CN111322075B - 一种竖井掘进机用壁后回填注浆系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竖井掘进机用壁后回填注浆系统，包括若干环形钢管片，还包括：设置在钢管片的外周部、用于向钢管片的壁后注浆的至少一个注浆管路；用于制造和存储浆液的制浆储浆机；设置在注浆管路和制浆储浆机之间的注浆泵；用于向注浆管路中提供冲洗水的冲洗水管；以及用于控制注浆管路的冲洗、泄压和开闭的控制阀组件和与控制阀组件连接的控制器；并且，相邻两个钢管片上对应位置的注浆管路之间可连通，以供浆液流动至竖井底部。本发明所提供的注浆系统，通过注浆管路的设置，可以使得浆液直接流动至竖井底部，省去了工作人员需要去井下的工作，提高安全性，并且，通过控制阀组件的设置，可以实现注浆的自动控制，有效提高控制精度和效率。

Description

一种竖井掘进机用壁后回填注浆系统

技术领域

本发明涉及注浆设备领域，特别是涉及一种竖井掘进机用壁后回填注浆系统。

背景技术

目前在竖井掘进机井壁浇筑和喷混作业过程中，通常采用人工喷锚的方式，这种方式要求施工人员进入竖井内部，在富水软土地层，极易产生坍塌等事故，存在安全隐患。同时，在喷锚作业之前一般需要在井壁上安装紧密排布的槽钢圈进行支护，槽钢圈体积大，质量重，安装难度大，安装时间长，间接影响了喷锚速度和施工进度。

现有技术中，通过竖井掘进机实现了半机械化支护作业，安装了模板吊机、与模板吊机连接的模板以及用于向模板输送混凝土的溜灰管，虽然减少了人工作业难度，提高了支护作业效率，但该方案依旧需要停止掘进后再开始支护和浇筑作业，无法实现快速掘进，同时施工人员依旧需要进入竖井进行支护和喷混施工。

另外，现有技术中还存在通过盾构机在掘进完后采用钢管片拼装机进行钢管片拼装作业的方案，通过将常规地铁施工的工法运用到了竖井项目中，虽然提高了掘进速度，然而，由于竖井作业具有掘进方向垂直于地面的特点，钢管片调运作业困难，拼装操作手在竖井中操作不便，容易出现管片碎裂，错台等现象，导致钢管片与钢管片之间的缝隙会存在喷涌的可能性。

因此，如何提高竖井掘进后注浆的效率和安全性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种竖井掘进机用壁后回填注浆系统，该竖井掘进机用壁后回填注浆系统的壁后回填作业可在地面进行操控，施工人员无需下井即可保证井壁浇筑质量，安全性提高，可实现自动控制。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种竖井掘进机用壁后回填注浆系统，包括若干环形钢管片，还包括：

设置在所述钢管片的外周部、用于向所述钢管片的壁后注浆的至少一个注浆管路；

用于制造和存储浆液的制浆储浆机；

设置在所述注浆管路和所述制浆储浆机之间的注浆泵；

用于向所述注浆管路中提供冲洗水的冲洗水管；

以及用于控制所述注浆管路的冲洗、泄压和开闭的控制阀组件和与所述控制阀组件连接的控制器；

并且，相邻两个所述钢管片上对应位置的所述注浆管路之间可连通，以供所述浆液流动至竖井底部。

优选的，所述钢管片的外周部固设有供所述注浆管路贯穿的条形保护壳，所述保护壳的延伸方向平行于所述钢管片的轴向。

优选的，相邻两个所述钢管片上对应位置的所述注浆管路之间通过螺纹座连接；所述螺纹座包括可焊接固定在两个相邻所述钢管片上的上螺纹座和下螺纹座，所述上螺纹座和所述下螺纹座分别与对应的两根所述注浆管路焊接连接。

