隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置及加固方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置及加固方法，包括本体和阻尼器，阻尼器设置于本体的端部；所述本体整体为管状结构，沿远离所述阻尼器的方向，依次设置出浆段、第一膨胀段、第二膨胀段和注浆段；所述出浆段上均布有若干个出浆孔；所述第一膨胀段的胀后直径大于第二膨胀段的胀后直径。该注浆装置可同时实现挤密注浆和劈裂注浆，通过挤密和劈裂充填，提高了被加固围岩的整体强度和稳定性。

Self-adaptive expansion grouting device with different diameter and reinforcement method for the cracking and damage of the second lining of the tunnel

【技术实现步骤摘要】
隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置及加固方法
本专利技术属于运营隧道整治
，具体一种运营隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置及加固方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。近几年随着气候异常变化频繁，尤其是受到强降雨的影响，国内很多隧道出现了不同程度的涌水涌泥现象，严重的甚至出现塌方事故，给隧道的正常运营安全带来极大威胁。隧道突水突泥往往是由隧道围岩特殊的水文地质条件决定的，当地下岩溶、富含水的地质构造、富水的松软地层等或隧道建设期间对地下水的防护措施不到位时，就会在运营隧道中再次突水突泥，破坏隧道结构，影响交通安全和隧道使用寿命。尤其是当隧道围岩为水敏性岩层时，一旦被水侵蚀会产生湿陷性甚至崩解失稳现象。涌水涌泥灾害发生后，隧道结构被破坏，出现贯通性裂缝，甚至出现隧道结构垮塌的事故。在隧道结构遭到破坏后，人为扰动会加剧这种破坏，安全风险更高。因此，减少地下水对隧道围岩的补充和破坏；如何控制好注浆压力，不会因为注浆压力的影响进一步加大二衬结果的破损甚至掉落；如何在保证隧道二衬结构安全的前提下，满足隧道二衬破损处对浅层围岩的注浆加固效果等问题，是摆在专业技术人员面前的技术难题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置及加固方法。该注浆装置可同时实现挤密注浆和劈裂注浆，通过挤密和劈裂充填，提高了被加固围岩的整体强度和稳定性。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置，包括本体和阻尼器，阻尼器设置于本体的端部；所述本体整体为管状结构，沿远离所述阻尼器的方向，依次设置出浆段、第一膨胀段、第二膨胀段和注浆段；所述出浆段上均布有若干个出浆孔；所述第一膨胀段的胀后直径大于第二膨胀段的胀后直径。在一些实施例中，所述阻尼器为锥形头，锥形头的底面半径大于出浆段的半径。注浆装置插入钻孔内后，可以在锥形头的固定作用下定位，防止注浆装置从钻孔中滑脱。在一些实施例中，所述出浆孔的直径为6-10mm。在一些实施例中，所述第一膨胀段的胀后直径为150-200mm，有效膨胀长度为180-220cm。在一些实施例中，所述第二膨胀段的胀后直径为110-140mm，有效膨胀长度为30-50cm。在一些实施例中，所述第一膨胀段和第二膨胀段的材质为无纺布。在一些实施例中，所述注浆段的长度为15-25cm，注浆段为刚性段。第一膨胀段和第二膨胀段为由无纺布做成的筒状结构，筒状结构扎紧在注浆管上，该种扎紧方式可以为现有的扎紧方式，如，在注浆管的端部设置环形凹槽，利用铁丝等线状结构将无纺布筒状结构的端部固定在环形凹槽中，通过提高扎紧作用力，就可以使无纺布筒体固定。一种隧道二衬开裂破损处加固方法，包括如下步骤：在隧道的二衬开裂破损处定好孔位，施工钻孔，钻孔为两级钻孔，一级钻孔直径为120-140cm，钻孔长度为第一膨胀段和第二膨胀段的长度之和；二级钻孔的孔径与阻尼器的直径相同；将注浆装置安装进入钻孔中，使第一膨胀段和第二膨胀段与一级钻孔位置对应，出浆段和阻尼器与二级钻孔位置对应；通过注浆段向注浆装置中注入速凝浆液，使第一膨胀段和第二膨胀段膨胀，挤压围岩，并通过注浆孔将速凝浆液注入松散围岩的空隙中。注浆过程中，第一膨胀段和第二膨胀段不断膨胀，膨胀后的直径大于该处的钻孔直径，给周围的富水松散围岩一个挤压力，富水松散围岩被压缩，使该处的围岩比原状松散围岩更加致密，实现了挤密注浆。此外，注浆装置通过注浆口将浆液注入周围的围岩中，实现了劈裂注浆，通过注浆可对钻孔控制区域的围岩产生挤密效果，减小围岩颗粒之间的空隙，在一定程度上减小对水的渗透能力。异径自适应止浆器膨胀充分后止浆或压缩围岩，待充填在膨胀止浆器内的速凝浆液固结并达到一定固结强度后，通过围岩注浆管注入速凝浆液，速凝浆液通过出浆孔进入第二级钻孔。