季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统及方法，所述除冰注浆止裂系统包括除冰装置、封孔装置、注浆装置和控制装置，其中：所述控制装置包括显示器和电路板；所述除冰装置包括气爆喷粉器、可伸缩探测钢管、可伸缩钢管、无线声波发射器、无线声波接收器、无线设备控制器；所述封孔装置包括平行设置的两个封孔单元，每个封孔单元均包括位于隧道围岩钻孔孔端内的封堵气囊，封堵气囊套装在可伸缩探测钢管的外管上，隧道围岩钻孔孔端外侧设有固定第二注水管的封堵钢板；所述注浆装置包括自动搅拌罐和抽浆自动控制泵。该系统在止裂过程中可避免深部围岩裂缝注浆封堵效果不佳的现象，适用性和安全性更强。

Crack removal system and method for tunnel surrounding rock crack in seasonal freezing area

The present invention discloses a system and method of deicing grouting stop crack in a frozen zone tunnel. The deicing grouting system includes a deicing device, a sealing device, a grouting device, and a control device. The control device includes a display and a circuit board, and the deicing installation includes a gas explosion blower and a telescopic detection. Steel pipe, telescopic steel pipe, wireless acoustic wave transmitter, wireless acoustic wave receiver and wireless device controller. The sealing device includes two sealing units which are arranged in parallel. Each sealing unit includes the sealing air bag located in the hole end of the tunnel surrounding rock, and the airbag is blocked on the outer tube of the telescopic probe steel tube. A sealing steel plate with second water injection pipes is arranged outside the drill hole end of the road surrounding rock, and the grouting device comprises an automatic stirring tank and an automatic pumping control pump. In the process of crack arrest, the system can avoid the poor effect of grouting and plugging in deep surrounding rock cracks, and its applicability and safety are stronger.

【技术实现步骤摘要】
季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统及方法
本专利技术属于隧道工程中围岩裂缝除冰注浆止裂
，涉及一种季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统及方法。
技术介绍
