一种富水砂层隧道施工U形双层全封闭注浆止水装置，属于地下工程与岩土工程施工领域。所述装置包括U形双层全封闭结构钻孔护筒(1)、柔性钻具(2)、定向钻头(3)；使用时依次分别在隧道拟开挖边界外分别安装钻机和施工注浆孔，进行钻孔内顺序注浆，实现对隧道掌子面前方隧道顶部、隧道底部和隧道两侧壁富水砂土地层U形双层全封闭注浆。形双层全封闭注浆。形双层全封闭注浆。
【技术实现步骤摘要】
一种富水砂层隧道施工U形双层全封闭注浆止水装置
[0001]本技术涉及一种富水砂层隧道施工U形双层全封闭注浆止水装置及方法，属于地下工程与岩土工程施工领域。
技术介绍
[0002]在富水砂层中施工地下隧道工程，需要对隧道掌子面前方及周边进行止水和预加固处理，防止地下水引起隧道掌子面涌砂涌水和防止围岩坍塌变形等工程安全事故的发生，通常采用钻孔高压注浆加固的方法，但由于水泥浆在富水砂土地层中渗透性极差，注浆的范围和注浆的质量极差，不能满足工程施工的需求。
[0003]本技术为一种富水砂层隧道施工U形双层全封闭注浆止水装置及方法，对隧道进行全断面注浆和封闭，防止地层流失，有效地控制施工风险和提高工程质量。
技术实现思路
[0004]本技术一种富水砂层隧道施工U形双层全封闭注浆止水装置结构，其特征在于，包括U形双层全封闭结构钻孔(1)、柔性钻具 (2)、定向钻头(3)；U形双层全封闭结构钻孔(1)结构具体为:包括左上部竖直钻孔(1.1)、右上部竖直钻孔(1.3)、右开口水平U形钻孔(1.2)、左开口水平U形钻孔(1.4)，水平U形钻孔的结构：包括上下平行的两个水平的钻孔，两个水平的钻孔通过一个竖直的钻孔连接连通形成水平的U形相通的钻孔；左上部竖直钻孔(1.1)与右开口水平U形钻孔(1.2)左侧竖直的钻孔直线连接连通；右上部竖直钻孔(1.3)与左开口水平U形钻孔(1.4)右侧竖直的钻孔直线连接连通；
[0005]右开口水平U形钻孔(1.2)和左开口水平U形钻孔(1.4)相对围成封闭的长方形结构，此封闭的长方形结构与隧道截面的长方形结构相对应；右开口水平U形钻孔(1.2)的上水平钻孔和左开口水平 U形钻孔(1.4)的上水平钻孔上下平行层叠，层叠后位置相对应位于隧道顶部注浆区位置；右开口水平U形钻孔(1.2)的下水平钻孔和左开口水平U形钻孔(1.4)的下水平钻孔上下平行层叠，层叠后位置相对应位于隧道底部注浆区位置；右开口水平U形钻孔(1.2) 的左侧竖直的钻孔和左开口水平U形钻孔(1.4)的右侧竖直的钻孔分别对应位于隧道两侧面注浆区位置；左上部竖直钻孔(1.1)和右上部竖直钻孔(1.3)则分别向上伸出地面；
[0006]柔性钻具(2)一端伸入到钻孔内用于钻孔和注浆，另一端位于钻孔外用于与注浆泵连接；伸入钻孔内的一端端部为定向钻头(3)。
[0007]柔性钻具(2)包括连接丝扣(2.1)、连接体(2.2)、耳片(2.3)、销钉/孔(2.4)和外壁橡胶高压防护结构(2.5)；连接体(2.2)的一端为连接丝扣(2.1)，另一端为耳片(2.3)，耳片(2.3)上设有销钉/孔(2.4)，多个连接体(2.2)首位相连，相连处为：连接丝扣 (2.1)与耳片(2.3)连接采用销钉/孔(2.4)固定，形成柔性长连接体，柔性长连接体的外周为外壁橡胶高压防护结构(2.5)。
[0008]所述连接体(2.2)置于柔性钻具内，为钻具的主体部分，起传递压力和扭矩作用；
[0009]所述销钉/孔(2.4)置于柔性钻具内，为钻具的主体部分，连接和固定连接体(2.2)；
[0010]所述外壁橡胶高压防护结构(2.5)，钻具连接体限位、注入循环泥浆和水泥浆液，耐压等级大于注浆压力；
[0011]左上部竖直钻孔(1.1)、右上部竖直钻孔(1.3)内壁设有护筒。钻孔指的是钻机预打的钻孔，在钻孔内可下入保护井壁的钢护筒；所述钻孔直径大于钢护筒外径；所述护筒外径大于定向钻头外径。
[0012]所述柔性钻具(2)可随定向钻头(3)的钻进轨迹弯曲和旋转；
[0013]所述定向钻头(3)包括钻头本体和钻头导向控制器(9)，通过地面控制系统控制钻头导向控制器(9)，测量钻头位置和控制钻头钻进方向。
[0014]本技术适用于上部地层为粘性土(8)，下部为富水砂层(7) 的双层结构，当隧道支护结构(5)施工至隧道掌子面(4)时，对掌子面前方地层进行注浆预加固即隧道注浆加固区(6)，隧道注浆加固区(6)为U形双层全封闭区域即对于本装置所述的U形双层全封闭结构钻孔所在的位置。
[0015]为富水砂土地层中隧道掌子面涌砂涌水和防止围岩坍塌变形等工程安全事故的发生，采用上述装置进行富水砂层隧道施工U形双层全封闭注浆止水方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0016]第一步：现场放样确定注浆孔位置，安装钻机设备；
