CN114961637A - 一种用于隧洞突水封堵导流的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于隧洞突水封堵导流的装置及方法，它包括管体，所述管体包括内管、外管和膨胀结构；所述内管和外管采用同轴套装，所述膨胀结构设置在外管的外部；所述外管上加工有通孔；所述膨胀结构之间设置有孔隙结构；所述孔隙结构与外管上的通孔相连通，并使得磁性浆液能够通过通孔进入到空隙结构的内部；所述膨胀结构与用于对其进行充气的充气装置相连通；所述膨胀结构的外壁上设置有抗滑结构。解决现有的突涌水封堵方法对于不规则隧洞的突水处理效率低，同时封堵不够迅速，影响工程的施工和存在较大的风险，将隧洞突水水流导流分流至不同区域，为工程施工提供安全保证。
Description
技术领域
本发明涉及隧洞及地下工程领域，尤其是一种用于隧洞突水封堵导流的装置及方法。
背景技术
地下水的力学作用有静水压作用和劲水压作用，这两种作用都能使岩体发生水力劈裂，使裂隙连锁增加张开度增大，从而增加渗透力，使局部隔水屏障作用被突破，地下水位高出，从而形成涌水突泥。因此，水是涌水突泥灾害发生的最大根源，其次是压力高，隧道一般埋深都比较大，通过爆破开挖之后，打破原有平衡压力，处于高压状态。还有就是不良地质，隧道一般存在长、大、深等特点，沿途经历围岩变化繁多，隧道在穿越溶洞、断层破碎带或接触带、地下河等不良地质时，特别容易发生涌水突泥灾害。综合来看“富水、高压、不良地质”三者不利组合是诱发涌水突泥灾害的主要地质条件。对不良地质围岩的盲目不合理开挖，开挖进尺过大，是造成涌水突泥的主要原因。
随着我国交通网与水电资源开发的不断挺近完善，隧洞与地下工程正向着地形地质条件更加复杂的西部地区转移，而在建设过程中因为地质结构的复杂不确定性和施工方法不得当，产生高压突涌水的情况时有发生，不仅容易造成财产损失，更容易出现人员亡。现有的突涌水封堵方法对于不规则隧洞的突水处理效率很低，依旧存在较大的风险，尤其是对于水流的控制力极差，并且水系复杂并不单一，多点施工更加效率低下。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种用于隧洞突水封堵导流的装置及方法，解决现有的突涌水封堵方法对于不规则隧洞的突水处理效率低，同时封堵不够迅速，影响工程的施工和存在较大的风险，将隧洞突水水流导流分流至不同区域，为工程施工提供安全保证。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种用于隧洞突水封堵导流的装置，它包括管体，所述管体包括内管、外管和膨胀结构；所述内管和外管采用同轴套装，所述膨胀结构设置在外管的外部；所述外管上加工有通孔；
所述膨胀结构之间设置有孔隙结构；所述孔隙结构与外管上的通孔相连通，并使得磁性浆液 能够通过通孔进入到空隙结构的内部；
所述膨胀结构与用于对其进行充气的充气装置相连通；
所述膨胀结构的外壁上设置有抗滑结构。
所述内管和外管都采用具有一定刚度和强度的钢管制作；通过将两个直径不同大小的钢管套置一起形成一个整体，两钢管间形成的封闭区域为填充区，其尺寸大小根据钻取的突水孔洞的直径确定。
所述膨胀结构采用具有一定延伸性的橡胶材料制作而成，所述膨胀结构粘结固定在外管的外壁，并与之形成一个整体，在膨胀结构和外管外壁之间形成的密闭区域为充气区。
所述充气区设置有充气接口；且在堵水过程中，充气接口与充气装置相连使得充气区膨胀与突水孔洞壁紧紧贴合。
