CN107023302A - 一种微扰动超前小导管装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微扰动超前小导管装置及其使用方法，所述微扰动超前小导管装置包括侧壁开设有若干注浆孔的外管，所述外管沿其轴线方向划分为若干注浆区段；每个所述注浆区段内的所述注浆孔连接有一根注浆管；所述外管的前端内部设置有可前后伸缩控制的冲土喷嘴，所述冲土喷嘴连接一高压供水管。本发明的优点是，外管划分为若干注浆区段，在使用过程中可以对外管外侧进行分区段注浆，并且可以根据土层的应力状况、地表沉降情况等调节各注浆区段的注浆压力；注浆过程中采用的具有润滑作用惰性浆液，可以有效减小外管压入过程中对周边土体造成的扰动。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种微扰动超前小导管装置及其使用方法。
背景技术
地下空间开发利用过程中，顶管施工是一种经常被应用到的技术手段，然而在既有路基下部进行顶管施工时，将会对其上部路基结构造成较大的影响，例如对于公路，则对应着影响到路面；或者对于铁路，则对应着影响到轨道结构；为了减少对路基的扰动影响，一般在顶管上部预先打入超前小导管，但打入超前小导管时，可能对超前小导管一定范围内的其他构筑物造成挤压，尤其是采用较大直径的超前小导管时。
在常规施工中，向土体中直接压入超前小导管，超前小导管的直径不宜过大，否则将会对周围土体造成较大的挤压扰动。
而当用于对路基稳定性要求高的工程施工时，通常采用预先压入超前小导管的方法。但在压入超前小导管的过程中，超前小导管的前部土体将会被挤向四周，导致路基表面发生隆起，从而影响路面（公路）或轨道（铁路）的平顺性。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种微扰动超前小导管装置及其使用方法，该装置在使用过程中通过采用分段注浆以及高压水流冲土的技术手段，有效地减小了施工过程对周围土体的挤压和扰动。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种微扰动超前小导管装置，所述微扰动超前小导管装置包括侧壁开设有若干注浆孔的外管，所述外管沿其轴线方向划分为若干注浆区段；每个所述注浆区段内的所述注浆孔连接有一根注浆管；所述外管的前端内部设置有冲土喷嘴，所述冲土喷嘴连接一高压供水管。
所述注浆管位于所述外管的内部，所述注浆管依次连接其所对应的所述注浆区段内的各所述注浆孔，所述注浆管尾端部设置有调压阀。
所述冲土喷嘴经一前后可调支座固定于所述外管内，所述前后可调支座与所述外管内壁面呈前后可滑动式配合，且所述前后可调支座与所述外管内壁之间设置有液压调节油缸，所述液压调节油缸的一端连接所述外管的内壁，其另一端连接所述前后可调支座。
所述外管前端设置有若干齿状结构。
所述注浆管以及所述高压供水管由所述外管后端接入所述外管内部。
所述外管内壁面上设置有若干沿轴向分布的固定卡座，所述注浆管以及所述高压供水管经所述固定卡座固定于所述外管内壁上。
所述冲土喷嘴包括适配管以及旋转喷头，所述适配管固定安装在所述前后可调支座的中部，所述高压供水管连接在所述适配管的后端，所述旋转喷头的后端可旋地安装在所述适配管的前端；所述旋转喷头的前端为锥形且指向所述外管的前端；所述旋转喷头的侧面设置有若干个喷口，所述喷口朝向所述旋转喷头的斜后方。
所述外管的直径为10-100cm；所述外管的壁厚为3-15mm。
本发明还包括一种所述微扰动超前小导管装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：将所述外管旋转 压入土体内部；在所述外管压入土体的过程中，通过注浆管向已压入土体的注浆区段的外侧进行注浆，同时利用冲土喷嘴向进入所述外管前端的土体喷水形成泥浆，所述泥浆从所述外管后端排出。
所述冲土喷嘴包括一旋转喷头，在所述旋转喷头喷水的过程中利用水流的反作用力进行旋转。
在注浆过程中，通过连接在所述注浆管上的调压阀调节各所述注浆区段的注浆压力；靠近土体外部的所述注浆区段的注浆压力小于位于所述土体深部的注浆区段的注浆压力。
在将所述外管在压入土体的过程中，根据所述外管穿越的土体的土体力学性能、地表的隆沉监测结果，动态地控制前后可调支座的位置，以调节所述冲土喷嘴与所述外管前端之间的距离。
