【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及注浆实验，尤其涉及一种水平旋喷注浆试验装置及其使用方法。
技术介绍
1、目前，隧道施工常常遭遇富水软弱地层，极易诱发失稳塌方、涌水突泥以及大变形等重大地质灾害，一旦应急抢险不及时很容易导致无法估量的经济损失、人员伤亡以及无限期停工，现有的高压旋喷注浆技术是以旋转的喷头喷出高速流体一边切削软弱围岩一边使浆液与切碎的岩土体混合，经化学反应后形成坚固的加固桩体(旋喷桩)，强度可达数兆帕以上，旋喷桩由于能形成均匀封闭的预支护壳体结构，具有加固、止水功能，可抑制掌子面塑性区发展，极大地提高围岩自稳能力，有效控制围岩变形。因此，在隧道施工过程中对富水软弱围岩进行旋喷注浆加固是破解这类重大地质灾害的根本方法。旋喷注浆的主要技术参数有喷射压力、流量、旋转速度、提升速度等，参数的选取直接关乎软弱地层的堵水加固效果，一旦选择不合理可能导致资源浪费甚至引发工程事故。然而，目前旋喷注浆技术参数的选取以工程类比为主，缺乏科学的试验装备与试验数据支撑，具有很大的盲目性，对浆液扩散规律、注浆实际效果不清楚，难以制定精准合理的旋喷注浆工艺、措施。因此，就必须具备一种室内模拟高压水平旋喷施工技术切削软弱岩土介质的试验装置，目前现有技术在这一领域中尚属空白。
2、现有公开号为cn202393664u的技术公开了一种室内模拟高压旋喷技术切土能力的试验装置，其包括：用于盛放试验土体的主体结构；用于连接和固定旋喷动力设备，且输入和喷出试验所需高压水的旋喷杆；用于旋转动力设备固定的移动套管系统；用于为旋喷杆获得旋转速度提供动力的旋转动力系统；用于
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提供一种水平旋喷注浆试验装置及其使用方法，旨在解决现有易试验装置难以模拟隧道实际旋喷注浆工况的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种水平旋喷注浆试验装置，所述装置包括用于制作模拟岩土的加载系统、用于对模拟岩土进行注浆操作的旋喷系统、注浆系统、空气压缩机和用于控制注浆参数的控制系统；
3、所述旋喷系统包括注浆杆和用于调节注浆杆空间位置的方位组件，所述注浆杆端部设置在旋转接头上，所述旋转接头设置在方位组件中，所述旋转接头用于控制注浆杆轴向转动，所述注浆杆还分别与注浆系统、空气压缩机连通；
4、所述注浆系统包括用于放置a料、b料的贮料箱、注沙组件和与贮料箱连接的注浆机，所述注浆机还与空气压缩机连接，所述贮料箱用于向注浆杆提供a料、b料，所述注沙组件用于向注浆杆提供细沙，在实际应用中，细沙与a料或b料预先汇合为混合浆料；
5、所述控制系统用于对旋喷系统、注浆系统、空气压缩机进行调控。
6、可选地，所述方位组件包括用于调节注浆杆左右位置的移动支架、用于调节注浆杆上下位置的上下移动单元和用于调节注浆杆前后位置的前进后退单元，所述移动支架上方设置有角度调整支架、上下移动单元、前进后退单元。
7、可选地，所述移动支架底部设置有多组滑轮，各组滑轮用于控制移动支架在相应的平行轨道上往复滑动。
8、可选地，所述上下移动单元、前进后退单元设置在所述角度调整支架上，所述前进后退单元用于调节上下移动单元整体运行；
9、所述旋转接头还与旋转电机连接，所述旋转接头、旋转电机均设置在上下移动单元中；
10、所述角度调整支架用于调节上下移动单元以实现调节注浆杆的仰角。
11、可选地，所述贮料箱通过第一注浆管、第二注浆管分别与注浆杆连通，所述注沙组件通过注沙管与注浆杆连通，第一注浆管与注沙管并联汇合成汇合管，所述汇合管与第二注浆管伸入至注浆杆内。
12、可选地，注浆杆包括位于端部的钻头和与钻头连接的注浆喷嘴，所述注浆喷嘴内包括容置腔和置于容置腔内部的汇合管、与第二注浆管，所述容置腔还与空气压缩机的气管连接。
13、可选地，所述加载系统包括反力架、顶部连接在反力架上的液压油缸、模型箱和推移组件；
14、所述液压油缸下方连接有加载板，所述加载板用于对模型箱内的模拟岩土进行压实；
15、所述模型箱设置在推移组件上，所述模型箱靠近注浆杆的一侧设有可拆卸面板；
16、所述液压油缸通过液压管与液压站连接。
17、可选地，所述液压站还与注沙组件连通。
18、可选地，所述可拆卸面板上设有预留孔位，预留孔位用于注浆杆定位伸入或钻孔；所述控制系统包括plc控制系统。
19、此外，为了实现上述目的，本专利技术还提供一种上述所述的水平旋喷注浆试验装置的使用方法，所述方法包括以下步骤：
20、步骤1，采用加载系统在模型箱内进行填筑-压实操作，以制作预设岩土密度的模拟岩土；
21、步骤2，通过移动支架、上下移动单元、角度调整支架调整旋喷注浆杆的位置与仰角，并通过水平前进后退装置、旋转电机使旋喷注浆杆钻入模拟岩土预设深度；
22、步骤3，连接贮料箱、注沙组件与注浆杆之间的第一注浆管、第二注浆管、注沙管、汇合管，并启动旋喷系统、注浆系统、空气压缩机，以及通过控制系统控制注浆参数，以进行后退式旋喷注浆，其中，所述贮料箱通过第一注浆管、第二注浆管向注浆杆提供聚氨酯a料、b料，所述汇合管由第一注浆管与注沙管并联形成且伸入注浆杆内；
23、步骤4，在注浆杆的提升距离为初始钻入深度的4/5时，关闭旋喷系统、注浆系统、空气压缩机，以停止旋喷注浆；
24、步骤5，完成注浆后，通过空气压缩机向所有管路中注清洗液，以清理注浆管路。
25、有益效果：
