一種松軟富水圍巖內注漿孔口管封閉固結裝置及方法與流程

本發明涉及隧道、地鐵、礦山、水利水電等地下工程的水害防治技術領域，具體的說，是涉及一種松軟富水圍巖內注漿孔口管封閉固結裝置及方法。

背景技術：

近年來，我國對基礎設施建設的投資力度不斷加大，交通隧道、城市地鐵、引水隧洞等地下工程的建設規模及難度日益提升。地下工程建設經常遭遇含、導水構造發育的松軟富水圍巖，施工中極易誘發突水突泥等重大地質災害，對工程安全構成極大威脅。

注漿法是治理地下工程突水突泥災害的最有效手段之一。

該方法需在注漿工作面(通常為止漿墻)上鉆設一定數量和分布的鉆孔，并由鉆孔向治理地層內注入漿液，以達到封堵涌水和加固圍巖的效果。在止漿墻上開設鉆孔，通常要在孔口端埋設一段具有鉆孔導向和注漿隔壓作用的鋼制孔口管。

在注漿施工中，孔口管的封閉固結是影響鉆孔質量和注漿安全的重要因素。孔口管封閉固結不佳將導致鉆孔偏斜、淺部地層變形嚴重等問題，輕則影響注漿治理效果，重則誘發安全事故。

目前，孔口管封閉固結大多采用管內漿液全充填后返漿固結的常規工藝，具體為：孔口管外端連接注漿接頭，向孔口管內注入速凝類漿液(如水泥—水玻璃雙液漿)，漿液完全充填孔口管內部空間后，將沿孔口管外壁與鉆孔內壁間的空隙向外返漿，待漿液固結后實現孔口管的封閉固結。

該常規工藝對于注漿壓力的控制要求極高，當向孔口管內注漿的壓力較小時，漿液在松散破碎圍巖內擴散范圍小，難以實現對孔口管外與圍巖間隙的全封閉，導致孔口管封閉固結質量差；當注漿壓力較大時，漿液將在淺部地層內運移，導致淺部圍巖及施工平臺變形嚴重，威脅施工安全。

同時，該常規工藝需對孔口管內全部空間進行注漿充填，鉆孔延伸時需先對管內漿液結石體進行掃孔，增大了復鉆工作量，降低了施工效率。

此外，管內全充填的孔口管封閉固結工藝還會造成一定程度的漿液浪費。

綜上所述，有必要設計一種新的注漿裝置，來解決上述問題。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種松軟富水圍巖內注漿孔口管封閉固結裝置。本裝置通過設計全新的結構，依靠注漿內管與孔口外管的協同作用，實現了在低注漿壓力下漿液的快速擴散，提高了孔口管與鉆孔內壁的封閉固結效果，確保了注漿施工安全，同時克服了以往孔口管全充填式注漿封閉固結工藝帶來的掃孔復鉆難題，還避免了漿液浪費。

為了達成上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種松軟富水圍巖內注漿孔口管封閉固結裝置，包括：