优选的，还包括设置在所述竖井顶部用于检测预设位置注浆是否完成的压力传感器，所述压力传感器与所述控制器连接。

优选的，所述控制阀组件包括：

用于控制所述冲洗水管的流量的冲洗阀、用于控制所述注浆管路泄压的卸荷阀、与所述注浆泵连接用于控制浆液总流量的总开关阀以及用于控制单支所述注浆管路的浆液流量的单开关阀。

优选的，所述控制阀组件还包括用于防止所述浆液反向流入所述冲洗水管的单向阀。

优选的，所述钢管片包括位于所述竖井最上方的第一钢管片以及位于所述第一钢管片下部的至少一个第二钢管片；所述第一钢管片的周向还设有用于连通各所述注浆管路的连通管路。

优选的，还包括安装在连通管路上的串联开关阀。

优选的，还包括可与所述注浆泵连通的补浆钻机，所述补浆钻机为双层钻机。

优选的，所述补浆钻机的底部设有硬质合金钻头，顶部连通有注水注浆接头。

本发明所提供的竖井掘进机用壁后回填注浆系统，包括若干环形钢管片，还包括：设置在所述钢管片的外周部、用于向所述钢管片的壁后注浆的至少一个注浆管路；用于制造和存储浆液的制浆储浆机；设置在所述注浆管路和所述制浆储浆机之间的注浆泵；用于向所述注浆管路中提供冲洗水的冲洗水管；以及用于控制所述注浆管路的冲洗、泄压和开闭的控制阀组件和与所述控制阀组件连接的控制器；并且，相邻两个所述钢管片上对应位置的所述注浆管路之间可连通，以供所述浆液流动至竖井底部。本发明所提供的注浆系统，通过所述注浆管路的设置，可以使得浆液直接流动至竖井底部，省去了工作人员需要去井下的工作，提高安全性，并且，通过所述控制阀组件的设置，可以实现注浆的自动控制，有效提高控制精度和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的竖井掘进机用壁后回填注浆系统中钢管片的连接结构示意图；

图2为图1所示的钢管片连接结构中I部位的放大示意图；

图3为本发明所提供的竖井掘进机用壁后回填注浆系统在一次注浆时的一种具体实施方式的结构示意图；

图4为本发明所提供的竖井掘进机用壁后回填注浆系统在二次补浆时的一种具体实施方式的结构示意图；

其中：钢管片-1；保护壳-2；注浆管路-3；螺纹座-4；上螺纹座-4-1；下螺纹座-4-2；制浆储浆机-5；注浆泵-6；单向阀-7；冲洗阀-8；卸荷阀-9；总开关阀-10；单开关阀-11；串联开关阀-12；补浆钻机-13。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种竖井掘进机用壁后回填注浆系统，该竖井掘进机用壁后回填注浆系统操作简单、方便，对于工作人员的技术水平要求较低，注浆效率得到显著提高。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1至图4，图1为本发明所提供的竖井掘进机用壁后回填注浆系统中钢管片的连接结构示意图；图2为图1所示的钢管片连接结构中I部位的放大示意图；图3为本发明所提供的竖井掘进机用壁后回填注浆系统在一次注浆时的一种具体实施方式的结构示意图；图4为本发明所提供的竖井掘进机用壁后回填注浆系统在二次补浆时的一种具体实施方式的结构示意图。

在该实施方式中，竖井掘进机用壁后回填注浆系统包括若干环形钢管片1，还包括注浆管路3、制浆储浆机5、注浆泵6、冲洗水管、控制阀组件和控制阀。

其中，至少一个注浆管路3设置在钢管片1的外周部，注浆管路3用于向钢管片1的壁后注浆，即向钢管片1的外周部与竖井之间的缝隙中注浆，注浆管路3优选为无缝钢管；制浆储浆机5用于制造和存储水泥浆液，制浆储浆机5优选为高速制浆储浆机；注浆泵6设置在注浆管路3和制浆储浆机5之间，注浆泵6可将制浆储浆机5中的浆液输送至注浆管路3中，注浆泵6将水泥浆液加压送至注入点，并保证注浆的扩散范围；冲洗水管用于向注浆管路3中提供冲洗水，冲洗水管与高压冲洗水源，即水系统连通，用于冲洗注浆管路3，防止水泥浆凝固堵塞管道，具体的，制浆储浆机5与水系统连接；控制阀组件用于控制注浆管路3的冲洗、泄压和开闭，控制器与控制阀组件连接，用于控制控制阀组件动作，提高自动化程度。