所述孔隙结构布置在膨胀结构的内部，保证在使用过程中填充区能与结构外部连接，使得磁性浆液能填充至结构外部与突水孔洞之间的间隙内部；所述孔隙结构的直径大小根据磁性浆液的材料确定。
所述通孔均布加工在外管上，通孔与填充区相连通，填充区设置有注浆口，用于将磁性浆液填充至膨胀结构与突水孔洞形成的间隙中。
所述管体的一端布置有阀门，并保证管体稳定布置在突水孔洞后通过控制阀门来实现堵水或控制突水的分流排水。
所述磁性浆液为采用普通硅酸盐水泥和水按照一定的水灰比配制成注浆浆体，然后在浆体中加入磁粉、水性环氧树脂和速凝剂进行充分搅拌混合而成，然后将磁性浆液通过压力注浆设备将其填充至管体与洞壁间的空隙中。
所述抗滑结构采用具有一定刚度和强度的钢材制作，并采用充磁机设备进行充磁，使其成为磁性吸引端，按照一定的间距、平行的贴合着膨胀结构的外表面布置成一个整体；当膨胀结构充气膨胀时，抗滑结构会逐渐张开与突水孔洞壁形成一定的倾角，防止管体在水压力作用下滑动。
采用用于隧洞突水封堵导流的装置进行隧洞突水封堵导流的方法，包括以下步骤：
Step1，材料准备：准备制作堵水装置的材料及设备，包括制备管体的钢管，软性橡胶充气材料，抗滑结构，阀门，压力注浆设备，充气装置，磁性浆液和空压机；
Step2，制作装置内管：将两个直径大小不同的钢管套置在一起并进行焊接固定，并将阀门安装至钢管一端，在钢管的另一端设置螺纹拼接结构，用于施工过程中增加内管的长度；在外管上采用钻孔设备钻取一定直径大小和密度的通孔；
Step3，配制磁性浆液：将普通硅酸盐水泥和水按照一定水灰比混合成浆体，然后在浆体中加入一定量的磁粉和水性环氧树脂、速凝剂进行充分的混合搅拌而成，根据所需的初凝时间计算所需要的速凝剂量；
Step4，制作膨胀结构：采用软性橡胶材料制作膨胀结构，并将膨胀结构布置在外管外壁形成一个整体，膨胀结构与外管外壁形成的空间区域为充气区；在膨胀结构内部预留有孔隙结构，其贯穿充气区，用于连同絮状物填充区和结构外部区域；
Step5，制作抗滑结构：采用具有一定刚度和强度的钢材制作一定长度的钢刺，并采用充磁设备对其充磁，使其具有磁性吸引力，并将其按照一定间距、平行的布置在膨胀结构外表面；所述抗滑结构在结构充气膨胀时会逐渐张开与管体形成一定的倾角；
Step6，安装堵水装置：通过空压机将管体布置到突水孔洞内部，然后将充气装置与充气接口相接，启动装置使得充气区膨胀与孔壁紧紧贴合；充气稳定后采用压力注浆设备将磁性浆液填充至管体与孔壁之间的空隙中，所述填充方式为，首先将磁性浆液注入至填充区，然后通过内部的空隙结构填充至空隙中；待管体稳定不产生滑动后移走空压机；
Step7，堵水与分流：管体安装稳定后关闭阀门进行堵水，采用导管与装置管体相连接，打开阀门将突水引流至合适的地方。
本发明有如下有益效果：
1、本发明装置可以实现对隧洞突水快速封堵和对水流进行分流引流，保证工程的安全和进度。
2、本发明膨胀结构采用橡胶材料，目的是保证封堵过程中能快速膨胀与突水孔洞壁紧密贴合，在竖向膨胀力的作用下产生较大的摩阻力，防止装置滑动。
3、本发明所采用的磁性浆液具有导向式作用和快速凝固作用，在磁性吸引端的作用下能够对膨胀结构与突水孔洞间的间隙进行快速填充，实现对水流的封堵；同时，浆液的快速凝固进一步增强装置的锚固作用，保证堵水过程装置的安全和稳定。
4、本发明的抗滑结构能够随着结构的膨胀而张开形成一定的倾角，结构的尖端可伸入突水孔洞壁，增强装置的抗滑力；同时，抗滑结构具有磁性作用，浆液填充过程中对磁性浆液产生吸附作用，产生浆液结块，进一步增强装置快速封堵能力。
5、本发明的孔隙结构布置在膨胀结构内部，与管体的填充区相连，目的是便于磁性浆液的注浆实现突水封堵，同时，磁性浆液附着至孔隙结构内部能够增强装置的整体性。