26、本专利技术的水平旋喷注浆试验装置，通过设置加载系统来制作模拟岩土、通过旋喷系统、注浆系统、空气压缩机对模拟岩土进行注浆操作，其中，通过方位组件控制注浆杆在前、后、左、右、上、下方位的移动以及注浆杆的仰角调节，进而实现注浆杆空间位置与角度的有效调节，并且注浆杆与旋转接头连接，通过注浆杆轴向转动，以适应不同条件的旋转注浆试验。同时，注浆系统可提供注浆所需的浆料，浆料包括聚氨酯浆料和部分细沙，在实际应用中，细沙与a料或b料预先汇合为混合浆料，以及注浆杆中还与压缩机连通，进而在注浆喷嘴可实现气、浆液、沙的混合，实现三者协同作用而增强注浆喷射效果，以及通过控制系统来控制注浆参数，进而实现注浆试验的有效模拟，最终可实现喷射压力、喷射流量、转动速度、转动模式、提升速度、提升模式、地应力加载等参数智能控制，以适应不同密度模拟岩土的旋喷注浆试验装置，且采用聚氨酯双浆液，以实现隧道多工况近足尺水平旋喷注浆模拟，最终达到获取最佳注浆参数的目的。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述装置包括用于制作模拟岩土的加载系统、用于对模拟岩土进行注浆操作的旋喷系统、注浆系统、空气压缩机(5)和用于控制注浆参数的控制系统(4)；
2.根据权利要求1所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述方位组件包括用于调节注浆杆(13)左右位置的移动支架(14)、用于调节注浆杆(13)上下位置的上下移动单元(16)和用于调节注浆杆(13)前后位置的前进后退单元(11)，所述移动支架(14)上方设置有角度调整支架(15)、上下移动单元(16)、前进后退单元(11)。
3.根据权利要求2所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述移动支架(14)底部设置有多组滑轮，各组滑轮用于控制移动支架(14)在相应的平行轨道上往复滑动。
4.根据权利要求2所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述上下移动单元(16)、前进后退单元(11)设置在所述角度调整支架(15)上，所述前进后退单元(11)用于调节上下移动单元(16)整体运行；
5.根据权利要求1至4中任一项所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，注浆杆(13)包括位于端部的钻头和与钻头连接的注浆喷嘴，所述注浆喷嘴内包括容置腔(1301)和置于容置腔(1301)内部的汇合管(23)、与第二注浆管(2102)，所述容置腔(1301)还与空气压缩机(5)的气管连接。
7.根据权利要求5所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述加载系统包括反力架(32)、顶部连接在反力架(32)上的液压油缸(31)、模型箱(33)和推移组件(34)；
8.根据权利要求7所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述液压站(37)还与注沙组件(24)连通。
9.根据权利要求7所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述可拆卸面板(331)上设有预留孔位(332)，预留孔位(332)用于注浆杆(13)定位伸入或钻孔；所述控制系统(4)包括PLC控制系统。
10.一种权利要求1至9中任一项所述的水平旋喷注浆试验装置的使用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述装置包括用于制作模拟岩土的加载系统、用于对模拟岩土进行注浆操作的旋喷系统、注浆系统、空气压缩机(5)和用于控制注浆参数的控制系统(4)；
2.根据权利要求1所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述方位组件包括用于调节注浆杆(13)左右位置的移动支架(14)、用于调节注浆杆(13)上下位置的上下移动单元(16)和用于调节注浆杆(13)前后位置的前进后退单元(11)，所述移动支架(14)上方设置有角度调整支架(15)、上下移动单元(16)、前进后退单元(11)。
3.根据权利要求2所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述移动支架(14)底部设置有多组滑轮，各组滑轮用于控制移动支架(14)在相应的平行轨道上往复滑动。
4.根据权利要求2所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述上下移动单元(16)、前进后退单元(11)设置在所述角度调整支架(15)上，所述前进后退单元(11)用于调节上下移动单元(16)整体运行；
5.根据权利要求1至4中任一项所述的水平旋喷注浆试验装置，其特征在于，所述贮料箱(21)通过第一注浆管(2101)、第二注浆管(2102)分别与注浆杆(13)连通，所述注沙组件(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡直言，郭成超，裴悦浩，欧进澧，黄昕怡，谈颋，王复明，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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