同时，相邻两个钢管片1上对应位置的注浆管路3之间可连通，以供浆液流动至竖井底部。具体的，相邻两个钢管片1上下布置排列，在钢管片1位置安装完成后，将上下排列的各注浆管路3连通，可以实现外部注浆，井底出浆的效果。

本发明所提供的注浆系统，通过注浆管路3的设置，可以使得浆液直接流动至竖井底部，省去了工作人员需要去井下的工作，提高安全性，并且，通过控制阀组件的设置，可以实现注浆的自动控制，有效提高控制精度和效率。

在上述各实施方式的基础上，钢管片1的外周部固设有供注浆管路3贯穿的条形保护壳2，保护壳2的延伸方向平行于钢管片1的轴向。

具体的，注浆管路3可插入保护壳2中，保护壳2的作用是保护注浆管路3在掘进过程中不受渣土岩石等磕碰引起变形或损坏，单个钢管片1的外径上的保护壳2的数量根据实际施工情况而新增，并不局限于本发明附图中所给出的方案。

在上述各实施方式的基础上，相邻两个钢管片1上对应位置的注浆管路3之间通过螺纹座4连接；螺纹座4包括可焊接固定在两个相邻钢管片1上的上螺纹座4-1和下螺纹座4-2，上螺纹座4-1和下螺纹座4-2分别与对应的两根注浆管路3焊接连接。

具体的，上螺纹座4-1和下螺纹座4-2可固设在保护壳2内，保护壳2保护上螺纹座4-1和下螺纹座4-2在掘进过程中不受渣土岩石等磕碰引起变形或损坏。

在上述各实施方式的基础上，还包括设置在竖井顶部用于检测预设位置注浆是否完成的压力传感器，压力传感器与控制器连接。

具体的，压力传感器可以检测出对应的注浆孔的位置是否完成注浆，当注浆完成时，压力传感器检测到的压力会增加，此时便可以控制该注浆孔对应的单开关阀11或者串联开关阀12关闭。

在上述各实施方式的基础上，控制阀组件包括：

用于控制冲洗水管的流量的冲洗阀8、用于控制注浆管路3泄压的卸荷阀9、与注浆泵6连接用于控制浆液总流量的总开关阀10以及用于控制单支注浆管路3的浆液流量的单开关阀11。

其中，冲洗阀8、卸荷阀9和总开关阀10形成注浆泵6出口控制组件，具体的，冲洗阀8安装于注浆泵6的出口旁通管道上，外接单向阀7后与高压冲洗水源连通，壁后回填注浆系统长时间不注浆时，冲洗阀8可开启后冲洗管道中残余水泥浆以防止堵管；总开关阀10安装于注浆泵6的出口主管路与上，总开关阀10与注浆孔控制组件连接，当壁后回填注浆系统需要维护时，总开关阀10可关闭注浆泵6的出口流量；卸荷阀9安装于注浆泵6的出口旁通管道上，卸荷阀9与高速制浆储浆机5相连接，当壁后回填注浆系统维护时或者拆卸管路时，卸荷阀9用于卸载注浆管路3的内部水泥浆压力。

在上述各实施方式的基础上，控制阀组件还包括用于防止浆液反向流入冲洗水管的单向阀7。

在上述各实施方式的基础上，钢管片1包括位于竖井最上方的第一钢管片以及位于第一钢管片下部的至少一个第二钢管片；第一钢管片的周向还设有用于连通各注浆管路的连通管路，便于注浆泵6向不同位置的注浆孔中注入水泥浆。

