一种岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工工艺及设备制造技术

本发明专利技术公开了一种岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工工艺及设备，即分为先序、后序2个次序，后序孔在先序孔中间布置，并在先序孔的基础上加深孔深。先序孔主要起到降低浅层地层渗透率的作用，而后序孔又较先序孔进一步加深了孔深。这样，逐序加深法既达到了类似于分段注浆的效果，实现了溶洞顶板附近土层的重点加固，又如同通长注浆那般便捷，无需埋设孔口管或是花管，更无需反复钻进，工作量大为减少，工期大为缩短。

【技术实现步骤摘要】
一种岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工工艺及设备
本专利技术涉及注浆工艺
，特别是涉及一种岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工工艺及设备。
技术介绍
前期已通过物探及地质钻孔探明，某高速K11+680～K11+740段，一方面溶洞埋深较大，上覆土层厚度范围18m～22m，另一方面，溶洞顶板又普遍较薄，厚度范围0.4m～0.5m。这一类型的溶洞是否需要处治，以及该如何选取处治措施，存在诸多争议。一方面，深埋溶洞受附加应力的影响很小，因此超过一定埋深的溶洞可以不作处治。另一方面，薄顶溶洞承载能力十分有限，尤其是风化较为严重的溶洞顶板，即使在不大的荷载作用下，仍有可能发生破坏。正是这一方面的矛盾，导致这一类型的溶洞在处治措施的选取上存在颇多争议。为解决这一矛盾，进行了大量原位试验，多方面考察溶洞顶板承载能力，以便制定相应的处治措施。以K11+727为例，其溶洞顶板上的重型动力触探实测击数大于10击/1cm，且频频反弹，表明其承载能力至少在1.0Mpa以上。在数值分析结果与原位试验结果存在差异的状况下，显然原位试验更具可靠性。试注浆过程中，溶洞顶板上的压力更是达到了0.6Mpa(0.3Mpa的注浆压力叠加0.3Mpa的浆液静止压力，相当于6个大气压)，而在这样的高压状况下也未曾出现损坏。据此提出，K11+680～K11+740段溶洞虽然顶板较薄，但承载能力并不薄弱，暂时无需加固。然而，应当注意的是，溶洞无需加固绝不意味着覆盖层同样无需加固，特别是深埋薄顶溶洞，上覆土层尤其软弱，覆盖层塌陷的可能性依然存在。一方面，深埋意味着富含承压地下水，在地下水的浸泡下，基岩面(溶洞顶板)附近土层将呈可塑甚至软塑状态，一经扰动即可引发变形。另一方面，薄顶意味着可能存在开口岩溶形态，覆盖土层很有可能在这一位置逐渐侵蚀塌陷。以K11+727为例，初见水位5.8m，稳定水位10.4m，自14.4m至基岩面(20m)分布泥炭土，自18m开始向下由可塑状态转变为软塑状态，性状极为软弱。经由标准贯入试验验证，越靠近基岩面击数越少，承载能力逐渐变差，详见表1。表1标准贯入试验基于以上考虑，决定向溶洞上覆土层中注浆，主要有3个目的，一是排出水分，将溶洞顶板附近土层由软塑状态提高为可塑至硬塑状态，从而提高抗冲刷侵蚀能力；二是提高防渗水能力，从而减缓地下水位变化速度；三是通过形成浆脉网来挤密邻近土体，从而提高土体模量、减小泊松比，改善溶洞顶板受力状况。从地质钻孔揭示的情况来看，K11+680～K11+740段地质情况较为复杂，下伏砂砾层及粘土层间互成层，有些钻孔甚至还发现有半米厚的卵石层。经压水试验发现，11米附近的粉细砂层、17米附近的卵石层透水率极好。随后在通长注浆的过程中发现，普遍都有压力回落、地层贯通、邻孔串浆等问题发生，必须采用分段注浆的方式才能解决这些问题，重点加固溶洞顶板附近土层。目前只有两种成本较高的工艺可以实现分段注浆，一是袖阀管注浆，二是孔口管注浆。袖阀管注浆方法是在钻孔内，预先安置特制带有孔眼的注浆管，称为花管。在花管与孔壁间填入被称为填料的浆液，并在花管内用双栓塞式注浆塞分段进行注浆。但在注浆后，花管难于拔出重复使用，管材耗费较多，成本较为昂贵。