隧道施工过程中的混凝土开裂现象是地下工程中的常见难题，其对施工质量和进度造成了极大的影响。一方面，施工过程中由于混凝土质量不过关以及施工人员的使用方式不恰当致使裂缝出现；另一方面，施工人员在工作中没有留意到混凝土的具体强度等级，致使混凝土在外暴露的时间过长、没有严格按照标准进行配制、浇灌用力过大或者用力不足以及没有进行后期的养护等致使裂缝出现。随着地下工程的发展，国内外产生了许多有关围岩裂缝注浆封堵的理论成果，虽然这些成果对于地下工程围岩裂缝止水具有一定的指导意义，但是理论方法受工程实际复杂因素的影响较大，在一定程度上具有很大的局限性，例如季节性冻土区隧道围岩裂缝冰块富余，则不能运用传统注浆封堵方法进行裂缝止水。因此，围岩裂缝注浆封堵现有技术有待于进一步改进和发展。
技术实现思路
为了解决季冻区隧道围岩裂缝冰块富余而不能进行有效注浆封堵所带来的工程难题，本专利技术提供了一种季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统及方法，该系统在止裂过程中可避免深部围岩裂缝注浆封堵效果不佳的现象，适用性和安全性更强。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统，包括除冰装置、封孔装置、注浆装置和控制装置，其中：所述控制装置包括显示器和电路板，电路板上设有伸缩按钮、除冰按钮、封孔按钮、制浆按钮、注浆按钮、清洗按钮、数据输出端和数据输入端；所述除冰装置包括气爆喷粉器、可伸缩探测钢管、可伸缩钢管、无线声波发射器、无线声波接收器、无线设备控制器，所述可伸缩钢管的两端分别固设有一个可伸缩探测钢管，两端的可伸缩探测钢管相互平行设置，每个可伸缩探测钢管均由内管和外管套装组成，外管的下端设有上方接口和下方接口，上方接口通过第二进气（水）管、第一主管道、第一进气管与高压储气罐相连通，下方接口通过第二注浆管、第二主管道、第一注浆管与自动搅拌罐相连通；所述可伸缩探测钢管的头部安装有气爆喷粉器和两球形喷浆器，气爆喷粉器平行设于两球形喷浆器的中间；所述气爆喷粉器上分别设置有无线声波发射器和无线声波接收器，无线声波发射器和无线声波接收器通过蓝牙连接在无线设备控制器的输入端，无线设备控制器的输出端通过数据线与控制装置的数据输入端相连接；所述封孔装置包括平行设置的两个封孔单元，每个封孔单元均包括位于隧道围岩钻孔孔端内的封堵气囊，封堵气囊套装在可伸缩探测钢管的外管上，封堵气囊上设有第二注水管，封堵气囊依次通过第二注水管、第二进气（水）管、第一主管道、第一注水管与储水罐相连通；封堵气囊内设有压力传感器，压力传感器通过数据线与控制装置的数据输入端相连接；隧道围岩钻孔孔端外侧设有固定第二注水管的封堵钢板，封堵气囊和封堵钢板之间设置有聚氨酯尼龙袋；所述注浆装置包括自动搅拌罐和抽浆自动控制泵，自动搅拌罐的顶部设有进水（料）口，进水（料）口通过第一注水管连接在储水罐上，第一注水管上设置有抽水自动控制泵，抽水自动控制泵通过数据线与控制装置的数据输入端相连接；自动搅拌罐的底部设有出浆口，出浆口通过第一注浆管、第二主管道、第二注浆管与可伸缩探测钢管的下方接口相连通，第一注浆管上设置有抽浆自动控制泵，抽浆自动控制泵通过数据线与控制装置的数据输入端相连接；第二主管道和第一注浆管通过排液管与废液桶相连通，排液管上设置有排液自动控制泵、颗粒浓度检测仪，排液自动控制泵通过数据线与控制装置的数据输入端相连接。上述除冰注浆系统的止裂方法，包括以下步骤：一、围岩松动测试：首先选择合适的孔距并在隧道围岩表面裂缝发育的位置进行钻孔，然后将两可伸缩探测钢管平行置于孔端，按下伸缩按钮，两可伸缩探测钢管平行伸入孔底，伸入过程中通过显示器观察无线声波接收信号的强度变化，如果信号强度未出现跳跃式递增，说明两孔间围岩松动性一般，则不需要在两孔间增设钻孔；如果信号强度出现跳跃式递增，说明两孔间围岩松动性极好，则需要在两孔间增设一钻孔，对孔间围岩裂缝进一步注浆封堵；二、裂缝除冰：按下伸缩按钮，两可伸缩探测钢管由内往外同步平行回缩，通过观察无线声波发射器和无线声波接收器的前置摄像探头录制的裂缝发育视频，进而确定气爆喷粉器的除冰位置，此时，按下除冰按钮，高压储气罐内混有水蒸气的二氧化碳高压气体依次通过第一进气管、第一主管道、第二进气（水）管和可伸缩探测钢管进入气爆喷粉器内，随着气爆喷粉器内气压的升高，高压气体会在有机玻璃片表面产生气爆，此时，气爆孔的外盖自动打开，高压气体瞬间将石灰粉喷入孔缝内，随后高压储气罐停止工作，有机玻璃片重新弹出，气爆孔被石灰粉重新填满，继续上述操作对孔缝其它发育位置进行喷粉；三、封孔：按下封孔按钮，抽水自动控制泵开始工作，储水罐中的水依次通过第一注水管、第一