孔口外管，孔口外管前端的內部通過螺紋與封堵盤外部連接，封堵盤內部與注漿內管通過螺紋密閉連接；

所述封堵盤的外側與下止漿板固定連接，下止漿板與上止漿板插接連接；

所述上止漿板還與拉繩的一端固定連接，拉繩的另一端位于封堵盤的另一側；

所述孔口外管的后端通過鎖緊機構與注漿內管緊固。

優選的，所述鎖緊機構包括殼體，殼體的外側具有外卡頭，內側具有內卡頭，外卡頭通過孔口外管固定螺栓與孔口外管緊固，內卡頭通過注漿內管固定螺栓與注漿內管緊固。

優選的，所述拉繩的另一端纏繞于注漿內管的管體或凸出與鎖緊機構。

優選的，所述孔口外管固定螺栓上設置有膠墊。

優選的，所述注漿內管固定螺栓上設置有膠墊。

優選的，所述外卡頭為4個。

優選的，所述內卡頭為4個。

優選的，所述拉繩與橡膠球固定連接，橡膠球位于下止漿板與封堵盤之間。

優選的，所述孔口外管為鋼管。

優選的，在提供上述結構方案的同時，本發明還提供了一種利用上述裝置進行注漿加固的方法，主要包括如下步驟：

A、在圍巖上進行鉆孔，然后將孔口外管置于鉆孔中；

B、將注漿內管通過閥門連接注漿泵；

C、開啟注漿泵注漿，直至鉆孔孔口有漿液流出停止；

D、松動注漿內管固定螺栓，然后轉動注漿內管，再拉動拉繩使上下止漿板插接防止漿液從封堵盤回流，最后拉斷拉繩；

E、破除孔內封堵盤并重新鉆進，延深鉆孔，直至設計深度。

本發明中，技術要求如下：

(1)預先定制不同半徑的封堵盤，并在封堵盤邊緣預制好螺紋，方便與不同尺寸的孔口外管連接；并在封堵盤中心預制好螺紋，方便與鋼制注漿管連接。

(2)注漿內管內徑比孔口外管小很多，盡量與進漿口高壓膠管內徑一致，避免內徑由大變小產生壓力，同時漿液可以在管內快速運移。

(3)孔口外管固定螺栓主要對注漿內管起到導向支撐和固定傳力的作用，防止注漿內管因變向移動或注漿壓力較大時，造成注漿內管與封堵盤連接螺紋處脫絲。

(4)拆卸注漿內管與封堵盤時，對封堵盤與孔口外管的連接處會產生向一側的推力作用，因封堵盤前方已完全充填滿漿液并漿液具有一定的壓力，所以不會擰松封堵盤與孔口外管的連接螺紋。

(5)相對于傳統工藝來說，本工藝因無需漿液充填滿孔口外管，漿液在小孔徑的注漿內管內快速運移，封閉固結所需要的操作時間縮短，可以適當加快漿液的凝固時間；并且漿液的充填范圍變小，注漿壓力變小。

(6)封堵盤上預留方便止漿板移動的導向固定槽和拉繩通過的繩孔，并在繩孔前端設置一個橡膠球的球形槽，防止漿液阻擋止漿板移動和回流。

(7)拉繩使用魚絲線，一端綁在在止漿板中心底部，另一端拉緊綁在注漿內管前端；先均速拉動已卸開的孔內注漿管到一定距離帶動止漿板封堵注漿口，然后注漿內管向前移動，并迅速往后移動拉斷拉繩。

本發明的有益效果是：

(1)無需漿液全充填孔口外管，大大降低了注漿量，減小了漿液在孔口外管內的運移空間，實現了在低注漿壓力下漿液的快速擴散，提高了孔口外管與鉆孔內壁的封閉固結效果。

(2)該裝置注漿內管及孔口外管固定螺栓可以重復利用，并且拆除注漿內管后，孔口外管內無凝固的漿液，無需掃孔鉆進，加快了施工進度，降低了工程造價。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明中止漿板的結構示意圖；

圖3是本發明中鎖緊機構的側視圖；

圖4是本發明中鎖緊機構的正視圖；

圖5是本發明的應用狀態圖；

圖6是漿液凝固時的狀態圖；

其中，1.注漿閥門；2.孔口外管；3.注漿內管；4.封堵盤；5.逆時針螺紋；6.止漿板，6-1.下止漿板，6-2、上止漿板；7.拉繩；8.順時針螺紋；9.繩孔；10.橡膠球；11.孔口外管固定螺栓；12.注漿內管固定螺栓；13.混凝土止漿墻；14.圍巖；15.鎖緊機構，15-1.外卡頭，15-2.內卡頭，15-3.膠墊，15-4.殼體。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明進行詳細說明。

實施例：一種松軟富水圍巖內注漿孔口管封閉固結裝置，其結構如圖1-4所示，包括孔口外管2、封堵盤4、注漿內管3、鎖緊機構15、防止漿液回流的止漿板6、緊固止漿板6的拉繩7以及與注漿內管3外端連接的注漿閥門1等。

封堵盤4與注漿內管3通過順時針螺紋8連接，止漿板6包括下止漿板6-1和上止漿板6-2，下止漿板6-1與封堵盤4的外側面固定連接，上止漿板6-2插接于下止漿板6-1上，上止漿板6-2與拉繩7的右端連接，拉繩7的左端穿過位于封堵盤4上的繩孔9后注漿內管3綁扎連接或直接置于孔口外管2內部。

