本发明专利技术具体为一种隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固方法及装置，解决了现有隧道充水破碎围岩加固时存在成本高且工艺复杂的问题。采用如下步骤：a、探明充水破碎围岩范围及充水情况后对水平地质钻孔，接着插入耐压管件并封堵其四周；b、封闭掘进工作面形成止浆墙；c、向耐压管件内通高压空气将破碎围岩空隙内的充水置换排出；d、待空气压力维持平衡后，耐压管件内通水泥浆液充填空隙内充水置换成空气的破碎围岩。本发明专利技术通过向充水破碎围岩压入高压空气、压送轻质且遇水膨胀的封堵材料、速凝浆液达到加压排水且封堵围岩的空隙水补给通道，将原有的充水破碎带注浆改为无水破碎带注浆，具有改善工艺、简化施工、提高工效及降低成本的综合效应。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道充水破碎围岩的加固方法及装置，具体为一种隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固方法及装置。
技术介绍
在隧道施工过程中，常遇到围岩破碎情况，对施工及日后投入运营都存在一定的安全隐患，必须进行加固处理。常用的方法是压力注浆固结，一般应根据破碎围岩的范围、 松散程度等因素，采用向松散破碎体内高压注入普通水泥浆、超细水泥浆、HSC浆、TGRM浆等浆液，将破碎的围岩固结成整体，提高围岩的自稳能力，压浆后待围岩具有一定强度后再进行掘进，并在衬砌方面采取必要的加强措施。破碎围岩加固分为无水和有水两种情况隧道无水围岩破碎带，即围岩虽松散，但孔隙内无水，浆液压入破碎围岩空隙内，效果较理想，基本能够达到压浆加固的目的；然而隧道有水围岩破碎带，即围岩不但松散，同时空隙内充水，有非流动承压水和流动承压水等情况。非流动充水情况下，水泥浆液被压入后，配合比、浓度、凝固时间、填充密度等物理特性均发生一定改变，效果有所降低；当地下水受到化学污染时，有可能改变浆液的化学特性，导致压浆效果降低；流动充水情况下，除上述物理化学特性受到影响外，甚至压入的浆液直接被流动水带走，失去压浆意义。为了提高充水条件下的压力注浆效果，可选用具有快速凝结特性的特殊浆液进行充水破碎围岩注浆，如水玻璃与水泥混合浆液、HSC浆液、玛丽散浆液等，特别对流动性充水时，具有实际意义。但特殊浆液价格昂贵、工艺复杂、需配置专用设备、施工成本高。同时需反复多次注浆方可达到理想效果。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有隧道充水破碎围岩加固时效果较差而采用特殊浆液加固存在成本高且工艺复杂的问题，提供了一种隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固方法及直ο本专利技术是采用如下技术方案实现的隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固方法，采用如下步骤a、探明充水破碎围岩范围及充水情况后对水平地质钻孔，接着插入耐压管件并封堵其四周；b、封闭掘进工作面形成止浆墙；C、向耐压管件内通高压空气将破碎围岩间隙内的充水置换排出；d、待空气压力维持平衡后，耐压管件内通水泥浆液充填空隙内充水置换成空气的破碎围岩。作业时，利用设计资料和超前地质预报技术提前探明充水破碎围岩范围，钻孔后利用喷锚技术形成止浆墙，防治浆液从掘进面溢出，然后利用高压空气的压力向破碎围岩内各个方向渗透，将空隙内的充水向隧道受力区域以外的蓄水空间或排水通道内驱赶，待空气压力维持平衡后，由于压浆压力远大于高压空气的压力，从而实现快速填充普通水泥砂浆。3耐压管件内通高压空气的同时通入速凝浆液，当隧道充水破碎围岩存在流动充水时，可通过少量速凝浆液将充水破碎围岩水气边界处的大部分间隙封堵，提高充水破碎围岩的密闭效果，有利用排出充水围岩内的水分，提高了充水破碎围岩的封堵效果。耐压管件内通高压空气的同时送入轻质且遇水膨胀的封堵材料，当隧道充水破碎围岩存在流动充水时，如果压入高压空气一段时间后，空气压力始终无法稳定在一定范围， 说明大量空气已上浮至围岩上端，并与大气相通，通过轻质且遇水膨胀的封堵材料后，随空气上浮至围岩上部的水气边界缝隙处膨胀实现封堵，从而将充水破碎围岩下部的充水向下排出，进一步提高了封堵效果。隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固装置，包括一端伸入钻孔且外圆柱面设有螺纹的耐压管件，耐压管件的外部设有控制阀门，并在耐压管件的外端连接有高压空气管道和压浆管道，高压空气管道上设有进料斗、压力表及空气控制阀门，压浆管道上设有压浆控制阀门，耐压管件上套有止水件，止水件是由两片金属片和夹在两金属片之间的橡胶片组成，止水件的两侧均设有拧在耐压管件上的螺母。作业时，通过止水件将耐压管件与钻孔之间的间隙封堵，然后通过控制阀门控制耐压管件的启闭，通过高压空气管道及其上的进料斗向充水围岩内注入空气和封堵材料，实现充水破碎围岩内的充水置换和边界缝隙处封堵，然后关闭空气控制阀门并开启压浆控制阀门，压浆管道注入普通水泥砂浆，实现充水破碎围岩的加固。