优选的，位于竖井最下方的钢管片1上所设置的注浆管路3，其出口端设计有带斜度的切口，具有扩大注浆工作点浆液扩散面积，并有效的防止浆液阻塞出口。

在上述各实施方式的基础上，还包括安装在连通管路上的串联开关阀12。

具体的，单开关阀11和串联开关阀12装配成注浆孔控制组件，其中单开关阀11安装于地面的注浆管路3支路上，与钢管片1上的注浆管路3或者双层补浆钻杆连接，单开关阀11用于控制对应注浆孔位是否注浆；串联开关阀12安装于地面注浆管路3主路上，串联开关阀12与下一组注浆孔控制组件连通，串联开关阀12可控制下一组注浆孔是否注浆。

优选的，冲洗阀8、卸荷阀9、总开关阀10、单开关阀11和串联开关阀12均可优选为球阀。

更具体的，注浆孔也可以为多个，优选分为至少两组，即1号注浆孔、2号注浆孔、3号注浆孔、4号注浆孔为1组，5号注浆孔、6号注浆孔、7号注浆孔、8号注浆孔为1组，每组注浆孔分别对应设有一个制浆储浆机5和一个注浆泵6，如图3所示，每个注浆孔的竖直方向均设置有注浆管路3，同一组的注浆孔均通过串联管路连通，当1号注浆孔注浆完成后，可以关闭1号注浆孔对应的单开关阀11，也可以通过串联开关阀12的开闭来改变浆液的流向；并且，图3中，单向阀7和制浆储浆机5均与水系统连接。

在上述各实施方式的基础上，还包括可与注浆泵6连通的补浆钻机13，在一次注浆完成后，优选在相邻两个注浆孔的中间位置进行钻孔，补浆钻机13为双层钻机，可在兼顾钻孔和补浆的工作。

在上述各实施方式的基础上，补浆钻机13的底部设有硬质合金钻头，顶部连通有注水注浆接头。

同样的，钻孔也可以为多个，优选分为至少两组，即1号钻孔、2号钻孔、3号钻孔、4号钻孔为1组，5号钻孔、6号钻孔、7号钻孔、8号钻孔为1组，1号钻孔位于1号注浆孔和2号注浆孔之间，对应的，其他钻孔分别位于两个相邻的注浆孔之间；补浆时，利用一次注浆的注浆设备，每组钻孔分别对应一个制浆储浆机5和一个注浆泵6，如图4所示，每个钻孔的竖直方向均设置有钻杆，同一组的钻孔均通过串联管路连通，当1号钻孔注浆完成后，可以关闭1号钻孔对应的单开关阀11，也可以通过串联开关阀12的开闭来改变浆液的流向；并且，图4中，补浆钻机13与水系统连接，用于注入水泥浆的钻孔与注浆泵6连接。

具体的，本实施例所提供注浆系统，设计有一次注浆和二次补浆两道工序。一次注浆工序是利用竖井掘进机刀盘的开挖直径与钢管片1外径之间产生的环状间隙，在每一环钢管片1外侧设计有多组保护壳2，利用上述间隙布置的注浆管路3是施工中各钢管片1的注浆通道，注浆管路3均安装于保护壳2的内侧。施工过程中，下放第一个钢管片1时，将注浆管路3贯穿钢管片1的保护壳2，再将下螺纹座4-2与注浆管路3的一端焊接成一体后，然后将下螺纹座4-2与该钢管片1的外侧焊接固定，从而成该钢管片1的注浆管路3；后续施工中，下放第二个钢管片1时，先将上螺纹座4-1与下螺纹座4-2螺纹连接后，将一根注浆管路3贯穿第二个钢管片1的保护壳2，然后将上螺纹座4-1与第二个钢管片1对应的注浆管路3焊接固定，再将上螺纹座4-1焊接在第二个钢管片1的外部，以此类推，最终完成整个注浆管路3的铺设，当然，每个钢管片1上可对应设置多个注浆管路3，原理相同，在此不再赘述。