本发明的优点是，外管划分为若干注浆区段，在施工过程中可以对外管外侧进行分区段注浆，并且可以根据地层的土体力学性能、地表隆沉情况，适时地调节各注浆区段的注浆压力；注浆过程中采用具有润滑的惰性浆液作用，可以有效减小外管压入过程中对周边土体造成的扰动；在外管压入过程中使用冲土喷嘴冲出进入外管的内一定深度的土体，可以避免外管压入地层过程中挤压周边土体，造成地表隆起或影响临近的构筑物；本发明可用于比传统超前小导管更大直径的超前小导管。
附图说明
图1为本发明中的外管的纵截面示意图；
图2为本发明中图1中a处的局部放大图；
图3为本发明中图1中b处的局部放大图；
图4为本发明中图1中A-A处的横截面示意图；
图5为本发明中的外管旋转压入土体（路基断面）过程中的示意图；
图6为本发明中的旋转喷头的正面视图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-6，图中标记1-16分别为：外管1、注浆孔2、注浆管3、冲土喷嘴4、高压供水管5、注浆区段6a、注浆区段6b、注浆区段6c、注浆区段6d、、调压阀8、前后可调支座9、液压调节油缸10、齿状结构11、固定卡座12、土体13、适配管14、旋转喷头15、喷口16。
实施例：如图1至3所示，本实施例具体涉及一种微扰动超前小导管装置，本实施例的微扰动超前小导管装置包括外管1，外管1的侧壁开设有若干注浆孔2；外管1的两端开口，沿其轴线方向划分为若干注浆区段6；每个注浆区段6内的注浆孔2连接有一根注浆管3；外管1的前端内部设置有冲土喷嘴4，冲土喷嘴4连接一高压供水管5。
如图1、2所示，本实施例中，每个注浆区段6设置有一根注浆管3，注浆管3由外管1的后端接入外管1内部；注浆管3的前端依次连接其对应的注浆区段6内的各注浆孔2；各注浆区段6的注浆管3相互独立，每根注浆管3的尾端设置有一个调压阀8；通过调节调压阀8的压力可以调节各注浆区段6的注浆压力。
如图1、5所示，外管1依据其管长以及土层情况划分注浆区段6；在本实施例中外管1划分为四个注浆区段6a、6b、6c、6d；注浆区段6a靠近外管1的后端的区域不开设注浆孔。
如图1、3、4所示，冲土喷嘴4经一前后可调支座9固定于外管1的内表面，前后可调支座9与外管内壁面呈可滑动式配合，在前后可调支座9与外管1的内壁之间设置有液压调节油缸10，通过控制各液压调节油缸10的伸缩，可沿轴箱调节前后可调支座9的位置，进而调节前后可调支座9与外管1的前端之间的距离；冲土喷嘴4用于向进入外管1前端的土体喷射高压水流，土体在高压水流的冲击下变成泥浆，泥浆由外管1的后端排出；通过冲土喷嘴4清除外管1内部的土体，可以避免外管1压入土层的过程中对外管1周围的土体进行挤压，减小了外管1对土层造成的扰动。
如图1、3、6所示，冲土喷嘴4包括适配管14以及旋转喷头15，适配管14固定安装在前后可调支座9的中部，高压供水管5连接在适配管14的后端，旋转喷头15的后端可旋地安装在适配管14的前端；旋转喷头15的前端为锥形且指向外管1的前端；所述旋转喷头15的侧面设置有两个喷口16，喷口16朝向旋转喷头15的斜后方。
如图2、3所示，外管1的前端的边缘处设置有若干齿状结构11，齿状结构11用于在外管1压入土体的过程中切割土体；注浆管3以及高压供水管5由外管1后端的接入外管内部；外管1内壁面上设置有若干沿轴向分布的固定卡座12，注浆管3以及高压供水管5经固定卡座12固定于外管1的内壁上；在本实施例中，外管1的外直径10cm-100cm，壁厚0.3cm-1.5cm；高压供水管5的外直径1cm-3cm，壁厚0.15cm-0.2cm；注浆管3的外直径3cm-4cm，壁厚0.2cm-0.3cm。
如图1至5所示，本实施例的微扰动超前小导管装置的使用方法包括以下步骤：
1）在使用前在施工区域的地表布设沉降监测点，以便在施工过程中根据地表沉降监测点地的隆起情况对小导管的使用进行控制。
2）将外管1旋转压入土体内部；如图3、5所示，外管1在旋转过程中，位于其前端的齿状结构11持续切削土体13；切削掉的土体13通过外管1的前端进入外管内部；位于外管1前端内部的冲土喷嘴4向进入外管1的土体喷水，使之形成泥浆；泥浆流过外管1内部的空腔，从外管1后端排出。
如图3、6所示，在冲土喷嘴4喷水过程中，其前端的旋转喷头15在水流的反作用力的作用下进行旋转，旋转喷头15的旋转会导致其喷射的水流一同旋转，旋转的水流可以使得土体与水形成更加均匀的泥浆，从而便于泥浆从外管1的后端排出，同时可以避免混合不均匀的泥浆堵塞外管1。