钻孔被充满后开始升压，当注浆压力达到松散围岩的抗破坏极限强度后，浆液会把松散围岩劈开一定空隙，把浆液充填到劈开的空隙中去，实现劈裂注浆。随着劈裂空隙的延展，浆液在空隙内向外扩散，劈裂注浆充填到松散围岩内的浆脉呈不规则的树根桩。被劈裂后注浆加固的围岩称为被浆脉劈裂充填的围岩。多个钻孔按照一定规律分布并劈裂注浆，浆脉固结达到一定强度后，依靠浆脉的强度可提高被加固范围围岩的整体强度和稳定性。因为钻孔内充填了具有一定强度的浆脉，并因围岩注浆管底端阻尼器的存在，可防止注浆管在外力作用下外移被拔出，因此起到对破损的二衬结构的锚固作用。在一些实施例中，第一膨胀段和第二膨胀段中注入的速凝浆液中水泥和水玻璃的体积比为2.5-3.5:1；从注浆孔注浆的速凝浆液中水泥和水玻璃的体积比为1:1-0.5:1。水泥和水玻璃的体积比为2.5-3.5:1时，速凝浆液的初凝时间为35s左右，速凝时间较短，可以在第一膨胀段和第二膨胀段内迅速固化，迅速实现挤密注浆。水泥和水玻璃的体积比为1:1-0.5:1时，速凝浆液的初凝时间平均为72-100s，初凝时间相对较长，可以沿松散围岩的裂隙流动，进而起到良好的填充作用。进一步的，所述水泥为PO42.5水泥，所述水玻璃的波美度为38Be，模数为2.6。在一些实施例中，第一膨胀段的注浆压力为0.5-0.8MPa，第二膨胀段的注浆压力为1.2-2MPa，围岩劈裂注浆压力为2.3-4MPa。在一些实施例中，当隧道二衬破损严重时，按照钻孔总量的10-15％的数量先施工一部分钻孔。该部分钻孔不仅为注浆钻孔，还为破损二衬的安全保护钻孔。利用锚固力把破损的二衬拉住。本专利技术的有益效果为：(1)分别顺利实现了隧道富水松散围岩内浅部不同深度的挤密注浆和劈裂注浆。有效解决了浅部松散围岩注浆加固的技术难题；通过挤密和劈裂充填，提高了被加固围岩的整体强度和稳定性。(2)利用异径自适应膨胀止浆器的结构特点，既达到了开裂的二衬处良好的止浆效果，同时还起到了对二衬壁后松散围岩的挤密。改善了挤密范围松散围岩的渗透性；(3)围岩注浆管端部设置阻尼器，使注浆管起到了锚索作用，把注浆后的围岩注浆管作为支撑固定点，并设置防护网，不仅对开裂的二衬起到锚固作用，还起到对破损二衬发生的掉块的防护作用。(4)该方法可以推广应用在在建隧道初支后的富水松散围岩内的壁后径向注浆加固。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术运营隧道二衬结构开裂破损处浅层富水松散围岩的安全注浆加固方法原理剖面示意图；图2为本专利技术异径自适应膨胀止浆、注浆装置在二衬表面孔位分布示意图；图3为本专利技术异径自适应膨胀止浆、注浆装置结构及其在钻孔内安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置，其特征在于：包括本体和阻尼器，阻尼器设置于本体的端部；/n所述本体整体为管状结构，沿远离所述阻尼器的方向，依次设置出浆段、第一膨胀段、第二膨胀段和注浆段；/n所述出浆段上均布有若干个出浆孔；所述第一膨胀段的胀后直径大于第二膨胀段的胀后直径。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置，其特征在于：包括本体和阻尼器，阻尼器设置于本体的端部；
所述本体整体为管状结构，沿远离所述阻尼器的方向，依次设置出浆段、第一膨胀段、第二膨胀段和注浆段；
所述出浆段上均布有若干个出浆孔；所述第一膨胀段的胀后直径大于第二膨胀段的胀后直径。


2.根据权利要求1所述的隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置，其特征在于：所述阻尼器为锥形头，锥形头的底面半径大于出浆段的半径。


3.根据权利要求1所述的隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置，其特征在于：所述出浆孔的直径为6-10mm。


4.根据权利要求1所述的隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置，其特征在于：所述第一膨胀段的胀后直径为150-200mm，有效膨胀长度为180-220cm；
或，所述第二膨胀段的胀后直径为110-140mm，有效膨胀长度为30-50cm。


5.根据权利要求1所述的隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置，其特征在于：所述第一膨胀段和第二膨胀段的材质为无纺布。


6.根据权利要求1所述的隧道二衬开裂破损处异径自适应膨胀注浆装置，其特征在于：所述注浆段的长度为15-25cm，注浆段为刚性段。

【专利技术属性】
技术研发人员：林春金，潘光明，谢云海，于振，张洪顺，刘春国，王凤伟，张猛，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37