CN109505633A - 用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置及施工方法，涉及地下工程渗漏治理领域，包括衬砌结构、沿衬砌结构厚度方向间隔开设的贯通的注浆孔、插接在注浆孔内的导向管以及插接在导向管内的注浆管；所述注浆管的内端口与注浆泵连接。所述导向管包括直管部和弯管部，所述直管部与弯管部之间的夹角为150°；直管部位于注浆孔内、且内端头向外伸出注浆孔,并直管部的长度大于注浆孔的长度至少20cm，弯管部沿延伸孔伸入外部土体内。同一位置所述注浆孔反复打设六次，每次打设注浆孔后导向管的插入角度与上次插入位置间隔角度为60°。本发明解决结构上钻孔过多破坏结构自身的完整性，增加结构自身的风险，钻孔数量和注浆效果矛盾的问题。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程渗漏治理领域，特别是用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置及施工方法。
背景技术
在地下工程中，极易出现渗漏水等病害，它不仅与地下工程周边地质水文环境、结构埋深、防水设计方案、防水材料有关，还与结构混凝土性能、施工方法、施工工艺等有关。特别是在城市地下工程中，地铁车站、隧道、地下通道、管廊等基础设施由于长期的运营，其防水结构出现漏洞，进一步导致不同程度的渗漏水现象。渗漏水病害不仅对地下结构本身造成危害，还严重影响到其功能的正常运行。
围岩中的地下水或地表水进入隧道内造成漏水或涌水，是隧道最常见的一种病害。隧道渗漏水对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑和隧道周围水环境产生诸多不良影响甚至威胁、影响内部结构及附属设施，降低使用寿命，严重时将危害到隧道及地下工程的运营安全。
在对地下结构进行渗漏水治理时，注浆是非常有效的技术手段。注浆能够改变围岩的透水性，使衬砌外部围岩自身形成一道防水圈，将水源格挡在外部，防止进入衬砌内部。常用的注浆有化学注浆和水泥注浆。注浆可用于已建成的隧道而不拆除衬砌，而且也是施工期涌水的有效预防措施。而注浆本身作为防水层也能发挥很大的防水作用。如果采用具有长期稳定性的防水材料，则注浆防水可获得永久的防水作用。
背后注浆通常是在结构上打孔，插入注浆管，然后灌注无机浆料或有机浆料。浆液的扩散范围和扩散效果受到地层性质和注浆压力等的影响，而在城市很多区域需要严格控制注浆压力。因此当浆液的扩散范围无法满足要求时，只能依靠增加钻孔的数量来保证注浆效果。在结构上钻孔必然会破坏结构自身的完整性，增加结构自身的风险。因此，在当前衬砌背后注浆方面，存在着钻孔数量和注浆效果之间的矛盾。
发明内容
本发明的目的是提供用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置及施工
方法，要解决结构上钻孔过多破坏结构自身的完整性，增加结构自身的风险，钻孔数量和注浆效果矛盾的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置，包括沿衬砌结构厚度方向间隔开设的贯通的注浆孔、插接在注浆孔内的导向管、插接在导向管内的注浆管以及与注浆管内端口连接的注浆泵；
所述注浆孔由衬砌结构内侧向外侧打设，所述注浆孔外侧延伸至外部土体内20cm，形成延伸孔。
所述导向管包括直管部和弯管部，所述直管部与弯管部之间的夹角为150°；所述直管部位于注浆孔内、且内端头向外伸出注浆孔,并直管部的长度大于注浆孔的长度至少20cm，所述弯管部沿延伸孔伸入外部土体内。
所述注浆管的内端头沿导向管的直管部向外伸出，外端头沿导向管的弯管部沿斜向向外伸出至外部土体内；所述注浆管包括插入在导向管内的插入部和伸入土体内的花管部，所述花管部的主体部分开设有呈梅花状分布的圆孔，端头呈锥形、且端头上沿轴向间隔开设由条形孔；所述花管部插入土体内的长度为2～3m。
同一位置所述注浆孔反复打设六次，每次打设注浆孔后导向管的插入角度与上次插入位置间隔角度为60°。
所述注浆孔的孔径为5cm、孔距为7～8m。
所述导向管的管径为4cm，为PVC管或金属管。