其中，填料浇注的好坏对注浆成功与否有很大影响，要求既能在一定的压力下，压开填料进行横向注浆，又能在高压注浆时，阻止浆液沿孔壁或管壁流出地表，对施工队素质要求很高。孔口管注浆方法是把止浆塞设置在孔口，自上而下分段钻进，逐段注浆并不待凝的一种分段注浆方法。其缺点是在自上而下分段注浆的过程中需要多次复钻和复注，与通长注浆所需的工作量相比，孔口管注浆的工作量翻了数番。此外，孔口管注浆不仅需要消耗大量孔口管，而且在复钻的过程中又造成许多水泥浆不必要的浪费。总的来说，现有技术，不论是袖阀管注浆还是孔口管注浆，都存在颇多缺点，其中，袖阀管注浆工艺繁杂，封口复杂，对施工队素质要求过高；孔口管注浆则消耗大量管材，还需要多次成孔，尤其不便于大面积推广使用。考虑到现有技术的诸多缺陷，提出新的注浆技术，缩短工期，提高效率，十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工工艺及设备，以克服现有技术中存在的不足。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工设备，包括进浆管、回浆管、花管、压力表及封孔装置；所述进浆管、回浆管、花管分别安装有进浆阀门、回浆阀门和花管阀门；所述花管底部开有花孔，花孔外侧应事先缠绕好胶带；所述胶带能够在钻孔内安放花管的过程中保持完整而不被钻渣刺破；所述花管上部外露长度0.5～1.5m；花管的顶部外露部分连接进浆管和回浆管；封孔装置设置于钻孔孔口处。本专利技术进一步的改进在于：所述封孔装置由织物、垫土分层捣实而成；所述织物、垫土具备一定孔隙，能够成为排气通道，止浆而不止气。本专利技术进一步的改进在于：所述压力表最低精度可以达到0.01MPa，最大量程可以达到2Mpa。本专利技术进一步的改进在于：封孔装置的封孔深度深入级配碎石基层13以下0.2m。使用岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工设备进行逐序加深注浆施工的施工工艺，包括先序孔施工工艺：1)布孔在布孔设计图中布置先序孔(16)，先序孔(16)布孔间距不小于3.0m～4.0m；2)钻孔按布孔设计图中先序孔的孔位，在岩溶地区溶洞上覆土层现场测放钻孔孔位；钻孔孔位偏差不超过50cm，垂直度偏差不大于1％；施钻时将钻杆对准所标孔位，钻孔孔径不小于110mm；3)安装所述的岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工设备钻孔完毕，检查钻孔深度，在确认没有塌孔的情况下再安放花管；花管底部开有花孔，花孔外侧应事先缠绕好胶带，以免在安放的过程中被钻渣阻塞；而在注入浆液的过程中，胶带将在浆液的作用下脱落，使花孔贯通；花管安放好后，在花管上部周围分层捣实织物、垫土，从而实现止浆封孔；4)注浆进浆管、回浆管、花管全部安装完毕后，关闭回浆阀门，并依次打开花管阀门、进浆阀门，开始注浆；注浆过程中时刻注意注浆压力，若超过0.35MPa，及时打开回浆阀门卸载至0.25MPa以内；5)终注若安装流量计，采用如下两种终注条件之一：a、先序孔终注压力达到0.2～0.25MPa，进浆量不大于40L/min，维持30min；b、单孔注浆量达到3m3，且进浆量不大于40L/min时；如果没有安装流量计，采用如下终注条件：连续3次注浆压力超过0.4MPa再打开回浆阀门卸载至0.25MPa后，95％以上的水泥浆都通过回浆阀门(6)回浆，只余下不到5％的水泥浆继续流经花管阀门(7)进浆，视为满足终注条件。本专利技术进一步的改进在于：注浆完成后立即拔出花管，以防浆液在花管中凝固；拔出花管后留下的孔洞，及时用水泥浆或者C15混凝土封孔。本专利技术进一步的改进在于：还包括后序孔施工工艺：后序孔施工工艺与先序孔施工工艺的步骤1)至5)基本相同，不同之处在于：步骤1)中后序孔在先序孔中间布置，，且较先序孔(16)进一步加深孔深1.0～2.0m以接近溶洞顶板；步骤4)中注浆过程中应时刻注意注浆压力，若超过0.4MPa，及时打开回浆阀门卸载至0.3MPa以内；步骤5)中若安装流量计，采用如下两种终注条件之一：a、后序孔1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工设备，其特征在于，包括进浆管(1)、回浆管(2)、花管(3)、压力表(4)及封孔装置；所述进浆管(1)、回浆管(2)、花管(3)分别安装有进浆阀门(5)、回浆阀门(6)和花管阀门(7)；所述花管(3)底部开有花孔(10)，花孔(10)外侧应事先缠绕好胶带(11)；所述胶带(11)能够在钻孔(15)内安放花管(3)的过程中保持完整而不被钻渣刺破；所述花管(3)上部外露长度0.5～1.5m；花管(3)的顶部外露部分连接进浆管(1)和回浆管(2)；封孔装置设置于钻孔(15)孔口处。