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为本发明整体装置图。
图2为本发明装置剖面示意图。
图3为本发明孔隙结构示意图。
图4为本发明堵水剖面示意图。
图中：管体1、内管2、膨胀结构3、充气区4、孔隙结构5、填充区6、阀门7、通孔8、磁性浆液9、抗滑结构10、外管12、注浆口13。
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。
实施例1：
参见图1-4，一种用于隧洞突水封堵导流的装置，它包括管体1，所述管体1包括内管2、外管12和膨胀结构3；所述内管2和外管12采用同轴套装，所述膨胀结构3设置在外管12的外部；所述外管12上加工有通孔8；所述膨胀结构3之间设置有孔隙结构5；所述孔隙结构5与外管12上的通孔8相连通，并使得磁性浆液9 能够通过通孔进入到空隙结构5的内部；所述膨胀结构3与用于对其进行充气的充气装置相连通；所述膨胀结构3的外壁上设置有抗滑结构10。通过采用上述的装置，解决现有的突涌水封堵方法对于不规则隧洞的突水处理效率低，同时封堵不够迅速，影响工程的施工和存在较大的风险，将隧洞突水水流导流分流至不同区域，为工程施工提供安全保证。
进一步的，所述内管2和外管12都采用具有一定刚度和强度的钢管制作；通过将两个直径不同大小的钢管套置一起形成一个整体，两钢管间形成的封闭区域为填充区6，其尺寸大小根据钻取的突水孔洞的直径确定。通过双层套管结构，便于在两者之间形成填充区6，进而便于后续的注浆。
进一步的，所述膨胀结构3采用具有一定延伸性的橡胶材料制作而成，所述膨胀结构3粘结固定在外管12的外壁，并与之形成一个整体，在膨胀结构3和外管12外壁之间形成的密闭区域为充气区4。通过采用能够充气的膨胀结构3，保证了其在充气之后能够与突水孔洞的孔壁相接触，进而实现对管体1的可靠固定。
进一步的，所述充气区4设置有充气接口；且在堵水过程中，充气接口与充气装置相连使得充气区4膨胀与突水孔洞壁紧紧贴合。通过上述的充气区4保证了在充气之后能够将膨胀结构3紧密贴合突水孔洞的内壁。
进一步的，所述孔隙结构5布置在膨胀结构3的内部，保证在使用过程中填充区6能与结构外部连接，使得磁性浆液9能填充至结构外部与突水孔洞之间的间隙内部；所述孔隙结构5的直径大小根据磁性浆液9的材料确定。通过上述的孔隙结构5便于后续浆液的填充。
进一步的，所述通孔8均布加工在外管12上，通孔8与填充区6相连通，填充区6设置有注浆口13，用于将磁性浆液9填充至膨胀结构3与突水孔洞形成的间隙中。通过上述的通孔8便于实现将磁性浆液9填充到管体1与突水孔洞之间。
进一步的，所述管体1的一端布置有阀门7，并保证管体1稳定布置在突水孔洞后通过控制阀门7来实现堵水或控制突水的分流排水。
进一步的，所述磁性浆液9为采用普通硅酸盐水泥和水按照一定的水灰比配制成注浆浆体，然后在浆体中加入磁粉、水性环氧树脂和速凝剂进行充分搅拌混合而成，然后将磁性浆液9通过压力注浆设备将其填充至管体1与洞壁间的空隙中。通过上述材料配方的磁性浆液9能够与抗滑结构10相配合，进而增强与突水孔洞固定的可靠性。
进一步的，所述抗滑结构10采用具有一定刚度和强度的钢材制作，并采用充磁机设备进行充磁，使其成为磁性吸引端，按照一定的间距、平行的贴合着膨胀结构3的外表面布置成一个整体；当膨胀结构3充气膨胀时，抗滑结构10会逐渐张开与突水孔洞壁形成一定的倾角，防止管体1在水压力作用下滑动。通过抗滑结构10起到了很好的抗滑目的，保证了管体1在突水孔洞内部固定的可靠性。增强装置的摩檫力。