[0017]第二步：采用定向钻头按照左上部竖直钻孔(1.1)和右上部竖直钻孔(1.3)的位置施工垂直钻孔和下入钻孔，直到深度达到隧道顶部注浆层，得到左上部竖直钻孔(1.1)和右上部竖直钻孔(1.3)，同时在左上部竖直钻孔(1.1)、右上部竖直钻孔(1.3)内壁装填护筒；
[0018]第三步：分别同时或先后，在左上部竖直钻孔(1.1)、右上部竖直钻孔(1.3)内，下入柔性钻具(2)和定向钻头(3)，采用钻头导向控制器(9)控制钻头位置和方向，沿隧道顶部注浆层进行定向钻进，直到预定的隧道对侧注浆位置，形成右开口水平U形钻孔(1.2) 的上水平钻孔和左开口水平U形钻孔(1.4)的上水平钻孔；在钻具另一端接注浆泵，通过柔性钻具沿右开口水平U形钻孔(1.2)的上水平钻孔和左开口水平U形钻孔(1.4)的上水平钻孔泵入水泥浆液，对隧道顶部含水层进行封闭和加固；
[0019]第四步：采用与第二步相同的方法制备右开口水平U形钻孔(1.2) 的左侧竖直钻孔和左开口水平U形钻孔(1.4)的右侧竖直钻孔；
[0020]第五步：采用与第三步相同的方法制备右开口水平U形钻孔(1.2) 的下水平钻孔和左开口水平U形钻孔(1.4)的下水平钻孔；在钻具另一端接注浆泵，通过柔性钻具沿右开口水平U形钻孔(1.2)的下水平钻孔和左开口水平U形钻孔(1.4)的下水平钻孔泵入水泥浆液，对隧道底部含水层进行封闭和加固；
[0021]第六步，通过柔性钻具沿右开口水平U形钻孔(1.2)的左侧竖直钻孔和左开口水平U形钻孔(1.4)的右侧竖直钻孔泵入水泥浆液，对隧道侧部含水层进行封闭和加固；最终实现对隧道掌子面前方隧道顶部、隧道底部和隧道两侧壁富水砂土地层U形双层全封闭注浆。
[0022]进一步，第三步、第五步、第六步在钻孔泵入水泥浆液，对隧道侧部含水层进行封闭和加固的具体操作均为如下步骤：对端部第一段注浆段进行高压旋喷注浆，在设计的注浆压力下达到注浆时间后停止，然后往后拉柔性钻具至定向钻头达到第二段预定注浆段进
行高压旋喷注浆，在设计的注浆压力下达到注浆时间后停止，依次类推进行回拉钻具并进行高压旋喷注浆。
[0023]注浆止水方法适用于富水砂土地层(7)，一般上覆地层为隔水粘土地层(8)；隧道顶部注浆层是指位于隧道拱顶上部的富水砂层地层；隧道低部注浆层是指位于隧道拱顶上部的富水砂层地层；隧道两侧注浆层是指位于隧道两内侧的富水砂层地层；隧道包括隧道掌子面掌子面(4)和隧道支护结构(5)；注浆孔布置在隧道横断面线方向沿两侧注浆隧道施工区外对称布置，在隧道轴线方方向沿两侧注浆本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种富水砂层隧道施工U形双层全封闭注浆止水装置，其特征在于，包括U形双层全封闭结构钻孔（1）、柔性钻具（2）、定向钻头（3）； U形双层全封闭结构钻孔(1)结构具体为:包括左上部竖直钻孔（1.1）、右上部竖直钻孔（1.3）、右开口水平U形钻孔（1.2）、左开口水平U形钻孔（1.4），水平U形钻孔的结构：包括上下平行的两个水平的钻孔，两个水平的钻孔通过一个竖直的钻孔连接连通形成水平的U形相通的钻孔；左上部竖直钻孔（1.1）与右开口水平U形钻孔（1.2）左侧竖直的钻孔直线连接连通；右上部竖直钻孔（1.3）与左开口水平U形钻孔（1.4）右侧竖直的钻孔直线连接连通；右开口水平U形钻孔（1.2）和左开口水平U形钻孔（1.4）相对围成封闭的长方形结构，此封闭的长方形结构与隧道截面的长方形结构相对应；右开口水平U形钻孔（1.2）的上水平钻孔和左开口水平U形钻孔（1.4）的上水平钻孔上下平行层叠，层叠后位置相对应位于隧道顶部注浆区位置；右开口水平U形钻孔（1.2）的下水平钻孔和左开口水平U形钻孔（1.4）的下水平钻孔上下平行层叠，层叠后位置相对应位于隧道底部注浆区位置；右开口水平U形钻孔（1.2）的左侧竖直的钻孔和左开口水平U形钻孔（1.4）的右侧竖直的钻孔分别对应位于隧道两侧面注浆区位置；左上部竖直钻孔（1.1）和右上部竖直钻孔（1.3）则分别向上伸出地面；柔性钻具（2）一端伸入到钻孔内用于钻孔和注浆，另一端位于钻孔外用于与注浆泵连接；...
【专利技术属性】
技术研发人员：张维，邓洪亮，徐霖，丁春福，李凌宜，时光，顾磊，刘振民，曹亮，白杨，何彬，高政，杨爱斌，
申请(专利权)人：北京市政路桥股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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