【技术特征摘要】
1.使用一种岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工设备进行逐序加深注浆施工的施工工艺，其特征在于，所述一种岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工设备，包括进浆管(1)、回浆管(2)、花管(3)、压力表(4)及封孔装置；所述进浆管(1)、回浆管(2)、花管(3)分别安装有进浆阀门(5)、回浆阀门(6)和花管阀门(7)；压力表(4)安装于进浆管(1)上；所述花管(3)底部开有花孔(10)，花孔(10)外侧应事先缠绕好胶带(11)；所述胶带(11)能够在钻孔(15)内安放花管(3)的过程中保持完整而不被钻渣刺破；所述花管(3)上部外露长度0.5～1.5m；花管(3)的顶部外露部分连接进浆管(1)和回浆管(2)；封孔装置设置于钻孔(15)孔口处；施工工艺包括先序孔施工工艺：1)布孔在布孔设计图中布置先序孔(16)，先序孔(16)布孔间距不小于3.0m～4.0m；2)钻孔按布孔设计图中先序孔(16)的孔位，在岩溶地区溶洞上覆土层现场测放钻孔(15)孔位；钻孔(15)孔位偏差不超过50cm，垂直度偏差不大于1％；施钻时将钻杆对准所标孔位，钻孔(15)孔径不小于110mm；3)安装所述的岩溶地区溶洞上覆土层逐序加深注浆施工设备钻孔完毕，检查钻孔(15)深度，在确认没有塌孔的情况下再安放花管(3)；花管(3)底部开有花孔(10)，花孔(10)外侧应事先缠绕好胶带(11)，以免在安放的过程中被钻渣阻塞；而在注入浆液的过程中，胶带(11)将在浆液的作用下脱落，使花孔(10)贯通；花管(3)安放好后，在花管(3)上部周围分层捣实织物(8)、垫土(9)，从而实现止浆封孔；4)注浆进浆管(1)、回浆管(2)、花管(3)全部安装完毕后，关闭回浆阀门(6)，并依次打开花管阀门(7)、进浆阀门(5)，开始注浆；注浆过程中时刻注意注浆压力，若超过0.35MPa，及时打开回浆阀门(6)卸载至0.25MPa以内；5)终注若安装流量计，采用如下两种终注条件之一：a、先序孔(16)终注压力达到0.2～0.25MPa，进浆量不大于40L/min，维持30min；b、单孔注浆量达到3m3，且进浆量不大于40L/min时；如果没有安装流量计，采用如下终注条件：连续3次注浆压力超过0.4MPa再打开回浆阀门(6)卸载至0.25MPa后，95％以上的水泥浆都通过回浆阀门(6)回浆，只余下不到5％的水泥浆继续流经花管阀门(7)进浆，视为满足终注条件。2.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，注浆完成后立即拔出花管(3)，以防浆液在花管(3)中凝固；拔出花管(3)后留下的孔洞，及时用水泥浆或者C15混凝土封孔。3.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，还包括后序孔施工工艺：后序孔施工工艺与先序孔施工工艺的步骤1)至5)基本相同，不同之处在于：步骤1)中后序孔(17)在先序孔(16)中间布置，且较先序孔(16)进一步加深孔深1.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠达，张震，朱耀庭，胡文华，吴福泉，刘超群，
申请(专利权)人：长安大学，江西省交通科学研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61