CN110593290A - 一种同心管式高压灌浆装置及灌浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同心管式高压灌浆装置及灌浆方法，它包括设置在灌浆孔内部的高压灌浆塞结构及其上部的同心管结构，所述同心管结构的底端通过内外管接头连接有高压灌浆塞结构，所述高压灌浆塞结构整体设置在同心管结构的底部，具有一密封加压仓；所述高压灌浆塞结构的密封加压仓通过高压水管与用于提供高压水的压水泵相连，所述同心管结构的内管贯穿整个装置，使用时其顶端与灌浆装置相连，所述同心管结构的外管顶部设置有回浆口，使用时所述回浆口与外循环接头相连。同心管式进回浆管采用外管螺连接、内管插接的方式，加工制作简单，安装拆卸方便，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种同心管式高压灌浆装置及灌浆方法，属于灌浆施工工程领域。
背景技术
灌浆工程，一般是将水泥、水、石灰或其他化学材料按一定配比制成浆液，并采用灌浆机械通过钻孔压入岩体或建筑物的缝隙中胶结硬化，达到防渗、加固的工程目的。
灌浆方法主要有孔口阻塞法和段顶阻塞灌浆法两种，均采用自上而下分段完成。阻塞灌浆法有循环式和纯压式两种形式；目前，循环式灌浆法所用灌浆装置，采用的是进、回浆管分开并列式的水压灌浆塞，因进浆管、回浆管、液压管三管并列，管径要小，接头多、刚度差，安装工序复杂，工效低，因多管缠绕而常出现下放不到孔底或卡阻而拔不出来等问题。
自上而下分段完成灌浆形式，其步骤是，先完成一段深度为2m到8m不等的钻孔，起出孔内钻孔装置，下设安装灌浆装置，并进行该段灌浆，灌浆完成后拔出灌浆装置，再下入钻孔装置继续下一段的钻孔，如此循环操作，直至达到要求的灌浆深度。此灌浆方式工序繁杂，工效低，浆液损耗大。对深度较大的灌浆孔，上述方法工效低、损耗大的问题尤为突出。
发明内容
本发明旨在改变传统循环式灌浆装置进回浆管并列的结构形式，简化安装连接方式和步骤，消除灌浆装置管路卡阻风险，提高灌浆装置对不同孔深特别是深孔的适应性；同时因灌浆装置改进，可靠性提高，可以实现自下而上分段灌浆，即一次钻孔到要求的深度，起出钻孔装置后，下设灌浆装置到孔底段，自下而上依次分段灌浆，可以简化钻孔灌浆施工程序，提高钻孔灌浆效率，降低浆液损耗，节省施工成本。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种同心管式高压灌浆装置，它包括设置在灌浆孔内部的高压灌浆塞结构及其上部的同心管结构，所述同心管结构的底端通过内外管接头连接有高压灌浆塞结构，所述高压灌浆塞结构整体设置在同心管结构的底部，具有一密封加压仓；所述高压灌浆塞结构的密封加压仓通过高压水管与用于提供高压水的压水泵相连，所述同心管结构的内管贯穿整个装置，使用时其顶端与灌浆装置相连，所述同心管结构的外管顶部设置有回浆口，使用时所述回浆口与外循环接头相连。
所述同心管结构包括外管，所述外管的内部嵌套安装有内管，并呈同轴心布置；多节所述外管和内管之间通过内外管接头组装相连。
