一種適用于盾構(gòu)隧道水下巖溶地層的灌漿系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖石工程地基處理灌漿技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于盾構(gòu)隧道水下巖溶地層的灌漿系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水下巖溶地層灌漿處理是盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中常遇到的難題?，F(xiàn)階段，常用“袖閥管法”、“孔口封閉法”等灌漿工藝，但現(xiàn)有工程實(shí)踐表明，袖閥管法對(duì)于處理小型巖溶效果尚好，若巖溶體積較大或巖溶有承壓水存在時(shí)，袖閥管法灌注漿液易于稀釋?zhuān)y于達(dá)到防滲設(shè)計(jì)要求，而孔口封閉法采用一種穩(wěn)定性強(qiáng)、抗水沖蝕性好、凝結(jié)時(shí)間可控、防滲性能優(yōu)越、低價(jià)綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的膏漿能解決水下巖溶基礎(chǔ)的灌漿處理，但孔口封閉法一般采用鋼管灌注，存在易埋卡鋼管，導(dǎo)致?lián)p傷盾構(gòu)機(jī)切割刀具等問(wèn)題。為此，若能將可控性膏漿引入到袖閥管法工藝中，將控制性灌漿工藝與控制性灌漿材料相結(jié)合則可解決地鐵富水巖溶地基灌漿難題。
[0003]因此，如何改良現(xiàn)有袖閥管法，使其能達(dá)到灌注膏漿漿液的工藝要求，提出一種適用于盾構(gòu)隧道水下巖溶處理的可控灌漿法，成為本領(lǐng)域相關(guān)人員急需研究解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種簡(jiǎn)單可控，不易重復(fù)劈裂，避免無(wú)效灌注，提高施工效率，節(jié)約成本，易于達(dá)到工程設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)的適用于盾構(gòu)隧道水下巖溶地層的灌漿系統(tǒng)及方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種適用于盾構(gòu)隧道水下巖溶地層的灌漿系統(tǒng)，包括安裝于作業(yè)孔內(nèi)的塑料外管以及套設(shè)安裝于所述塑料外管內(nèi)并能沿塑料外管軸向調(diào)整安裝位置的灌漿管，所述塑料外管位于作業(yè)孔底部的一端封閉，所述塑料外管上設(shè)有多組沿軸向間隔布置的出漿孔組，各出漿孔組包括一個(gè)以上出漿孔口，所述塑料外管上對(duì)應(yīng)每組出漿孔組均設(shè)有僅使?jié){料向塑料外管外部單向流動(dòng)的流向控制組件，所述灌漿管上安裝有用于封閉灌漿管和塑料外管之間間隙的密封組件，所述灌漿管的出口端位于密封組件與塑料外管的封閉端之間，所述灌漿管的進(jìn)口端與一灌漿設(shè)備相連。
[0006]上述的灌漿系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述塑料外管包括多根依次相連的塑料管，相鄰塑料管通過(guò)塑料連接環(huán)連接，且塑料管與塑料連接環(huán)之間為絲扣連接;位于塑料外管底部的一根塑料管為端部封閉的封口管，各塑料連接環(huán)上均設(shè)有一組所述出漿孔組。
[0007]上述的灌漿系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述流向控制組件包括套設(shè)于塑料連接環(huán)上并包裹出漿孔口的彈性箍圈。
[0008]上述的灌漿系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述彈性箍圈的外部纏繞有多圈固定膠帶。
[0009]上述的灌漿系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述密封組件為套設(shè)安裝于灌漿管上的環(huán)形止?jié){氣塞以及通過(guò)氣管與環(huán)形止?jié){氣塞相連的氣壓源;所述灌漿設(shè)備為高壓脈動(dòng)灌漿栗。