如图2、5所示，在外管1旋转压入土体13的过程中，同时对外管1压入土体13的注浆区段6的外侧进行注浆，注浆采用的浆液为不会硬化的惰性浆液；通过注浆可以减小外管对周围土体13的挤压，从而有效减小外管1对周围土体的扰动；在注浆的过程中可以通过调节各注浆管3的调压阀8，进而调节各注浆区段的注浆压力。
如图5所示，本实施例中，土体13为截面为梯形的路基，外管1沿水平方向旋转压入土体13内部；在压入过程中，为了防止注浆压力过大对路基的边坡造成破坏，在靠近土体外部的注浆区段6b采用较小的注浆压力，在土体13深处的注浆区段6c、6d采用较大的注浆压力；在注浆过程中，当外管1对周围土体扰动导致其上部发生沉降时，可根据实测沉降程度调节各注浆区段6的注浆压力。
如图1、3所示，在外管1旋转压入土体13的过程中，根据外管1穿越土体的土体力学性能、地表的隆沉监测结果等，通过液压调节油缸10动态地控制前后可调支座9的位置，以调节冲土喷嘴4与外管1的前端之间的距离；通过动态调节前后可调支座9的位置，可以使得冲土喷嘴4在保持微小扰动的情况下适应各种地质条件的土体。
本实施例的有益技术效果为：外管划分为若干注浆区段，在施工过程中可以对外管外侧进行分区段注浆，并且可以根据地层的土体力学性能、地表隆沉情况，适时地调节各注浆区段的注浆压力；注浆过程中采用具有润滑的惰性浆液作用，可以有效减小外管压入过程中对周边土体造成的扰动；在外管压入过程中使用冲土喷嘴冲出进入外管的内一定深度的土体，可以避免外管压入地层过程中挤压周边土体，造成地表隆起或影响临近的构筑物；本发明可用于比传统超前小导管更大直径的超前小导管。
Claims (10)
1.一种微扰动超前小导管装置，其特征在于所述微扰动超前小导管装置包括侧壁开设有若干注浆孔的外管，所述外管沿其轴线方向划分为若干注浆区段；每个所述注浆区段内的所述注浆孔连接有一根注浆管；所述外管的前端内部设置有冲土喷嘴，所述冲土喷嘴连接一高压供水管。
2.根据权利要求1所述的一种微扰动超前小导管装置，其特征在于所述注浆管位于所述外管的内部，所述注浆管依次连接其所对应的所述注浆区段内的各所述注浆孔，所述注浆管尾端部设置有调压阀。
3.根据权利要求1所述的一种微扰动超前小导管装置，其特征在于所述冲土喷嘴经一前后可调支座固定于所述外管内，所述前后可调支座与所述外管内壁面呈前后可滑动式配合，且所述前后可调支座与所述外管内壁之间设置有液压调节油缸，所述液压调节油缸的一端连接所述外管的内壁，其另一端连接所述前后可调支座。
4.根据权利要求1所述的一种微扰动超前小导管装置，其特征在于所述外管前端设置有若干齿状结构；所述注浆管以及所述高压供水管由所述外管后端接入所述外管内部。
5.根据权利要求4所述的一种微扰动超前小导管装置，其特征在于所述外管内壁面上设置有若干沿轴向分布的固定卡座，所述注浆管以及所述高压供水管经所述固定卡座固定于所述外管内壁上。
6.根据权利要求1所述的一种微扰动超前小导管装置，其特征在于所述冲土喷嘴包括适配管以及旋转喷头，所述适配管固定安装在所述前后可调支座的中部，所述高压供水管连接在所述适配管的后端，所述旋转喷头的后端可旋地安装在所述适配管的前端；所述旋转喷头的前端为锥形且指向所述外管的前端；所述旋转喷头的侧面设置有若干个喷口，所述喷口朝向所述旋转喷头的斜后方。
7.一种涉及权利要求1-6中任一所述微扰动超前小导管装置的使用方法，其特征在于所述使用方法包括以下步骤：将所述外管旋转压入土体内部；在所述外管压入土体的过程中，通过注浆管向已压入土体的注浆区段的外侧进行注浆，同时利用冲土喷嘴向进入所述外管前端的土体喷水形成泥浆，所述泥浆从所述外管后端排出。
8.根据权利要求7所述的一种微扰动超前小导管装置的使用方法，其特征在于所述冲土喷嘴包括一旋转喷头，在所述旋转喷头喷水的过程中利用水流的反作用力进行旋转。
9.根据权利要求7所述的一种微扰动超前小导管装置的使用方法，其特征在于在注浆过程中，通过连接在所述注浆管上的调压阀调节各所述注浆区段的注浆压力；靠近土体外部的所述注浆区段的注浆压力小于位于所述土体深部的注浆区段的注浆压力。
10.根据权利要求7所述的一种微扰动超前小导管装置的使用方法，其特征在于在将所述外管在压入土体的过程中，根据所述外管穿越的土体的土体力学性能、地表的隆沉监测结果，动态地控制前后可调支座的位置，以调节所述冲土喷嘴与所述外管前端之间的距离。
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