所述内外管接头包括连接外管，所述连接外管的两端设置有内管支撑板，两个所述内管支撑板的中心安装有连接内管，所述内管支撑板上均布加工有多个通孔，在连接外管和连接内管之间形成回浆通道，在连接外管的两端外部分别加工有顶部连接螺纹柱和底部连接螺纹柱，所述顶部连接螺纹柱与上节外管的内螺纹构成螺纹连接，所述底部连接螺纹柱与下节外管的内螺纹构成螺纹连接；所述连接内管的顶部加工有用于插接上节内管底端的插装阶梯孔，在连接内管的底部加工有用于连接下节内管顶端的内管连接螺纹孔；在连接内管的中心形成灌浆通道。
所述高压灌浆塞结构包括柱塞内管，所述柱塞内管通过内外管接头与其顶部的同心管结构固定相连，并固定安装在内外管接头的内管连接螺纹孔上；在柱塞内管的外部套装有柱塞外管，所述柱塞外管的顶端通过螺纹配合与内外管接头的底部连接螺纹柱固定相连，所述柱塞外管的外部套装有在高压能够膨胀的橡胶胶囊，所述橡胶胶囊的顶部一端通过胶囊固定接头与柱塞外管固定相连，所述橡胶胶囊的底部一端通过胶囊滑动接头与柱塞外管相连；所述胶囊固定接头上设置有用于和橡胶胶囊内部相连通的液压管接头，所述液压管接头与高压水管相连通。
所述胶囊固定接头包括套装在柱塞外管外部的固定环，所述固定环的底端连接有锥形挤压内管，所述锥形挤压内管的底部锥形端与橡胶胶囊的顶端插装相连，并在其外部套装外箍钢管进行紧固相连。
所述胶囊滑动接头通过多道内环形密封圈滑动套装在柱塞外管的外部，所述胶囊滑动接头的顶部与连接在橡胶胶囊底端的锥形挤压内管通过螺纹连接，并在两者结合的端面设置外环形密封圈进行密封。
所述橡胶胶囊由内胶层、中胶层、两层钢丝编织层和外胶层组成，所述柱塞外管、柱塞内管、橡胶胶囊、胶囊固定接头和胶囊滑动接头所构成的密封加压仓，其耐液压至少20MPa。
所述内管的底端与内外管接头的插装阶梯孔之间设置有多道顶部环形密封圈。
同心管式高压灌浆装置的灌浆方法，包括如下步骤：
Step1，钻孔：实施灌浆孔的钻孔作业，钻孔孔径不小于60mm，深度符合要求；
Step2，连接灌浆塞阻塞管路：在地面上将高压水管连接到液压管接头上，并将高压水管与压水泵连接构成加压阻塞系统；
Step3，分节连接并安装孔内灌浆装置：将高压灌浆塞结构和同心管结构按节连接好并下入灌浆孔内，至最底灌浆段顶为止；
Step4，安装孔口外循环接头：在回浆口处，将回浆口与外循环接头相连进而连通同心管结构；
Step5，加压阻塞：采用压水泵将水压入高压灌浆塞结构的密封加压仓，加压压力按2MPa~8MPa，进而使得橡胶胶囊膨胀变形紧贴在灌浆孔的孔壁上，阻止浆液沿孔壁间隙流出；灌浆时，如发现孔内灌浆装置有外滑时，可继续加压，直至不会再滑动为止；
Step6，灌浆作业：阻塞成功后，通过同心管结构的内管进行灌浆作业；
Step7，卸压松塞、上提灌浆装置：待此段灌浆结束后，松开压水泵上的泄压阀门，从而松开高压灌浆塞，此时胶囊滑动接头沿柱塞外管向下滑动，橡胶胶囊收缩，从灌浆孔脱开，从孔内起出一定长度的同心管；
Step8，重复上述步骤5~7，即可实现自下而上分段灌浆。
本发明有如下有益效果：
1、本发明采用同心管结构进回浆方式，将小径内管内置于大径外管中，以内管为进浆管，内管和外管间环状间隙为回浆通道，改变了传统进浆管、回浆管、液压管三管并列的循环方式，提高了进回浆管的刚度和同心度，可有效避免在安装过程中出现卡管、下不到孔底以及提不出来的风险，大大提高了灌浆装置对孔深的适应能力，特别合适进行深孔灌浆；同心管式进回浆管采用外管螺连接、内管插接的方式，加工制作简单，安装拆卸方便，效率高。