所述注浆管的直径为2cm，为PVC管或金属管。
所述注浆管的浆液扩散范围为以注浆管为轴、半径为1m的圆柱形范围内。
所述注浆泵的持续注浆压力不大于0.1Mpa，瞬时压力不大于0.3Mpa。
应用所述的用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置的施工方法，用于浅埋泥质地层，步骤为：
步骤一，采用直径5cm的钻头在衬砌结构上按照7～8m的孔距打设孔径为5cm的注浆孔，注浆孔沿衬砌结构的厚度方向由内侧向外侧打设，直至钻头打穿混凝土结构和防水层，打设至外部土体内20cm，形成延伸孔，以便于导向管的顺利插入。
步骤二，将导向管插入注浆孔内，导向管的直管部位于注浆孔内、弯管部伸出注浆孔并由延伸孔伸入外部土体内。
步骤三，将注浆管插入导向管内，注浆管插入后，顺导向管通道弯曲，使得注浆管伸向注浆孔位置侧后方2～3m位置。
步骤四，将注浆管的内端口与注浆泵连通，浆液采用丙烯酸盐和水泥混合浆液。
在注浆压力满足周边地层的安全要求的前提下，调整注浆泵的持续注浆压力控制在0.1Mpa以内，瞬时压力不得超过0.3Mpa，浆液通过注浆管扩散至注浆管周围1m范围。
步骤五，一个方向注浆达到要求后，拔出导向管，注浆管留在注浆孔内，然后用切割机截断注浆管内端头伸出注浆孔的外部多余部分，使得注浆管的内端头与注浆孔平齐，然后将打孔钻头再次伸入注浆孔中，清理注浆孔并切断留在注浆孔内的注浆管，钻头应钻至上次打设的延伸孔位置，保证注浆孔前方的注浆管全部清理干净，切割完成后将切下的材料和注浆孔内杂物清除，以便于导向管下一步再次插入。
步骤六，在注浆孔内再次插入导向管，弯管部分与上次插入角度呈60°夹角。
步骤七，重复步骤三至六，直至完成6个方向的注浆，可按逆时针，分别沿a、b、c、d、e、f，六个方向依次进行注浆，或者按顺时针，分别沿a、f、e、d、c、b，六个方向依次进行注浆。
步骤八，全部注浆完毕后，采用刚性填充材料回填封堵注浆孔，恢复衬砌结构。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明的用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置及施工方法，适用于富水泥质地层的衬砌结构背后注浆堵水施工，解决城市地下隧道、地铁、通道等的渗漏水问题，可改良外部富水土体，形成注浆圈，能够在大幅度减少衬砌结构上钻孔数量的同时保证衬砌结构背后注浆堵水的效果。
本发明通过在同一钻孔位置反复打孔，较常规施工方法，在大幅度减少钻设的注浆孔的数量的同时，减少了对结构的损伤，并每次插入前调整注浆管的插入位置，保证每次打设注浆孔后导向管的插入角度与上次插入位置间隔角度为60°，浆液扩散范围大，且扩散均匀，可以保证良好的注浆效果，同时能够使浆液和土层进行很好的结合，可以有效的改良土层，使得衬砌结构外部形成一道防水圈。
本发明可广泛应用于地下隧道、地铁、通道等的渗漏水工程中。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是步骤一中，在衬砌结构上打设注浆孔的示意图。
图2是步骤二中，在注浆孔内插入导向管的示意图。
图3是步骤三中，在导向管内插入注浆管的示意图。
图4是步骤五中，一次注浆结束后拔出导向管并截掉注浆管内端头伸出注浆孔部分后的示意图。
图5是步骤六中，导向管六次插入注浆孔的插入角度示意图。
附图标记：1—衬砌结构、2—注浆孔、3—导向管、4—注浆管、5—延伸孔。
具体实施方式
实施例参见图1所示,用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置及施工方法，其中，用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置，包括衬砌结构1、沿衬砌结构1厚度方向间隔开设的贯通的注浆孔2、插接在注浆孔2内的导向管3以及插接在导向管3内的注浆管4；所述注浆管4的内端口与注浆泵连接；所述注浆泵的持续注浆压力不大于0.1Mpa，瞬时压力不大于0.3Mpa；所述衬砌结构1上还打设有观察孔。
所述注浆孔2由衬砌结构1内侧向外侧打设，所述注浆孔2外侧延伸至外部土体内20cm，形成延伸孔5；所述注浆孔2的孔径为5cm、孔距为7～8m。