实施例2：
采用用于隧洞突水封堵导流的装置进行隧洞突水封堵导流的方法，包括以下步骤：
Step1，材料准备：准备制作堵水装置的材料及设备，包括制备管体1的钢管，软性橡胶充气材料，抗滑结构10，阀门7，压力注浆设备，充气装置，磁性浆液和空压机；
Step2，制作装置内管：将两个直径大小不同的钢管套置在一起并进行焊接固定，并将阀门7安装至钢管一端，在钢管的另一端设置螺纹拼接结构，用于施工过程中增加内管2的长度；在外管12上采用钻孔设备钻取一定直径大小和密度的通孔8；
Step3，配制磁性浆液9：将普通硅酸盐水泥和水按照一定水灰比混合成浆体，然后在浆体中加入一定量的磁粉和水性环氧树脂、速凝剂进行充分的混合搅拌而成，根据所需的初凝时间计算所需要的速凝剂量；
Step4，制作膨胀结构3：采用软性橡胶材料制作膨胀结构3，并将膨胀结构3布置在外管12外壁形成一个整体，膨胀结构3与外管12外壁形成的空间区域为充气区4；在膨胀结构内部预留有孔隙结构5，其贯穿充气区4，用于连同絮状物填充区6和结构外部区域；
Step5，制作抗滑结构10：采用具有一定刚度和强度的钢材制作一定长度的钢刺，并采用充磁设备对其充磁，使其具有磁性吸引力，并将其按照一定间距、平行的布置在膨胀结构外表面；所述抗滑结构在结构充气膨胀时会逐渐张开与管体形成一定的倾角；
Step6，安装堵水装置：通过空压机将管体1布置到突水孔洞内部，然后将充气装置与充气接口相接，启动装置使得充气区4膨胀与孔壁紧紧贴合；充气稳定后采用压力注浆设备将磁性浆液9填充至管体与孔壁之间的空隙中，所述填充方式为，首先将磁性浆液注入至填充区6，然后通过内部的空隙结构5填充至空隙中；待管体稳定不产生滑动后移走空压机；
Step7，堵水与分流：管体安装稳定后关闭阀门7进行堵水，采用导管与装置管体相连接，打开阀门7将突水引流至合适的地方。
Claims (10)
1.一种用于隧洞突水封堵导流的装置，其特征在于：它包括管体（1），所述管体（1）包括内管（2）、外管（12）和膨胀结构（3）；所述内管（2）和外管（12）采用同轴套装，所述膨胀结构（3）设置在外管（12）的外部；所述外管（12）上加工有通孔（8）；
所述膨胀结构（3）之间设置有孔隙结构（5）；所述孔隙结构（5）与外管（12）上的通孔（8）相连通，并使得磁性浆液（9） 能够通过通孔进入到空隙结构（5）的内部；
所述膨胀结构（3）与用于对其进行充气的充气装置相连通；
所述膨胀结构（3）的外壁上设置有抗滑结构（10）。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧洞突水封堵导流的装置，其特征在于：所述内管（2）和外管（12）都采用具有一定刚度和强度的钢管制作；通过将两个直径不同大小的钢管套置一起形成一个整体，两钢管间形成的封闭区域为填充区（6），其尺寸大小根据钻取的突水孔洞的直径确定。
3.根据权利要求1所述的一种用于隧洞突水封堵导流的装置，其特征在于：所述膨胀结构（3）采用具有一定延伸性的橡胶材料制作而成，所述膨胀结构（3）粘结固定在外管（12）的外壁，并与之形成一个整体，在膨胀结构（3）和外管（12）外壁之间形成的密闭区域为充气区（4）。
4.根据权利要求3所述的一种用于隧洞突水封堵导流的装置，其特征在于：所述充气区（4）设置有充气接口；且在堵水过程中，充气接口与充气装置相连使得充气区（4）膨胀与突水孔洞壁紧紧贴合。
5.根据权利要求1所述的一种用于隧洞突水封堵导流的装置，其特征在于：所述孔隙结构（5）布置在膨胀结构（3）的内部，保证在使用过程中填充区（6）能与结构外部连接，使得磁性浆液（9）能填充至结构外部与突水孔洞之间的间隙内部；所述孔隙结构（5）的直径大小根据磁性浆液（9）的材料确定。