2、本发明采用水压式高压灌浆塞结构，可通过调节水压控制高压橡胶胶囊的变形，在灌浆时加压，利用高压橡胶胶囊膨胀变形堵住灌浆孔，在灌浆完后减小水压，利用高压橡胶管收缩变形将灌浆装置取出，实现灌浆装置可重复使用。
3、本发明利用同心管式进回浆管刚度大，水压式胶管灌浆塞可重复使用的特点，提出了自下而上式的灌浆方法，改变了传统的灌浆工艺，大大简化了灌浆施工工序，提高了灌浆效率，减少了浆液损耗，节省施工成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1 为本发明剖面示意图。
图2为本发明同心管结构连接结构图。
图3为本发明高压灌浆塞结构连接结构图。
图4为本发明内外管接头结构图。
图5为本发明施工中钻孔施工图。
图6为本发明施工中灌浆装置安装分节连接并下孔施工图。
图7为本发明施工中安装孔外循环接头施工图。
图8为本发明施工中对高压灌浆塞结构进行加压后的阻塞效果图。
图9为本发明施工中进行灌浆作业的过程图。
图10为本发明施工中卸压松塞上提灌浆装置的过程图。
图11为本发明施工中再次加压阻塞灌浆的过程图。
图中：灌浆孔1、内管2、外管3、内外管接头4、顶部环形密封圈5、柱塞外管6、柱塞内管7、橡胶胶囊8、胶囊固定接头9、胶囊滑动接头10、液压管接头11、高压水管12、压水泵13、回浆口14；
内管支撑板4-1、通孔4-2、插装阶梯孔4-3、顶部连接螺纹柱4-4、连接外管4-5、回浆通道4-6、灌浆通道4-8、内管连接螺纹孔4-9、底部连接螺纹柱4-10；
固定环9-1、锥形挤压内管9-2、外箍钢管9-3、外环形密封圈9-4、内环形密封圈9-5。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
请参阅图1-4，一种同心管式高压灌浆装置，它包括设置在灌浆孔1内部的高压灌浆塞结构及其上部的同心管结构，所述同心管结构的底端通过内外管接头4连接有高压灌浆塞结构，所述高压灌浆塞结构整体设置在同心管结构的底部，具有一密封加压仓；所述高压灌浆塞结构的密封加压仓通过高压水管12与用于提供高压水的压水泵13相连，所述同心管结构的内管2贯穿整个装置，使用时其顶端与灌浆装置相连，所述同心管结构的外管3顶部设置有回浆口14，使用时所述回浆口14与外循环接头相连。通过采用上述结构的高压灌浆装置，其采用同心管结构，改变传统循环式灌浆装置进回浆管并列的结构形式，简化安装连接方式和步骤，消除灌浆装置管路卡阻风险，提高灌浆装置对不同孔深特别是深孔的适应性。通过采用高压灌浆塞结构能够在灌浆过程中形成封堵结构，进而保证了其能够从孔底段，自下而上依次分段灌浆，可以简化钻孔灌浆施工程序，提高钻孔灌浆效率，降低浆液损耗，节省施工成本。
进一步的，所述同心管结构包括外管3，所述外管3的内部嵌套安装有内管2，并呈同轴心布置；多节所述外管3和内管2之间通过内外管接头4组装相连。通过采用上述的外管3和内管2的嵌套同心布置，内管2和外管3间环状间隙为回浆通道，改变了传统进浆管、回浆管、液压管三管并列的循环方式，提高了进回浆管的刚度和同心度，可有效避免在安装过程中出现卡管、下不到孔底以及提不出来的风险，大大提高了灌浆装置对孔深的适应能力，特别合适进行深孔灌浆；同心管式进回浆管采用外管螺连接、内管插接的方式，加工制作简单，安装拆卸方便，效率高。