所述导向管3包括直管部和弯管部，所述直管部与弯管部之间的夹角为150°；所述直管部位于注浆孔2内、且内端头向外伸出注浆孔2,并直管部的长度大于注浆孔2的长度至少20cm，所述弯管部沿延伸孔5伸入外部土体内；所述导向管3的管径为4cm，需要满足一定柔度和硬度要求，以刚好能插入注浆孔2为宜，为PVC管或金属管。
所述注浆管4的内端头沿导向管3的直管部向外伸出，外端头沿导向管3的弯管部沿斜向向外伸出至外部土体内；所述注浆管4包括插入在导向管3内的插入部和伸入土体内的花管部，所述花管部的主体部分开设有呈梅花状分布的圆孔，端头呈锥形、且端头上沿轴向间隔开设由条形孔；所述花管部插入土体内的长度为2～3m；所述注浆管4的直径为2cm，需要满足一定柔度和硬度要求，以刚好能插入导向管3并沿导向管方向弯曲为宜，为PVC管或金属管；所述注浆管4的浆液扩散范围为以注浆管为轴、半径为1m的圆柱形范围内。
同一位置所述注浆孔2反复打设六次，每次打设注浆孔2后导向管3的插入角度与上次插入位置间隔角度为60°。
应用所述的用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置的施工方法，用于浅埋地层，步骤为：
步骤一，采用直径5cm的钻头在衬砌结构1上按照7～8m的孔距打设孔径为5cm的注浆孔2，注浆孔2沿衬砌结构1的厚度方向由内侧向外侧打设，直至钻头打穿混凝土结构和防水层，打设至外部土体内20cm，形成延伸孔5，以便于导向管3的顺利插入。
衬砌结构1上注浆孔2的具体打孔位置可视现场具体情况而定，在条件允许情况下，打孔位置以满足最佳注浆效果为准，进一步地，孔距根据现场要求和注浆效果进行调整，对于注浆要求比较高的区域，打孔数量可适当加密，并可设置观察孔。
步骤二，将导向管3插入注浆孔2内，导向管3的直管部位于注浆孔2内、弯管部伸出注浆孔2并由延伸孔5伸入外部土体内，直管部与弯管部的连接点位于衬砌结构1外侧。
导向管3采用具有已定柔性的PVC管材或金属管材，保证导向管3能够顺利插入注浆孔2内，能够引导注浆管4的方向，使注浆管4能够在衬砌结构1外侧弯曲，伸向注浆孔2的四周。
步骤三，将注浆管4插入导向管3内，注浆管4插入后，顺导向管3通道弯曲，使得注浆管4伸向注浆孔2位置侧后方2～3m位置；
步骤四，将注浆管4的内端口与注浆泵连通，浆液采用丙烯酸盐和水泥混合浆液，并根据现场情况确定浆液配比。
在注浆压力满足周边地层的安全要求的前提下，调整注浆泵的持续注浆压力控制在0.1Mpa以内，瞬时压力不得超过0.3Mpa，然后开启注浆泵，浆液通过注浆管4扩散至注浆管周围1m范围。
注浆采用注浆压力和注浆量综合控制注浆效果。
具体的，在应用场景埋深较浅，即属于浅埋地层时，区域内土压力较小，过大的注浆压力可能会周边造成不同程度的影响，因此调整注浆泵的持续注浆压力通常控制在0.1Mpa以内，瞬时压力不得超过0.3Mpa。
步骤五，一个方向注浆达到要求后，拔出导向管3，注浆管4留在注浆孔2内，然后用切割机截断注浆管4内端头伸出注浆孔2的外部多余部分，使得注浆管4的内端头与注浆孔2平齐，然后将打孔钻头再次伸入注浆孔2中，清理注浆孔2并切断留在注浆孔2内的注浆管4，钻头应钻至上次打设的延伸孔5位置，保证注浆孔2前方的注浆管4全部清理干净，切割完成后将切下的材料和注浆孔2内杂物清除，以便于导向管3下一步再次插入。
步骤六，在注浆孔2内再次插入导向管3，弯管部分与上次插入角度呈60°夹角。
步骤七，重复步骤三至六，直至完成6个方向的注浆，可按逆时针，分别沿a、b、c、d、e、f，六个方向依次进行注浆，或者按顺时针，分别沿a、f、e、d、c、b，六个方向依次进行注浆。
步骤八，全部注浆完毕后，采用刚性填充材料回填封堵注浆孔2，恢复衬砌结构1，填充材料强度应满足原衬砌结构1的强度要求，同时填充材料应具有防水功能。
Claims (7)
1.一种用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置，其特征在于：包括沿衬砌结构（1）厚度方向间隔开设的贯通的注浆孔（2）、插接在注浆孔（2）内的导向管（3）、插接在导向管（3）内的注浆管（4）以及与注浆管（4）内端口连接的注浆泵；