[0010]上述的灌漿系統(tǒng)，優(yōu)選的，位于塑料外管底部的塑料管的直徑為90cm?100cm，長(zhǎng)度為5cm?10cm，可承受壓力不小于3MPa;其余塑料管的長(zhǎng)度為30cm?50cm，直徑90cm?100cm，可承受壓力不小于2Mpa;塑料連接環(huán)上設(shè)有3?6個(gè)直徑為5cm?8cm的出漿孔口 ；所述彈性箍圈的直徑為88cm?98cm;所述環(huán)形止楽氣塞的內(nèi)環(huán)直徑為50cm，外環(huán)直徑90cm?100cm，允許工作壓力5?20Mpa。
[0011 ]上述的灌漿系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述灌漿管由多節(jié)鋼管通過(guò)絲扣連接而成，各節(jié)鋼管的長(zhǎng)度為50cm?100cm，內(nèi)徑為50cmo
[0012]—種采用上述灌漿系統(tǒng)進(jìn)行灌漿的方法，包括以下步驟:
(a)采用鉆孔設(shè)備在地層鉆出作業(yè)孔；
(b)在作業(yè)孔內(nèi)安裝帶流向控制組件的塑料外管，再在塑料外管內(nèi)安裝灌漿管和密封組件，使塑料外管最下部的一組出漿孔組位于密封組件的下方，其余出漿孔組位于密封組件的上方；
(c)采用灌漿設(shè)備將套殼料灌入到塑料外管內(nèi)，套殼料經(jīng)出漿孔組灌入塑料外管與作業(yè)孔之間的環(huán)狀間隙中，直至套殼料從作業(yè)孔孔口溢出，停止灌入套殼料；
(d)在套殼料未完全凝固之前，采用灌漿設(shè)備以分段灌注法將膏漿灌入地層，完成全孔段灌漿，具體是:先通過(guò)灌漿管將膏漿灌入塑料外管內(nèi)，膏漿經(jīng)出漿孔組及套殼料灌入地層，待該孔段灌注完成后，再將灌漿管和密封組件逐次向上提升，直至密封組件高出塑料外管最上部的一組出漿孔組，每一次提升均使塑料外管上有一組出漿孔組移動(dòng)至密封組件的下方，且每一次提升后均采用灌漿設(shè)備灌入一次膏漿。
[0013]上述的方法，優(yōu)選的，所述灌漿設(shè)備采用高壓脈動(dòng)灌漿栗，所述高壓脈動(dòng)灌漿栗的脈動(dòng)灌楽壓力為OMPa?15Mpa，脈動(dòng)栗量大于80L/min，脈動(dòng)頻率為5次/min?20次/min;所述步驟(a)中鉆孔設(shè)備在地層自上向下分段鉆孔得到作業(yè)孔，每段鉆孔深度為5m~30m。
[0014]上述的方法，優(yōu)選的，所述套殼料由粘土、水泥、粉煤灰和水組成，截錐圓模測(cè)得漿液流動(dòng)度為90mm~180mm，原楽比重為1.lg/cm3?1.5g/cm3，水固比為2:1?1:1，3d抗壓強(qiáng)度小于0.3Mpa;所述膏漿由粘土、水泥、水、偏鋁酸鈉和木質(zhì)磺酸鹽組成，偏鋁酸鈉摻量為1%?3%，木質(zhì)磺酸鹽摻量為1%?5%，截錐圓模測(cè)得漿液流動(dòng)度為90mm?120mm，原漿比重為1.lg/cm3?1.5g/cm3，水固比為1.3:1?1:1，膠凝時(shí)間為4min?40min，28d抗壓強(qiáng)度為8MPa~10Mpa。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明的灌漿方法將改良的袖閥管控制性灌漿工藝和適宜富水巖溶地基的可控性膏漿結(jié)合到一起，解決了盾構(gòu)隧道通過(guò)水下巖溶存在的盾構(gòu)栽頭，刀具易破損的問(wèn)題，具有簡(jiǎn)單可控，不易重復(fù)劈裂，避免無(wú)效灌注，提高施工效率，節(jié)約成本，易于達(dá)到工程設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。其巧妙結(jié)合了袖閥管法和孔口封閉法兩者的優(yōu)點(diǎn)，解決了袖閥管不易灌注膏漿，孔口封閉法埋管不易盾構(gòu)的問(wèn)題。本發(fā)明的灌漿系統(tǒng)適用于上述的灌漿方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作和安裝。