主管道、第二进气（水）管和第二注水管进入封堵气囊内，随着水量的增加，封堵气囊逐渐膨胀，当封堵气囊内的水压到达预设值时，储水罐和抽水自动控制泵停止工作；四、制浆：首先向自动搅拌罐内加入一定量的聚氨酯预聚体和处理后的水玻璃，然后按下制浆按钮，抽水自动控制泵开始工作，储水罐中的水通过第一注水管进入自动搅拌罐内，当自动搅拌罐内的浓度达到浆液浓度传感器的预设值时，储水罐、自动搅拌罐和抽水自动控制泵停止工作；五、注浆：按下注浆按钮，抽浆自动控制泵开始工作，浆液依次通过第一注浆管、第二主管道和第二注浆管进入可伸缩探测钢管，当可伸缩探测钢管内的浆液注满时，抽浆自动控制泵停止工作，高压储气罐内混有水蒸气的二氧化碳高压气体依次通过第一进气管、第一主管道、第二进气（水）管和可伸缩探测钢管进入球形喷浆器内，可伸缩探测钢管内的浆液在高压气体的推动下经球形喷浆器喷入孔缝内，当孔内浆液注满时，高压储气罐停止工作；六、清洗：按下清洗按钮，排液自动控制泵开始工作，剩余浆液依次通过第二注浆管、第二主管道和排液管进入废液桶，当剩余浆液被抽完时，抽水自动控制泵开始工作，储水罐中的水分两路分别对伸缩探测钢管、自动搅拌罐以及中间的连接管道进行清洗，当颗粒检测仪检测不到废液中的颗粒时，废液桶、储水罐、排液自动控制泵和抽水自动控制泵停止工作。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术的可伸缩钢管可根据孔距进行调节，通过控制装置控制裂缝除冰装置和注浆装置，可以同时对两个钻孔内的围岩裂缝进行除冰注浆止裂。2、通过无线声波发射器和无线声波接收器的设置，实现了钻孔间围岩松动圈的测试，使测试速度更快，精度更高，操作更简便。3、通过可伸缩探测钢管的设置，不仅减小了封堵钢板的受力面积，提高了封堵腔体的承压极限，还可以灵活测试不同深度钻孔间围岩的松动情况。4、通过封堵气囊的设置，避免了因孔端围岩凹凸不平造成的漏浆现象以及传统固体封堵中气爆喷粉过程引起孔端封堵块松动开裂的现象，提高了浆液封堵效果。5、通过气爆喷粉器的设置，实现了围岩裂缝冰块的消除，提高了封堵浆液的渗透效果。6、通过水玻璃-聚氨酯浆液的运用，不但降低了成本，而且进一步增强了浆液的固结强度。7、通过控制装置的设置，实现了围岩裂缝除冰注浆止裂系统的自动化，减少了止裂过程中人力物力的消耗。附图说明图1为本专利技术所述围岩裂缝除冰注浆止裂系统的竖直剖面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统，其特征在于所述除冰注浆止裂系统包括除冰装置、封孔装置、注浆装置和控制装置，其中：所述控制装置包括显示器和电路板，电路板上设有伸缩按钮、除冰按钮、封孔按钮、制浆按钮、注浆按钮、清洗按钮、数据输出端和数据输入端；所述除冰装置包括气爆喷粉器、可伸缩探测钢管、可伸缩钢管、无线声波发射器、无线声波接收器、无线设备控制器，所述可伸缩钢管的两端分别固设有一个可伸缩探测钢管，两端的可伸缩探测钢管相互平行设置，每个可伸缩探测钢管均由内管和外管套装组成，外管的下端设有上方接口和下方接口，上方接口通过第二进气（水）管、第一主管道、第一进气管与高压储气罐相连通，下方接口通过第二注浆管、第二主管道、第一注浆管与自动搅拌罐相连通；所述可伸缩探测钢管的头部安装有气爆喷粉器和两球形喷浆器，气爆喷粉器平行设于两球形喷浆器的中间；所述气爆喷粉器上分别设置有无线声波发射器和无线声波接收器，无线声波发射器和无线声波接收器通过蓝牙连接在无线设备控制器的输入端，无线设备控制器的输出端通过数据线与控制装置的数据输入端相连接；所述封孔装置包括平行设置的两个封孔单元，每个封孔单元均包括位于隧道围岩钻孔孔端内的封堵气囊，封堵气囊套装在可伸缩探测钢管的外管上，封堵气囊上设有第二注水管，封堵气囊依次通过第二注水管、第二进气（水）管、第一主管道、第一注水管与储水罐相连通；隧道围岩钻孔孔端外侧设有固定第二注水管的封堵钢板，封堵气囊和封堵钢板之间设置有聚氨酯尼龙袋；所述注浆装置包括自动搅拌罐和抽浆自动控制泵，自动搅拌罐的顶部设有进水（料）口，进水（料）口通过第一注水管连接在储水罐上，第一注水管上设置有抽水自动控制泵，抽水自动控制泵通过数据线与控制装置的数据输入端相连接；自动搅拌罐的底部设有出浆口，出浆口通过第一注浆管、第二主管道、第二注浆管与可伸缩探测钢管的下方接口相连通，第一注浆管上设置有抽浆自动控制泵，抽浆