优选的，所述内管2为进浆通道，实现向孔底注浆功能，其内径15mm~25mm，壁厚2~5mm，外管3内径比内管2外径大5~10mm，采用无缝钢管制作；外管3和内管2间环状间隙为回浆通道，浆液从孔底经此环状间隙返回出孔口。内外管接头4与外管3和内管2间采用螺纹连接；内管另一端与内外管接头4间采用嵌入式套接，径向采用1~2道顶部环形密封圈5密封。
进一步的，所述内外管接头4包括连接外管4-5，所述连接外管4-5的两端设置有内管支撑板4-1，两个所述内管支撑板4-1的中心安装有连接内管4-7，所述内管支撑板4-1上均布加工有多个通孔4-2，在连接外管4-5和连接内管4-7之间形成回浆通道4-6，在连接外管4-5的两端外部分别加工有顶部连接螺纹柱4-4和底部连接螺纹柱4-10，所述顶部连接螺纹柱4-4与上节外管3的内螺纹构成螺纹连接，所述底部连接螺纹柱4-10与下节外管3的内螺纹构成螺纹连接；所述连接内管4-7的顶部加工有用于插接上节内管2底端的插装阶梯孔4-3，在连接内管4-7的底部加工有用于连接下节内管2顶端的内管连接螺纹孔4-9；在连接内管4-7的中心形成灌浆通道4-8。通过上述的内外管接头4能够实现外管3和内管2之间的对接，进而同时保证了两者之间能够形成稳定的灌浆和回浆。
进一步的，所述高压灌浆塞结构包括柱塞内管7，所述柱塞内管7通过内外管接头4与其顶部的同心管结构固定相连，并固定安装在内外管接头4的内管连接螺纹孔4-9上；在柱塞内管7的外部套装有柱塞外管6，所述柱塞外管6的顶端通过螺纹配合与内外管接头4的底部连接螺纹柱4-10固定相连，所述柱塞外管6的外部套装有在高压能够膨胀的橡胶胶囊8，所述橡胶胶囊8的顶部一端通过胶囊固定接头9与柱塞外管6固定相连，所述橡胶胶囊8的底部一端通过胶囊滑动接头10与柱塞外管6相连；所述胶囊固定接头9上设置有用于和橡胶胶囊8内部相连通的液压管接头11，所述液压管接头11与高压水管12相连通。通过上述的高压灌浆塞结构主要用于对，在灌浆过程中，对灌浆孔1的上部进行封堵，在进而形成稳定的高压罐桨环境。
在封堵过程中，通过压水泵13，经高压水管12、液压管接头11向加压仓注水加压时，胶囊滑动接头10沿柱塞外管6向上滑动，橡胶胶囊8膨胀变形紧贴在孔壁上，阻止浆液沿孔壁间隙流出；压水泵13放水减压后，胶囊滑动接头10沿柱塞外管6下滑动，橡胶胶囊8收缩，从孔壁脱开。
进一步的，所述胶囊固定接头9包括套装在柱塞外管6外部的固定环9-1，所述固定环9-1的底端连接有锥形挤压内管9-2，所述锥形挤压内管9-2的底部锥形端与橡胶胶囊8的顶端插装相连，并在其外部套装外箍钢管9-3进行紧固相连。通过胶囊固定接头9能够对橡胶胶囊8的顶部进行有效的固定密封。
进一步的，所述胶囊滑动接头10通过多道内环形密封圈9-5滑动套装在柱塞外管6的外部，所述胶囊滑动接头10的顶部与连接在橡胶胶囊8底端的锥形挤压内管9-2通过螺纹连接，并在两者结合的端面设置外环形密封圈9-4进行密封。通过所述的胶囊滑动接头10，能够形成滑动密封，进而保证了橡胶胶囊8能够正常的收缩和膨胀。
进一步的，所述橡胶胶囊8由内胶层、中胶层、两层钢丝编织层和外胶层组成，所述柱塞外管6、柱塞内管7、橡胶胶囊8、胶囊固定接头9和胶囊滑动接头10所构成的密封加压仓，其耐液压至少20MPa。通过上述的橡胶胶囊8保证其能够在膨胀之后对灌浆孔1进行封堵。
进一步的，所述内管2的底端与内外管接头4的插装阶梯孔4-3之间设置有多道顶部环形密封圈5。通过上述的顶部环形密封圈5能够对内管2的底部进行密封。