进一步，利用上、下螺纹座4-2的螺纹连接完成钢管片1与邻近钢管片1的注浆管路3的拼接，拼接完成后将上、下螺纹座4-2与对应的每一环钢管片1焊接固定，依此施工可搭建多组从开挖面至地面的注浆管路3；注浆泵6、制浆储浆机5安装于地面，本实施例所提供的注浆泵6和制浆储浆机5各2套，注浆泵6的吸浆口与高速制浆储浆机5的出口连接，每一台注浆泵6的出口通过软管串联接4个注浆孔位，每个注浆孔位前安装了单开关阀11和串联开关阀12，单开关阀11和串联开关阀12作为开关阀控制各个注浆管路3通断；两套设备同时施工，完成第一次壁后回填注浆工序；在完成一次注浆工序后，为加强注浆效果，需进行补浆工序；补浆工序的注浆管路3通过使用矿用补浆钻机13及附属钻头、钻杆等零部件完成，补浆钻机13具有提升钻杆、钻孔，拼接钻杆的功能，钻机所采用的钻杆为双层钻杆，双层钻杆配合注水注浆接头和硬质合金钻头可在钻孔的同时铺设补浆管路；补浆管路铺设完成后，注浆泵6的出口与双层钻杆所构成的补浆管路的进口通过软管连接，从而实现对指定深度区域补浆；完成指定深度区域补浆后，利用补浆钻机13的提升钻杆功能，实现指定钻孔深度至地面竖直方向的任意点位补浆，完成二次壁后回填补浆工序。

本实施例所提供的注浆系统，具有以下有益效果：

1.利用竖井掘进机刀盘的开挖直径与钢管片1外径之间产生的环状间隙，在每环钢管片1外侧设计有多组保护壳2，并确保保护壳2不与开挖后的井壁发生干涉，保护壳2可防止注浆管路3在掘进过程中不受渣土岩石等磕碰而引起变形或损坏。

2.通过上、下螺纹座4-2提前分别焊接在一段无缝钢管的两端，通过上、下螺纹座4-2的内、外螺纹连接构成多组从开挖面至地面的注浆管路3，螺纹座4与钢管片1通过施工现场焊接作业后将所构成的注浆管路3固定，从而可实现在掘进施工的同时铺设壁后注浆管路3，掘进施工结束后，即可形成从开挖面至地面的壁后注浆管路3。

3.通过将注浆管路3的出口端设计有带斜度的切口，可扩大注浆工作点浆液扩散面积，并有效的防止阻塞。

4.完成竖井掘进施工后，采用注浆泵6、高速制浆储浆机5、球阀等元器件，利用钢管片1上的注浆钢管实现一次注浆工序，利用双层钻杆搭建的注浆输送管道完成二次补浆工序，施工人员无需下井即可保证井壁支护和注浆质量，大大提高了竖井施工效率和施工安全；

5.在二次补浆工序中，采用补浆钻机13进行钻孔作业，补浆钻机13具有提升钻杆、钻孔和拼接钻杆的功能，补浆钻机13所采用的钻杆为双层钻杆，双层钻杆配合注水注浆接头和硬质合金钻头可在钻孔的同时铺设指定注入点至地面竖直方向的补浆管路，从而施工人员可在地面准确控制需要补浆的注入点位置，提高补浆效果；

6.通过控制器，注浆泵6出口控制组件以及注浆孔控制组件的设置，施工人员可在地面通过简单操作即可实现管路冲洗、管路泄压、注浆泵6开关、单孔位或多孔位注浆等功能；

7.通过一次注浆和二次补浆两道工序，两道工序综合运用可最大程度保证井壁注浆效果；

8.该系统采用的均是隧道工程装备中常用元器件，施工人员操作简单，方便，易上手。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的竖井掘进机用壁后回填注浆系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种竖井掘进机用壁后回填注浆系统，包括若干环形钢管片(1)，其特征在于，还包括：

