[发明专利]一种适用于砂土层浅埋隧道超前预注浆装置及施工工艺

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种适用于砂土层浅埋隧道超前预注浆装置及施工工艺。

背景技术

在软弱砂土层进行浅埋隧道工程施工，常因开挖施工造成地层损失，甚至发生坍塌，危及施工人员和设备安全，且因地层损失引起地表沉降过大，致使周边环境造成破坏，给居民正常的生产生活带来严重影响。为确保施工安全，减小施工对环境的影响，目前国内外常采用注浆加固法对地层进行预加固。

传统的注浆加固堵水，浆液在砂土层中的扩散以劈裂为主，具有随机性、分散性，注浆效果不尽人意。若注浆压力或注浆量过大易造土体变形过大、发生地面隆起、管线爆裂、建筑物倾斜倒塌等事故；若注浆压力或注浆量过小，又达不到加固地层的效果，因此无法在控制地表变形的基础上实现对砂土层的有效安全加固堵水。

在确保注浆引起的地表隆起不超过规范及设计规定值的前提下，保证加固效果及堵水效果，无明显砂土块坍落，无明显渗水现象，保证隧道的安全开挖，是目前浅埋隧道砂土层注浆面临的一大难题。

目前常用的注浆管及工艺主要有袖阀管注浆、裸孔注浆、膜袋注浆管注浆等方式。袖阀管注浆可实现对不同深度地层的均匀加固，但其工序多且复杂、操作过程繁琐，工期较长，成本较高；前进式裸孔注浆工序较简单且操作简便，但不能实现定点区域强化注浆，注浆钻孔较长时浆液往往不能沿钻孔全长均匀扩散，注浆效果较差；模袋注浆管注浆侧重于注浆管的固定及封孔效果，同样无法同时保证地层充分均匀加固和地表隆起不超规定值。

发明内容

本发明的目的就是克服已有技术的不足之处，提供一种适用于砂土层浅埋隧道超前预注浆装置及施工工艺，解决上述软弱砂土层注浆存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种适用于砂土层浅埋隧道超前预注浆装置，包括辅助套管和注浆内管，所述的辅助套管套装在注浆内管的外层；辅助套管套的头部安装止浆尖帽，中间部分布设阻止浆液回流的单向出浆孔；注浆内管和辅助套管之间形成的环状区域内套装有两个阻隔件，在两个阻隔件之间的注浆内管段设有出浆孔，所述阻隔件保证浆液只在其所夹区段间扩散，且注浆内管通过在辅助套管内的移动实现对不同深度砂土层的加固。

所述单向出浆孔由出入口、可移动的阀片、固定阀片的阀钉组成，所述的阀片安装在出入口，且通过阀钉固定在辅助套管套壁上，浆液通过入口推开阀片流出，注浆结束时阀片回落，浆液压紧阀片封堵出口使其无法回流。

两个所述的阻隔件包括一个橡胶活塞和一个法兰，所述法兰焊接在注浆内管上，其外径小于辅助套管内径；所述橡胶活塞套装在注浆内管上，与法兰相邻设置，且橡胶活塞设置在浆液的注入侧。

两个所述的法兰按照设定的距离焊接于注浆内管尾端。

所述橡胶活塞采用丁腈橡胶材料。

所述辅助套管加厚钢管，其尾端焊接尾部法兰，所述的尾部法兰与封口法兰相连接，实现对辅助套管内部注浆。

所述注浆内管由至少两个钢管通过直通阀门连接而成。

一种利用如权利要求1所述的装置进行施工的工艺，包括以下步骤：

步骤1．钻孔布设与开孔：沿隧道开挖轮廓线内周边设置一排钻孔，孔径略大于辅助套管外径，钻孔完毕后，及时清理孔内的余渣，用岩芯管扫孔；

步骤2．地层及辅助套管内注浆：将辅助套管打入钻孔之中，通过注浆内管进行后退式注浆，即先对钻孔底部区段进行注浆，当注浆量或注浆压力达到规定值即暂停注浆，将注浆内管向后拉出设定距离，继续注浆至注浆量或注浆压力达到规定值，如此循环至注完钻孔全长后，取出注浆内管，辅助套管尾端连接封孔法兰，向辅助套管注浆至辅助套管内充满浆液；

步骤3.依次按照步骤1、2对每个钻孔进行注浆。

所述步骤2中，对地层加固的注浆材料选用初凝时间短的浆液，保证浆液主要在辅助套管周围扩散；辅助套管中注浆选用干缩小、强度高的注浆材料。

在步骤3完成后，开挖距离为注浆加固距离的3/4~4/5，开挖过程中辅助套管不随岩体一块挖出，通过与初衬钢拱架焊接作为支撑骨架，与辅助套管间浆脉形成整体帷幕，实现对地层的加固堵水。

本发明的有益效果是：

（1）相比于袖阀管，注浆装置结构较为简单，适合现场制作；注浆装置及工艺过程简易，操作简便；

（2）通过注浆内管的移动，可实现分段控域注浆，确保地层均匀加固，无盲点，避免灾害发生；

（3）实现对浆液的有效利用，注浆量少，大大节约了工程成本。