实施例2：
如图5-11，同心管式高压灌浆装置的灌浆方法，包括如下步骤：
Step1，钻孔：实施灌浆孔1的钻孔作业，钻孔孔径不小于60mm，深度符合要求；
Step2，连接灌浆塞阻塞管路：在地面上将高压水管12连接到液压管接头11上，并将高压水管12与压水泵13连接构成加压阻塞系统；
Step3，分节连接并安装孔内灌浆装置：将高压灌浆塞结构和同心管结构按节连接好并下入灌浆孔1内，至最底灌浆段顶为止；
Step4，安装孔口外循环接头：在回浆口14处，将回浆口14与外循环接头相连进而连通同心管结构；
Step5，加压阻塞：采用压水泵13将水压入高压灌浆塞结构的密封加压仓，加压压力按2MPa~8MPa，进而使得橡胶胶囊8膨胀变形紧贴在灌浆孔1的孔壁上，阻止浆液沿孔壁间隙流出；灌浆时，如发现孔内灌浆装置有外滑时，可继续加压，直至不会再滑动为止；
Step6，灌浆作业：阻塞成功后，通过同心管结构的内管2进行灌浆作业；
Step7，卸压松塞、上提灌浆装置：待此段灌浆结束后，松开压水泵13上的泄压阀门，从而松开高压灌浆塞，此时胶囊滑动接头10沿柱塞外管6向下滑动，橡胶胶囊8收缩，从灌浆孔1脱开，从孔内起出一定长度的同心管；
Step8，重复上述步骤5~7，即可实现自下而上分段灌浆。
Claims (9)
1.一种同心管式高压灌浆装置，其特征其在于：它包括设置在灌浆孔（1）内部的高压灌浆塞结构及其上部的同心管结构，所述同心管结构的底端通过内外管接头（4）连接有高压灌浆塞结构，所述高压灌浆塞结构整体设置在同心管结构的底部，具有一密封加压仓；所述高压灌浆塞结构的密封加压仓通过高压水管（12）与用于提供高压水的压水泵（13）相连，所述同心管结构的内管（2）贯穿整个装置，使用时其顶端与灌浆装置相连，所述同心管结构的外管（3）顶部设置有回浆口（14），使用时所述回浆口（14）与外循环接头相连。
2.根据权利要求1所述的一种同心管式高压灌浆装置，其特征在于：所述同心管结构包括外管（3），所述外管（3）的内部嵌套安装有内管（2），并呈同轴心布置；多节所述外管（3）和内管（2）之间通过内外管接头（4）组装相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种同心管式高压灌浆装置，其特征在于：所述内外管接头（4）包括连接外管（4-5），所述连接外管（4-5）的两端设置有内管支撑板（4-1），两个所述内管支撑板（4-1）的中心安装有连接内管（4-7），所述内管支撑板（4-1）上均布加工有多个通孔（4-2），在连接外管（4-5）和连接内管（4-7）之间形成回浆通道（4-6），在连接外管（4-5）的两端外部分别加工有顶部连接螺纹柱（4-4）和底部连接螺纹柱（4-10），所述顶部连接螺纹柱（4-4）与上节外管（3）的内螺纹构成螺纹连接，所述底部连接螺纹柱（4-10）与下节外管（3）的内螺纹构成螺纹连接；所述连接内管（4-7）的顶部加工有用于插接上节内管（2）底端的插装阶梯孔（4-3），在连接内管（4-7）的底部加工有用于连接下节内管（2）顶端的内管连接螺纹孔（4-9）；在连接内管（4-7）的中心形成灌浆通道（4-8）。