设置在所述钢管片(1)的外周部、用于向所述钢管片(1)的壁后注浆的至少一个注浆管路(3)；

用于制造和存储浆液的制浆储浆机(5)；

设置在所述注浆管路(3)和所述制浆储浆机(5)之间的注浆泵(6)；

用于向所述注浆管路(3)中提供冲洗水的冲洗水管；

以及用于控制所述注浆管路(3)的冲洗、泄压和开闭的控制阀组件和与所述控制阀组件连接的控制器；

并且，相邻两个所述钢管片(1)上对应位置的所述注浆管路(3)之间可连通，以供所述浆液流动至竖井底部；

相邻两个所述钢管片(1)上对应位置的所述注浆管路(3)之间通过螺纹座(4)连接；所述螺纹座(4)包括可焊接固定在两个相邻所述钢管片(1)上的上螺纹座(4-1)和下螺纹座(4-2)，所述上螺纹座(4-1)和所述下螺纹座(4-2)分别与对应的两根所述注浆管路(3)焊接连接；

施工过程中，下放第一个钢管片(1)时，将所述下螺纹座(4-2)与所述注浆管路(3)的一端焊接成一体后，然后将所述下螺纹座(4-2)与所述钢管片(1)的外侧焊接固定，从而形成该钢管片(1)的注浆管路(3)；后续施工中，下放第二个钢管片(1)时，先将所述上螺纹座(4-1)与所述下螺纹座(4-2)螺纹连接后，然后将所述上螺纹座(4-1)与第二个钢管片(1)对应的注浆管路(3)焊接固定，再将所述上螺纹座(4-1)焊接在第二个钢管片(1)的外部，以此类推，最终完成整个注浆管路(3)的铺设。

2.根据权利要求1所述的竖井掘进机用壁后回填注浆系统，其特征在于，所述钢管片(1)的外周部固设有供所述注浆管路(3)贯穿的条形保护壳(2)，所述保护壳(2)的延伸方向平行于所述钢管片(1)的轴向。

3.根据权利要求1所述的竖井掘进机用壁后回填注浆系统，其特征在于，还包括设置在所述竖井顶部用于检测预设位置注浆是否完成的压力传感器，所述压力传感器与所述控制器连接。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的竖井掘进机用壁后回填注浆系统，其特征在于，所述控制阀组件包括：

用于控制所述冲洗水管的流量的冲洗阀(8)、用于控制所述注浆管路(3)泄压的卸荷阀(9)、与所述注浆泵(6)连接用于控制浆液总流量的总开关阀(10)以及用于控制单支所述注浆管路(3)的浆液流量的单开关阀(11)。

5.根据权利要求4所述的竖井掘进机用壁后回填注浆系统，其特征在于，所述控制阀组件还包括用于防止所述浆液反向流入所述冲洗水管的单向阀(7)。

6.根据权利要求4所述的竖井掘进机用壁后回填注浆系统，其特征在于，所述钢管片(1)包括位于所述竖井最上方的第一钢管片(1)以及位于所述第一钢管片(1)下部的至少一个第二钢管片(1)；所述第一钢管片(1)的周向还设有用于连通各所述注浆管路(3)的连通管路。

7.根据权利要求6所述的竖井掘进机用壁后回填注浆系统，其特征在于，还包括安装在连通管路上的串联开关阀(12)。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的竖井掘进机用壁后回填注浆系统，其特征在于，还包括可与所述注浆泵(6)连通的补浆钻机(13)，所述补浆钻机(13)为双层钻机。

9.根据权利要求8所述的竖井掘进机用壁后回填注浆系统，其特征在于，所述补浆钻机(13)的底部设有硬质合金钻头，顶部连通有注水注浆接头。

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