段的长度进行下一段注浆。

【专利技术属性】
技术研发人员：林晓，高军，陈志明，陈拥军，王伟，杨文龙，谭发刚，黎建华，徐凡献，曹振兴，马建忠，杨立云，贾超，蔡荣喜，王东旭，王仁明，汤宇，
申请(专利权)人：高军，
类型：发明
国别省市：北京;11