所述注浆孔（2）由衬砌结构（1）内侧向外侧打设，所述注浆孔（2）外侧延伸至外部土体内20cm，形成延伸孔（5）；
所述导向管（3）包括直管部和弯管部，所述直管部与弯管部之间的夹角为150°；所述直管部位于注浆孔（2）内、且内端头向外伸出注浆孔（2）,并直管部的长度大于注浆孔（2）的长度至少20cm，所述弯管部由延伸孔（5）伸入外部土体内；
所述注浆管（4）的内端头沿导向管（3）的直管部向外伸出，外端头沿导向管（3）的弯管部沿斜向向外伸出至外部土体内；所述注浆管（4）包括插入在导向管（3）内的插入部和伸入土体内的花管部，所述花管部的主体部分开设有呈梅花状分布的圆孔，端头呈锥形、且端头上沿轴向间隔开设由条形孔；所述花管部插入土体内的长度为2～3m；
同一位置所述注浆孔（2）反复打设六次，每次打设注浆孔（2）后导向管（3）的插入角度与上次插入位置间隔角度为60°。
2.根据权利要求1所述的用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置，其特征在于：所述注浆孔（2）的孔径为5cm、孔距为7～8m。
3.根据权利要求1所述的用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置，其特征在于：所述导向管（3）的管径为4cm，为PVC管或金属管。
4.根据权利要求1所述的用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置，其特征在于：所述注浆管（4）的直径为2cm，为PVC管或金属管。
5.根据权利要求1所述的用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置，其特征在于：所述注浆管（4）的浆液扩散范围为以注浆管为轴、半径为1m的圆柱形范围内。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置，其特征在于：所述注浆泵的持续注浆压力不大于0.1Mpa，瞬时压力不大于0.3Mpa。
7.应用权利要求1所述的用于泥质地层的衬砌背后导向管注浆堵水装置的施工方法，其特征在于，用于浅埋泥质地层，步骤为：
步骤一，采用直径5cm的钻头在衬砌结构（1）上按照7～8m的孔距打设孔径为5cm的注浆孔（2），注浆孔（2）沿衬砌结构（1）的厚度方向由内侧向外侧打设，直至钻头打穿混凝土结构和防水层，打设至外部土体内20cm，形成延伸孔（5），以便于导向管（3）的顺利插入；
步骤二，将导向管（3）插入注浆孔（2）内，导向管（3）的直管部位于注浆孔（2）内、弯管部伸出注浆孔（2）并由延伸孔（5）伸入外部土体内；
步骤三，将注浆管（4）插入导向管（4）内，注浆管（4）插入后，顺导向管（3）通道弯曲，使得注浆管（4）伸向注浆孔（2）位置侧后方2～3m位置；
步骤四，将注浆管（4）的内端口与注浆泵连通，浆液采用丙烯酸盐和水泥混合浆液；
在注浆压力满足周边地层的安全要求的前提下，调整注浆泵的持续注浆压力控制在0.1Mpa以内，瞬时压力不得超过0.3Mpa，浆液通过注浆管（4）扩散至注浆管周围1m范围；
步骤五，一个方向注浆达到要求后，拔出导向管（3），注浆管（4）留在注浆孔（2）内，然后用切割机截断注浆管（4）内端头伸出注浆孔（2）的外部多余部分，使得注浆管（4）的内端头与注浆孔（2）平齐，然后将打孔钻头再次伸入注浆孔（2）中，清理注浆孔（2）并切断留在注浆孔（2）内的注浆管（4），钻头应钻至上次打设的延伸孔（5）位置，保证注浆孔（2）前方的注浆管（4）全部清理干净，切割完成后将切下的材料和注浆孔（2）内杂物清除，以便于导向管（3）下一步再次插入；
步骤六，在注浆孔（2）内再次插入导向管（3），弯管部分与上次插入角度呈60°夹角；
步骤七，重复步骤三至六，直至完成6个方向的注浆，可按逆时针，分别沿a、b、c、d、e、f，六个方向依次进行注浆，或者按顺时针，分别沿a、f、e、d、c、b，六个方向依次进行注浆；
步骤八，全部注浆完毕后，采用刚性填充材料回填封堵注浆孔（2），恢复衬砌结构（1）。
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