本专利技术克服了现有隧道充水破碎围岩加固时效果较差而采用特殊浆液加固存在成本高且工艺复杂的问题，通过向充水破碎围岩压入高压空气、压送轻质且遇水膨胀的封堵材料、速凝浆液达到加压排水且封堵围岩的空隙水补给通道，将原有的充水破碎带注浆改为无水破碎带注浆，具有改善工艺、简化施工、提高工效及降低成本的综合效应。附图说明图1为本专利技术的结构示意及使用状态图。图中1-耐压管件，2-控制阀门，3-高压空气管道，4-压浆管道，5-进料斗，6_压力表，7-橡胶片，8-螺母，9-金属片，10-空气控制阀门，11-压浆控制阀门。具体实施例方式隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固方法，采用如下步骤a、探明充水破碎围岩范围及充水情况后对水平地质钻孔，接着插入耐压管件1并封堵其四周；b、封闭掘进工作面形成止浆墙；C、向耐压管件1内通高压空气将破碎围岩空隙内的充水置换排出；d、 待空气压力维持平衡后，耐压管件1内通水泥浆液充填空隙内充水置换成空气的破碎围岩。耐压管件1内通高压空气的同时通入速凝浆液；耐压管件1内通高压空气的同时送入轻质且遇水膨胀的封堵材料；隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固装置，包括一端伸入钻孔且外圆柱面设有螺纹的耐压管件1，耐压管件1的外部设有控制阀门2，并在耐压管件1的外端连接有高压空气管道3和压浆管道4，高压空气管道3上设有进料斗5、压力表 6及空气控制阀门10，压浆管道4上设有压浆控制阀门11，耐压管件1上套有止水件，止水件是由两片金属片9和夹在两金属片9之间的橡胶片7组成，止水件的两侧均设有拧在耐压管件1上的螺母8。具体实施过程中，隧道施工掘进采用钻爆法，安装在洞外的压缩机向掘进作业面输送压缩空气作为风动设备的动力源，不需专门增加相应设备；当探明充水破碎围岩位置及范围后，首先喷锚加固掌子面(即掘进工作面)，止浆墙封闭掌子面出水通道； 然后根据需要在充水破碎围岩范围内钻孔，并在孔道口安装隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固装置，通过控制阀门2阻止水流外泄，同时在耐压管件1、高压空气管道3及压浆管道4的连接处安装三通；在压浆作业点，布置浆液拌和、储存、压浆泵等设备，用于随时备置普通水泥浆液和速凝浆液；向加固区域内压入高压空气，由于lkg/ IIf空气气压相当于 IOm高静水压力，在强大空气压力作用下，将破碎围岩内的充水以管口为中心向周围的空隙及水流通道内迅速扩散，大部分水体被挤排到计划压浆加固范围之外，暂时将原来的水囊变为气囊；然而由于空气密度远远低于水的密度，将有大量空气向上运动，并通过水体后充满封闭空间，随着高压空气的不断压入，封闭空间内的压力逐步上升，迫使空隙内的水向可排泄通道内排除，直至空腔内水基本排空形成气囊形式，但前提是能够维持一定的空气压力(由空气压力表可直接反应)；关闭高压空气截止阀，位置空腔为气囊形式；开启注浆截止阀向空腔内注入高压普通水泥浆，直至浆液充满空腔。 如果压入高压空气一段时间后，空气压力始终无法稳定在一定压力，说明大量空气已上浮至水体上方并由通道与大气接通，无法将水囊置换为气囊，至少破碎围岩空腔的下半部分仍处于充水状态，则需要先压入部分水泥一水玻璃速凝浆液，在气压的作用下，将速凝浆液推送到空腔的水气边界并逐步凝固，快速封堵大部分漏气通道，使得密闭条件得到逐步改善，为了提高封堵效果，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固方法，其特征在于：采用如下步骤：ａ、探明充水破碎围岩范围及充水情况后对水平地质钻孔，接着插入耐压管件（１）并封堵其四周；ｂ、封闭掘进工作面形成止浆墙；ｃ、向耐压管件（１）内通高压空气将破碎围岩空隙内的充水置换排出；ｄ、待空气压力维持平衡后，耐压管件（１）内通水泥浆液充填空隙内充水置换成空气的破碎围岩。
【技术特征摘要】
1.一种隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固方法，其特征在于采用如下步骤 a、探明充水破碎围岩范围及充水情况后对水平地质钻孔，接着插入耐压管件(1)并封堵其四周；b、封闭掘进工作面形成止浆墙；C、向耐压管件(1)内通高压空气将破碎围岩空隙内的充水置换排出；d、待空气压力维持平衡后，耐压管件(1)内通水泥浆液充填空隙内充水置换成空气的破碎围岩。2.根据权利要求1所述的隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固方法，其特征在于耐压管件(1)内通高压空气的同时通入速凝浆液。3.根据权利要求1或2所述的隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固方法，其特征在于耐压管件(...
【专利技术属性】
技术研发人员：王新民，孙修德，王华，曹会芹，袁俊青，
申请(专利权)人：中铁十七局集团第三工程有限公司，
类型：发明
国别省市：14
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