自动控制泵通过数据线与控制装置的数据输入端相连接；第二主管道和第一注浆管通过排液管与废液桶相连通，排液管上设置有排液自动控制泵、颗粒浓度检测仪，排液自动控制泵通过数据线与控制装置的数据输入端相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统，其特征在于所述除冰注浆止裂系统包括除冰装置、封孔装置、注浆装置和控制装置，其中：所述控制装置包括显示器和电路板，电路板上设有伸缩按钮、除冰按钮、封孔按钮、制浆按钮、注浆按钮、清洗按钮、数据输出端和数据输入端；所述除冰装置包括气爆喷粉器、可伸缩探测钢管、可伸缩钢管、无线声波发射器、无线声波接收器、无线设备控制器，所述可伸缩钢管的两端分别固设有一个可伸缩探测钢管，两端的可伸缩探测钢管相互平行设置，每个可伸缩探测钢管均由内管和外管套装组成，外管的下端设有上方接口和下方接口，上方接口通过第二进气（水）管、第一主管道、第一进气管与高压储气罐相连通，下方接口通过第二注浆管、第二主管道、第一注浆管与自动搅拌罐相连通；所述可伸缩探测钢管的头部安装有气爆喷粉器和两球形喷浆器，气爆喷粉器平行设于两球形喷浆器的中间；所述气爆喷粉器上分别设置有无线声波发射器和无线声波接收器，无线声波发射器和无线声波接收器通过蓝牙连接在无线设备控制器的输入端，无线设备控制器的输出端通过数据线与控制装置的数据输入端相连接；所述封孔装置包括平行设置的两个封孔单元，每个封孔单元均包括位于隧道围岩钻孔孔端内的封堵气囊，封堵气囊套装在可伸缩探测钢管的外管上，封堵气囊上设有第二注水管，封堵气囊依次通过第二注水管、第二进气（水）管、第一主管道、第一注水管与储水罐相连通；隧道围岩钻孔孔端外侧设有固定第二注水管的封堵钢板，封堵气囊和封堵钢板之间设置有聚氨酯尼龙袋；所述注浆装置包括自动搅拌罐和抽浆自动控制泵，自动搅拌罐的顶部设有进水（料）口，进水（料）口通过第一注水管连接在储水罐上，第一注水管上设置有抽水自动控制泵，抽水自动控制泵通过数据线与控制装置的数据输入端相连接；自动搅拌罐的底部设有出浆口，出浆口通过第一注浆管、第二主管道、第二注浆管与可伸缩探测钢管的下方接口相连通，第一注浆管上设置有抽浆自动控制泵，抽浆自动控制泵通过数据线与控制装置的数据输入端相连接；第二主管道和第一注浆管通过排液管与废液桶相连通，排液管上设置有排液自动控制泵、颗粒浓度检测仪，排液自动控制泵通过数据线与控制装置的数据输入端相连接。2.根据权利要求1所述的季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统，其特征在于所述气爆喷粉器和球形喷浆器均通过PVC软管与可伸缩探测钢管相连通。3.根据权利要求1所述的季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统，其特征在于所述封堵气囊内设有压力传感器，压力传感器通过数据线与控制装置的数据输入端相连接。4.根据权利要求1所述的季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统，其特征在于所述自动搅拌罐的内部设有浆液浓度传感器和单叶多空搅拌片。5.根据权利要求1所述的季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统，其特征在于所述第一进气管上依次设置有阀门Ⅸ、气压表、阀门Ⅹ，阀门Ⅸ与高压储气罐相连通。6.根据权利要求2所述的季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统，其特征在于所述气爆喷粉器和可伸缩探测钢管之间的PVC软管上设置有阀门Ⅰ，两球形喷浆器和可伸缩探测钢管之间的PVC软管上设置有阀门Ⅲ和阀门Ⅱ。7.根据权利要求1所述的季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统，其特征在于所述第二注水管上设置有阀门Ⅳ，第二进气（水）管上设置有阀门Ⅴ，阀门Ⅴ分别与可伸缩探测钢管的上方接口和第二注水管相连通。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐亮，穆殿瑞，罗军，凌贤长，于源，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23