專利名稱：隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道充水破碎圍巖的加固方法及裝置，具體為一種隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固方法及裝置。
背景技術(shù)：
在隧道施工過程中，常遇到圍巖破碎情況，對施工及日后投入運(yùn)營都存在一定的安全隱患，必須進(jìn)行加固處理。常用的方法是壓力注漿固結(jié)，一般應(yīng)根據(jù)破碎圍巖的范圍、 松散程度等因素，采用向松散破碎體內(nèi)高壓注入普通水泥漿、超細(xì)水泥漿、HSC漿、TGRM漿等漿液，將破碎的圍巖固結(jié)成整體，提高圍巖的自穩(wěn)能力，壓漿后待圍巖具有一定強(qiáng)度后再進(jìn)行掘進(jìn)，并在襯砌方面采取必要的加強(qiáng)措施。破碎圍巖加固分為無水和有水兩種情況隧道無水圍巖破碎帶，即圍巖雖松散，但孔隙內(nèi)無水，漿液壓入破碎圍巖空隙內(nèi)，效果較理想，基本能夠達(dá)到壓漿加固的目的；然而隧道有水圍巖破碎帶，即圍巖不但松散，同時空隙內(nèi)充水，有非流動承壓水和流動承壓水等情況。非流動充水情況下，水泥漿液被壓入后，配合比、濃度、凝固時間、填充密度等物理特性均發(fā)生一定改變，效果有所降低；當(dāng)?shù)叵滤艿交瘜W(xué)污染時，有可能改變漿液的化學(xué)特性，導(dǎo)致壓漿效果降低；流動充水情況下，除上述物理化學(xué)特性受到影響外，甚至壓入的漿液直接被流動水帶走，失去壓漿意義。為了提高充水條件下的壓力注漿效果，可選用具有快速凝結(jié)特性的特殊漿液進(jìn)行充水破碎圍巖注漿，如水玻璃與水泥混合漿液、HSC漿液、瑪麗散漿液等，特別對流動性充水時，具有實際意義。但特殊漿液價格昂貴、工藝復(fù)雜、需配置專用設(shè)備、施工成本高。同時需反復(fù)多次注漿方可達(dá)到理想效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有隧道充水破碎圍巖加固時效果較差而采用特殊漿液加固存在成本高且工藝復(fù)雜的問題，提供了一種隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固方法及
直ο本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固方法，采用如下步驟a、探明充水破碎圍巖范圍及充水情況后對水平地質(zhì)鉆孔，接著插入耐壓管件并封堵其四周；b、封閉掘進(jìn)工作面形成止?jié){墻；C、向耐壓管件內(nèi)通高壓空氣將破碎圍巖間隙內(nèi)的充水置換排出；d、待空氣壓力維持平衡后，耐壓管件內(nèi)通水泥漿液充填空隙內(nèi)充水置換成空氣的破碎圍巖。作業(yè)時，利用設(shè)計資料和超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)提前探明充水破碎圍巖范圍，鉆孔后利用噴錨技術(shù)形成止?jié){墻，防治漿液從掘進(jìn)面溢出，然后利用高壓空氣的壓力向破碎圍巖內(nèi)各個方向滲透，將空隙內(nèi)的充水向隧道受力區(qū)域以外的蓄水空間或排水通道內(nèi)驅(qū)趕，待空氣壓力維持平衡后，由于壓漿壓力遠(yuǎn)大于高壓空氣的壓力，從而實現(xiàn)快速填充普通水泥砂漿。
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耐壓管件內(nèi)通高壓空氣的同時通入速凝漿液，當(dāng)隧道充水破碎圍巖存在流動充水時，可通過少量速凝漿液將充水破碎圍巖水氣邊界處的大部分間隙封堵，提高充水破碎圍巖的密閉效果，有利用排出充水圍巖內(nèi)的水分，提高了充水破碎圍巖的封堵效果。耐壓管件內(nèi)通高壓空氣的同時送入輕質(zhì)且遇水膨脹的封堵材料，當(dāng)隧道充水破碎圍巖存在流動充水時，如果壓入高壓空氣一段時間后，空氣壓力始終無法穩(wěn)定在一定范圍， 說明大量空氣已上浮至圍巖上端，并與大氣相通，通過輕質(zhì)且遇水膨脹的封堵材料后，隨空氣上浮至圍巖上部的水氣邊界縫隙處膨脹實現(xiàn)封堵，從而將充水破碎圍巖下部的充水向下排出，進(jìn)一步提高了封堵效果。隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固裝置，包括一端伸入鉆孔且外圓柱面設(shè)有螺紋的耐壓管件，耐壓管件的外部設(shè)有控制閥門，并在耐壓管件的外端連接有高壓空氣管道和壓漿管道，高壓空氣管道上設(shè)有進(jìn)料斗、壓力表及空氣控制閥門，壓漿管道上設(shè)有壓漿控制閥門，耐壓管件上套有止水件，止水件是由兩片金屬片和夾在兩金屬片之間的橡膠片組成，止水件的兩側(cè)均設(shè)有擰在耐壓管件上的螺母。作業(yè)時，通過止水件將耐壓管件與鉆孔之間的間隙封堵，然后通過控制閥門控制耐壓管件的啟閉，通過高壓空氣管道及其上的進(jìn)料斗向充水圍巖內(nèi)注入空氣和封堵材料，實現(xiàn)充水破碎圍巖內(nèi)的充水置換和邊界縫隙處封堵，然后關(guān)閉空氣控制閥門并開啟壓漿控制閥門，壓漿管道注入普通水泥砂漿，實現(xiàn)充水破碎圍巖的加固。本發(fā)明克服了現(xiàn)有隧道充水破碎圍巖加固時效果較差而采用特殊漿液加固存在成本高且工藝復(fù)雜的問題，通過向充水破碎圍巖壓入高壓空氣、壓送輕質(zhì)且遇水膨脹的封堵材料、速凝漿液達(dá)到加壓排水且封堵圍巖的空隙水補(bǔ)給通道，將原有的充水破碎帶注漿改為無水破碎帶注漿，具有改善工藝、簡化施工、提高工效及降低成本的綜合效應(yīng)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意及使用狀態(tài)圖。圖中1-耐壓管件，2-控制閥門，3-高壓空氣管道，4-壓漿管道，5-進(jìn)料斗，6_壓力表，7-橡膠片，8-螺母，9-金屬片，10-空氣控制閥門，11-壓漿控制閥門。
具體實施例方式隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固方法，采用如下步驟a、探明充水破碎圍巖范圍及充水情況后對水平地質(zhì)鉆孔，接著插入耐壓管件1并封堵其四周；b、封閉掘進(jìn)工作面形成止?jié){墻；C、向耐壓管件1內(nèi)通高壓空氣將破碎圍巖空隙內(nèi)的充水置換排出；d、 待空氣壓力維持平衡后，耐壓管件1內(nèi)通水泥漿液充填空隙內(nèi)充水置換成空氣的破碎圍巖。耐壓管件1內(nèi)通高壓空氣的同時通入速凝漿液；耐壓管件1內(nèi)通高壓空氣的同時送入輕質(zhì)且遇水膨脹的封堵材料；隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固裝置，包括一端伸入鉆孔且外圓柱面設(shè)有螺紋的耐壓管件1，耐壓管件1的外部設(shè)有控制閥門2，并在耐壓管件1的外端連接有高壓空氣管道3和壓漿管道4，高壓空氣管道3上設(shè)有進(jìn)料斗5、壓力表 6及空氣控制閥門10，壓漿管道4上設(shè)有壓漿控制閥門11，耐壓管件1上套有止水件，止水件是由兩片金屬片9和夾在兩金屬片9之間的橡膠片7組成，止水件的兩側(cè)均設(shè)有擰在耐壓管件1上的螺母8。具體實施過程中，隧道施工掘進(jìn)采用鉆爆法，安裝在洞外的壓縮機(jī)向掘進(jìn)作業(yè)面輸送壓縮空氣作為風(fēng)動設(shè)備的動力源，不需專門增加相應(yīng)設(shè)備；當(dāng)探明充水破碎圍巖位置及范圍后，首先噴錨加固掌子面(即掘進(jìn)工作面)，止?jié){墻封閉掌子面出水通道； 然后根據(jù)需要在充水破碎圍巖范圍內(nèi)鉆孔，并在孔道口安裝隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固裝置，通過控制閥門2阻止水流外泄，同時在耐壓管件1、高壓空氣管道3及壓漿管道4的連接處安裝三通；在壓漿作業(yè)點，布置漿液拌和、儲存、壓漿泵等設(shè)備，用于隨時備置普通水泥漿液和速凝漿液；向加固區(qū)域內(nèi)壓入高壓空氣，由于lkg/ IIf空氣氣壓相當(dāng)于 IOm高靜水壓力，在強(qiáng)大空氣壓力作用下，將破碎圍巖內(nèi)的充水以管口為中心向周圍的空隙及水流通道內(nèi)迅速擴(kuò)散，大部分水體被擠排到計劃壓漿加固范圍之外，暫時將原來的水囊變?yōu)闅饽?