所述鎖緊機構15包括殼體15-4，殼體15-4的外側具有外卡頭15-1，內側具有內卡頭15-2，外卡頭15-1通過孔口外管固定螺栓11與孔口外管2緊固，內卡頭15-2通過注漿內管固定螺栓12與注漿內管3緊固。

孔口外管固定螺栓11和注漿內管固定螺栓12的非螺帽端均具有膠墊15-3。

參考圖5和圖6所示，利用本裝置的注漿方法如下：

A.孔口管封閉固結裝置的組裝：

按照設計要求的深度和孔徑制作好孔口外管2和注漿內管3，孔口外管2前端內置逆時針螺紋5，注漿內管3前端外置順時針螺紋8；

封堵盤4上安裝下止漿板6-1，上止漿板6-2下端系上拉繩7，拉繩7穿上一個具有彈性的橡膠球10，然后穿過封堵盤4上的繩孔，橡膠球10固定在封堵盤4上的前端預留孔內；

注漿內管3與封堵盤4中心孔通過順時針螺紋8順時針旋轉擰緊，拉繩7綁在注漿內管3上；

孔口外管固定螺栓11緊固在孔口外管2外端口上，將上述構件從孔口外管2前端穿過到外端口，利用鎖緊機構15的導向作用，通過順時針旋轉注漿內管3緊固好封堵盤4與孔口外管2；孔口外管固定螺栓11緊固好注漿內管3，整個裝置組裝完成。

B.鉆孔。

下放孔口管封閉固結裝置。按設計要求定好鉆孔的位置，調整鉆機的角度和鉆桿的孔徑按設計要求在混凝土止漿墻13與圍巖14上鉆到設計深度，人工或機械推送孔口管封閉固結裝置到設計深度。

C.注漿操作。

孔口外管2外端連接雙液混合器，啟動注漿泵，向注漿內管3內注入按設計配比混合的速凝類雙液漿，漿液在較短時間內擴散至注漿內管3底部后，將沿孔口管外壁與鉆孔內壁間的空隙向外運移；當觀察到孔口有漿液流出時，停止注漿。

D.孔口外管2封閉固結裝置的拆卸。

卸開雙液注漿器與注漿閥門1之間的連接，擰松孔口固定件12與注漿內管3的固定螺栓，使用管鉗逆時針旋轉卸開注漿內管3與封堵盤4；均速移動注漿內管3較短的距離，通過拉繩7拉動上止漿板6-2到注漿口位置(防止漿液的回流)，然后注漿內管3向前移動，并迅速往后移動拉斷拉繩7；提出注漿內管3，用清水沖洗注漿內管3中的漿液；卸開孔口外管固定螺栓11。

E.復鉆進尺。漿液凝固并達到一定強度后，用鉆頭破除孔內封堵盤4并重新鉆進，延深鉆孔，直至設計深度。整個松軟富水松軟富水圍巖內注漿孔口管封閉固結裝置及操作工藝操作完成。

應用例：

2015年10月-2016年7月，廣西岑溪-水汶高速公路均昌隧道進口段遇到松軟富水的地質異常帶，并出現突水突泥地質災害。在進行前進式帷幕注漿治理時，在常規鉆孔套管封堵注漿時，因為孔徑較大，當注漿壓力較小時，漿液在松散破碎圍巖內擴散范圍小，難以實現對孔口管外與圍巖間隙的全封閉，造成對孔口管封閉固結質量差；當注漿壓力較大時，往往會造成漿液通過地層向施工操作平臺下運移而導致平臺起鼓開裂。后來改用松軟富水圍巖內注漿孔口管封閉固結裝置及配套工藝，減小了孔徑，加快了漿液的運移速度，達到了封閉固結套管的目的，并且減少復鉆量和注漿材料用量。

該裝置及配套工藝在均昌隧道進口左右洞帷幕注漿治理的94個鉆孔孔口管封閉固結中使用，取得了較好效果。保證了兩線第二循環及以后循環的帷幕注漿孔口管封閉固結的質量。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點相一致的最寬的范圍。