6.根据权利要求2所述的一种用于隧洞突水封堵导流的装置，其特征在于：所述通孔（8）均布加工在外管（12）上，通孔（8）与填充区（6）相连通，填充区（6）设置有注浆口（13），用于将磁性浆液（9）填充至膨胀结构（3）与突水孔洞形成的间隙中。
7.根据权利要求1所述的一种用于隧洞突水封堵导流的装置，其特征在于：所述管体（1）的一端布置有阀门（7），并保证管体（1）稳定布置在突水孔洞后通过控制阀门（7）来实现堵水或控制突水的分流排水。
8.根据权利要求1所述的一种用于隧洞突水封堵导流的装置，其特征在于：所述磁性浆液（9）为采用普通硅酸盐水泥和水按照一定的水灰比配制成注浆浆体，然后在浆体中加入磁粉、水性环氧树脂和速凝剂进行充分搅拌混合而成，然后将磁性浆液（9）通过压力注浆设备将其填充至管体（1）与洞壁间的空隙中。
9.根据权利要求1所述的一种用于隧洞突水封堵导流的装置，其特征在于：所述抗滑结构（10）采用具有一定刚度和强度的钢材制作，并采用充磁机设备进行充磁，使其成为磁性吸引端，按照一定的间距、平行的贴合着膨胀结构（3）的外表面布置成一个整体；当膨胀结构（3）充气膨胀时，抗滑结构（10）会逐渐张开与突水孔洞壁形成一定的倾角，防止管体（1）在水压力作用下滑动。
10.采用权利要求1-9任意一项所述用于隧洞突水封堵导流的装置进行隧洞突水封堵导流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
Step1，材料准备：准备制作堵水装置的材料及设备，包括制备管体（1）的钢管，软性橡胶充气材料，抗滑结构（10），阀门（7），压力注浆设备，充气装置，磁性浆液和空压机；
Step2，制作装置内管：将两个直径大小不同的钢管套置在一起并进行焊接固定，并将阀门（7）安装至钢管一端，在钢管的另一端设置螺纹拼接结构，用于施工过程中增加内管（2）的长度；在外管（12）上采用钻孔设备钻取一定直径大小和密度的通孔（8）；
Step3，配制磁性浆液（9）：将普通硅酸盐水泥和水按照一定水灰比混合成浆体，然后在浆体中加入一定量的磁粉和水性环氧树脂、速凝剂进行充分的混合搅拌而成，根据所需的初凝时间计算所需要的速凝剂量；
Step4，制作膨胀结构（3）：采用软性橡胶材料制作膨胀结构（3），并将膨胀结构（3）布置在外管（12）外壁形成一个整体，膨胀结构（3）与外管（12）外壁形成的空间区域为充气区（4）；在膨胀结构内部预留有孔隙结构（5），其贯穿充气区（4），用于连同絮状物填充区（6）和结构外部区域；
Step5，制作抗滑结构（10）：采用具有一定刚度和强度的钢材制作一定长度的钢刺，并采用充磁设备对其充磁，使其具有磁性吸引力，并将其按照一定间距、平行的布置在膨胀结构外表面；所述抗滑结构在结构充气膨胀时会逐渐张开与管体形成一定的倾角；
Step6，安装堵水装置：通过空压机将管体（1）布置到突水孔洞内部，然后将充气装置与充气接口相接，启动装置使得充气区（4）膨胀与孔壁紧紧贴合；充气稳定后采用压力注浆设备将磁性浆液（9）填充至管体与孔壁之间的空隙中，所述填充方式为，首先将磁性浆液注入至填充区（6），然后通过内部的空隙结构（5）填充至空隙中；待管体稳定不产生滑动后移走空压机；
Step7，堵水与分流：管体安装稳定后关闭阀门（7）进行堵水，采用导管与装置管体相连接，打开阀门（7）将突水引流至合适的地方。
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