；然而由于空氣密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水的密度，將有大量空氣向上運(yùn)動，并通過水體后充滿封閉空間，隨著高壓空氣的不斷壓入，封閉空間內(nèi)的壓力逐步上升，迫使空隙內(nèi)的水向可排泄通道內(nèi)排除，直至空腔內(nèi)水基本排空形成氣囊形式，但前提是能夠維持一定的空氣壓力(由空氣壓力表可直接反應(yīng))；關(guān)閉高壓空氣截止閥，位置空腔為氣囊形式；開啟注漿截止閥向空腔內(nèi)注入高壓普通水泥漿，直至漿液充滿空腔。 如果壓入高壓空氣一段時間后，空氣壓力始終無法穩(wěn)定在一定壓力，說明大量空氣已上浮至水體上方并由通道與大氣接通，無法將水囊置換為氣囊，至少破碎圍巖空腔的下半部分仍處于充水狀態(tài)，則需要先壓入部分水泥一水玻璃速凝漿液，在氣壓的作用下，將速凝漿液推送到空腔的水氣邊界并逐步凝固，快速封堵大部分漏氣通道，使得密閉條件得到逐步改善，為了提高封堵效果，可向管道中壓送大量輕質(zhì)且遇水膨脹的封堵材料(如鋸末)，更有利于向上通道的封堵。通過反復(fù)壓入高壓空氣、壓送輕質(zhì)且遇水膨脹的封堵材料、 壓入速凝漿液，隨著空氣的泄漏通道不斷封閉，使氣壓能夠穩(wěn)定的維持在一定范圍時，再逐步壓入普通水泥漿液填充空腔，起到加固破碎圍巖的作用。待水泥漿液硬化達(dá)到一定強(qiáng)度后，打開排水閥，檢驗破碎圍巖內(nèi)的滲漏水情況，有必要時，可重復(fù)進(jìn)行排水封堵作業(yè)，進(jìn)一步提高注漿加固的密實性。
權(quán)利要求
1.一種隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固方法，其特征在于采用如下步驟 a、探明充水破碎圍巖范圍及充水情況后對水平地質(zhì)鉆孔，接著插入耐壓管件(1)并封堵其四周；b、封閉掘進(jìn)工作面形成止?jié){墻；C、向耐壓管件(1)內(nèi)通高壓空氣將破碎圍巖空隙內(nèi)的充水置換排出；d、待空氣壓力維持平衡后，耐壓管件(1)內(nèi)通水泥漿液充填空隙內(nèi)充水置換成空氣的破碎圍巖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固方法，其特征在于耐壓管件(1)內(nèi)通高壓空氣的同時通入速凝漿液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固方法，其特征在于耐壓管件(1)內(nèi)通高壓空氣的同時送入輕質(zhì)且遇水膨脹的封堵材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固裝置，其特征在于包括一端伸入鉆孔且外圓柱面設(shè)有螺紋的耐壓管件(1)，耐壓管件(1)的外部設(shè)有控制閥門(2)，并在耐壓管件(1)的外端連接有高壓空氣管道(3)和壓漿管道(4)，高壓空氣管道 (3)上設(shè)有進(jìn)料斗(5)、壓力表(6)及空氣控制閥門(10)，壓漿管道(4)上設(shè)有壓漿控制閥門 (11)，耐壓管件(1)上套有止水件，止水件是由兩片金屬片(9)和夾在兩金屬片(9)之間的橡膠片(7)組成，止水件的兩側(cè)均設(shè)有擰在耐壓管件(1)上的螺母(8)。
全文摘要
本發(fā)明具體為一種隧道充水破碎圍巖高壓空氣驅(qū)水注漿加固方法及裝置，解決了現(xiàn)有隧道充水破碎圍巖加固時存在成本高且工藝復(fù)雜的問題。采用如下步驟a、探明充水破碎圍巖范圍及充水情況后對水平地質(zhì)鉆孔，接著插入耐壓管件并封堵其四周；b、封閉掘進(jìn)工作面形成止?jié){墻；c、向耐壓管件內(nèi)通高壓空氣將破碎圍巖空隙內(nèi)的充水置換排出；d、待空氣壓力維持平衡后，耐壓管件內(nèi)通水泥漿液充填空隙內(nèi)充水置換成空氣的破碎圍巖。本發(fā)明通過向充水破碎圍巖壓入高壓空氣、壓送輕質(zhì)且遇水膨脹的封堵材料、速凝漿液達(dá)到加壓排水且封堵圍巖的空隙水補(bǔ)給通道，將原有的充水破碎帶注漿改為無水破碎帶注漿，具有改善工藝、簡化施工、提高工效及降低成本的綜合效應(yīng)。
文檔編號E21D11/10GK102182468SQ201110076630
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者孫修德, 曹會芹, 王 華, 王新民, 袁俊青 申請人:中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司