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為灌漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為塑料外管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為塑料外管中未封閉的塑料管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為塑料外管中一端端口封閉的塑料管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5為塑料連接環(huán)、彈性箍圈和固定膠帶相互連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖6為環(huán)形止?jié){氣塞安裝于灌漿管上的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7為灌漿管中鋼管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖8為灌漿方法的流程圖。
[0024]圖例說(shuō)明:
1、塑料外管；11、出漿孔口； 11、塑料管；1 2、塑料連接環(huán)；103、彈性箍圈；104、固定膠帶;2、灌漿管;21、鋼管;3、環(huán)形止?jié){氣塞;4、氣管;5、氣壓源;6、高壓脈動(dòng)灌漿栗;7、套殼料；
8、膏漿。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]如圖1所示，本實(shí)施例適用于盾構(gòu)隧道水下巖溶地層的灌漿系統(tǒng)，塑料外管I和灌漿管2，塑料外管I安裝于作業(yè)孔內(nèi)，灌漿管2套設(shè)安裝于塑料外管I內(nèi)并能沿塑料外管I軸向調(diào)整安裝位置，也即灌漿管2可在塑料外管I內(nèi)向上提升或下降，塑料外管I位于作業(yè)孔底部的一端封閉，塑料外管I上設(shè)有多組沿軸向間隔布置的出漿孔組，各出漿孔組包括一個(gè)以上出漿孔口 11，塑料外管I上對(duì)應(yīng)每組出漿孔組均設(shè)有僅使?jié){料向塑料外管I外部單向流動(dòng)的流向控制組件，灌漿管2上安裝有用于封閉灌漿管2和塑料外管I之間間隙的密封組件，灌漿管2的出口端位于密封組件與塑料外管I的封閉端之間，灌漿管2的進(jìn)口端與一灌漿設(shè)備相連。
[0027]本實(shí)施例中，如圖2至圖5所示，塑料外管I包括多根均長(zhǎng)、均質(zhì)的高強(qiáng)塑料管101，多根塑料管101依次相連形成塑料外管I，具體的，相鄰塑料管101通過(guò)塑料連接環(huán)102連接，且塑料管101與塑料連接環(huán)102之間為絲扣連接。位于塑料外管I底部的一根塑料管101為端部封閉的封口管，形成塑料外管I的封閉端，封口管呈錐形。各塑料連接環(huán)102上均設(shè)有一組出漿孔組，本實(shí)施例的出漿孔組包括3~6個(gè)繞塑料連接環(huán)102均勻間隔布置的出漿孔口 11，出漿孔口 11的直徑為5cm?8cm。上述塑料外管I由多根高強(qiáng)塑料管101和塑料連接環(huán)102通過(guò)絲扣連接方式連接而成，其制作容易、便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，并能根據(jù)實(shí)際需要拼接任意長(zhǎng)度的塑料外管I，使用靈活性高。
[0028]本實(shí)施例中，流向控制組件包括套設(shè)于塑料連接環(huán)102上并包裹出漿孔口11彈性箍圈103，彈性箍圈103使?jié){料僅能在壓力下從塑料外管I內(nèi)腔向外部流動(dòng)，其可以是橡膠套等彈性套。進(jìn)一步的，彈性箍圈103的外部纏繞有5?6圈固定膠帶104，起到加強(qiáng)固定的作用。
[0029]本實(shí)施例的塑料外管I和流向控制組件相當(dāng)于一改良的袖閥管。
[0030]本實(shí)施例中，密封組件為套設(shè)安裝于灌漿管2上的環(huán)形止?jié){氣塞3以及通過(guò)氣管4與環(huán)形止?jié){氣塞3相連的氣壓源5，其中，環(huán)形止?jié){氣塞3采用現(xiàn)有的圓環(huán)狀高壓止?jié){氣塞，其可通過(guò)外購(gòu)得到;灌漿設(shè)備為高壓脈動(dòng)灌漿栗6。
[0031 ] 本實(shí)施例中，位于塑料外管I底部的塑料管101的直徑為90cm?100cm，長(zhǎng)度為5cm?1cm，可承受壓力不小于3MPa;其余塑料管101的長(zhǎng)度為30 cm?50 cm，直徑90 cm?100 cm，可承受壓力不小于