4.根据权利要求1所述的一种同心管式高压灌浆装置，其特征在于：所述高压灌浆塞结构包括柱塞内管（7），所述柱塞内管（7）通过内外管接头（4）与其顶部的同心管结构固定相连，并固定安装在内外管接头（4）的内管连接螺纹孔（4-9）上；在柱塞内管（7）的外部套装有柱塞外管（6），所述柱塞外管（6）的顶端通过螺纹配合与内外管接头（4）的底部连接螺纹柱（4-10）固定相连，所述柱塞外管（6）的外部套装有在高压能够膨胀的橡胶胶囊（8），所述橡胶胶囊（8）的顶部一端通过胶囊固定接头（9）与柱塞外管（6）固定相连，所述橡胶胶囊（8）的底部一端通过胶囊滑动接头（10）与柱塞外管（6）相连；所述胶囊固定接头（9）上设置有用于和橡胶胶囊（8）内部相连通的液压管接头（11），所述液压管接头（11）与高压水管（12）相连通。
5.根据权利要求4所述的一种同心管式高压灌浆装置，其特征在于：所述胶囊固定接头（9）包括套装在柱塞外管（6）外部的固定环（9-1），所述固定环（9-1）的底端连接有锥形挤压内管（9-2），所述锥形挤压内管（9-2）的底部锥形端与橡胶胶囊（8）的顶端插装相连，并在其外部套装外箍钢管（9-3）进行紧固相连。
6.根据权利要求4所述的一种同心管式高压灌浆装置，其特征在于：所述胶囊滑动接头（10）通过多道内环形密封圈（9-5）滑动套装在柱塞外管（6）的外部，所述胶囊滑动接头（10）的顶部与连接在橡胶胶囊（8）底端的锥形挤压内管（9-2）通过螺纹连接，并在两者结合的端面设置外环形密封圈（9-4）进行密封。
7.根据权利要求4或5或6所述的一种同心管式高压灌浆装置，其特征在于：所述橡胶胶囊（8）由内胶层、中胶层、两层钢丝编织层和外胶层组成，所述柱塞外管（6）、柱塞内管（7）、橡胶胶囊（8）、胶囊固定接头（9）和胶囊滑动接头（10）所构成的密封加压仓，其耐液压至少20MPa。
8.根据权利要求1所述的一种同心管式高压灌浆装置，其特征在于：所述内管（2）的底端与内外管接头（4）的插装阶梯孔（4-3）之间设置有多道顶部环形密封圈（5）。
9.采用权利要求1-8任意一项所述同心管式高压灌浆装置的灌浆方法，其特征在于，包括如下步骤：
Step1，钻孔：实施灌浆孔（1）的钻孔作业，钻孔孔径不小于60mm，深度符合要求；
Step2，连接灌浆塞阻塞管路：在地面上将高压水管（12）连接到液压管接头（11）上，并将高压水管（12）与压水泵（13）连接构成加压阻塞系统；
Step3，分节连接并安装孔内灌浆装置：将高压灌浆塞结构和同心管结构按节连接好并下入灌浆孔（1）内，至最底灌浆段顶为止；
Step4，安装孔口外循环接头：在回浆口（14）处，将回浆口（14）与外循环接头相连进而连通同心管结构；
Step5，加压阻塞：采用压水泵（13）将水压入高压灌浆塞结构的密封加压仓，加压压力按2MPa~8MPa，进而使得橡胶胶囊（8）膨胀变形紧贴在灌浆孔（1）的孔壁上，阻止浆液沿孔壁间隙流出；灌浆时，如发现孔内灌浆装置有外滑时，可继续加压，直至不会再滑动为止；
Step6，灌浆作业：阻塞成功后，通过同心管结构的内管（2）进行灌浆作业；
Step7，卸压松塞、上提灌浆装置：待此段灌浆结束后，松开压水泵（13）上的泄压阀门，从而松开高压灌浆塞，此时胶囊滑动接头（10）沿柱塞外管（6）向下滑动，橡胶胶囊（8）收缩，从灌浆孔（1）脱开，从孔内起出一定长度的同心管；
Step8，重复上述步骤5~7，即可实现自下而上分段灌浆。
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