CN116044455B - 一种用于隧道定向加固的注浆系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于隧道定向加固的注浆系统，将钻杆设置为中空的杆体，利用钻杆直接充当注浆管，钻头作为注浆喷头，在施工中只需要下钻一次，可以极大的提高施工效率，缩短隧道注浆加固的施工周期；同时，通过在钻头和钻杆之间设置控制管，通过对控制管的位置调节，可以转换浆体的出浆位置，从而实现不同注浆方式间的切换，满足不同土层的使用需求。

Description

一种用于隧道定向加固的注浆系统
技术领域
本申请属于隧道施工技术领域，具体涉及一种用于隧道定向加固的注浆系统。
背景技术
由于城市隧道施工的特殊环境，经常会遇到隧道下穿既有建（构）筑物施工的情况，为了降低隧道施工对地面建（构）筑物的安全和邻近地下建（构）筑物的影响，通常的做法是对隧道基底进行注浆加固，限制既有建（构）筑物的沉降变形；施工的过程为：采用钻机钻出一条预行轨迹，而后拖出钻杆，下入套管，再将注浆喷头及注浆管下放至注浆点开始注浆作业。该种施工方法，需要下钻两次，极大了制约了施工效率的提升。
因此，实有必要提供一种用于隧道定向加固的注浆系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种用于隧道定向加固的注浆系统，将钻杆设置为中空的杆体，利用钻杆直接充当注浆管，钻头作为注浆喷头，在施工中只需要下钻一次，可以极大的提高施工效率，缩短隧道注浆加固的施工周期；同时，通过在钻头和钻杆之间设置控制管，通过对控制管的位置调节，可以转换浆体的出浆位置，从而实现不同注浆方式间的切换，满足不同土层的使用需求。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
一种用于隧道定向加固的注浆系统，包括依次连通的定向钻机、钻杆、控制管及钻头，所述钻杆为中空的杆体，将所述钻杆的中空区域作为浆体的输送通道，所述钻头上设置有与所述输送通道连通的喷嘴，所述喷嘴作为浆体的出浆口；所述控制管包括套管、阀管及连接件，所述套管包括外套管、挡板及内套管，所述挡板设置于所述外套管内将所述外套管的内部空间分隔形成相互独立的第一部分和第二部分，所述内套管设置于所述第一部分内，并与所述外套管间隔形成间隙；所述内套管远离所述钻杆的一端与所述挡板固定，所述内套管上贯穿设置有第一出浆孔，所述外套管上贯穿设置有第二出浆孔，所述挡板上贯穿设置有第三出浆孔，所述第一出浆孔和所述第二出浆孔均与所述间隙连通，所述阀管包括管体及端盖，所述端盖封堵所述管体远离所述钻杆一端的开口，所述管体上贯穿设置有多个第一排浆孔；所述端盖上贯穿设置有第二排浆孔；
所述阀管可旋转的安装于所述内套管内，且两端分别夹设于所述挡板和所述连接件之间，在所述阀管的旋转过程中，存在第一位置使所述第一排浆孔与所述第一出浆孔连通，且所述第二排浆孔与所述第三出浆孔不连通；存在第二位置，使所述第一排浆孔与所述第一出浆孔不连通，且所述第二排浆孔与所述第三出浆孔连通。
优选的，所述控制管还包括水力止浆塞及橡胶圈，所述水力止浆塞套设于所述外套管的两端，所有的所述第二出浆孔均位于两个所述水力止浆塞之间；所述橡胶圈安装于所述第二出浆孔上，并与所述第二出浆孔一一对应设置，所述橡胶圈用于封堵所述第二出浆孔。
优选的，所述外套管、挡板及内套管一体成型。
优选的，所述阀管还包括半环形受力块，所述连接件包括壳体及连接部，所述连接部设置于所述壳体远离所述钻杆的一端，所述连接部的外表面与所述壳体的外表面齐平，所述连接部的厚度小于所述壳体的厚度，所述连接部插入所述间隙内，并与所述外套管螺纹连接，所述壳体的端面沿轴线方向凹陷形成有圆环形安装槽，所述半环形受力块插入所述圆环形安装槽内，并可在所述圆环形安装槽内自由旋转。
优选的，所述圆环形安装槽内设置有挡条，所述挡条的宽度与所述圆环形安装槽的宽度相等，所述挡条与所述半环形受力块的一端间隔形成第一介质容纳空间，与所述半环形受力块的另一端间隔形成第二介质容纳空间，所述第一介质容纳空间和所述第二介质容纳空间均为密闭空间，其内填充有带压介质；所述第一介质容纳空间和所述第二介质容纳空间均通过介质填充口与介质源连通，通过两个所述介质填充口分别向所述第一介质容纳空间和所述第二介质容纳空间注入带压介质，通过两侧带压介质的压差来驱动所述半环形受力块在所述圆环形安装槽内旋转。
优选的，所述带压介质为空气或是液压油。
优选的，所述阀管在第一位置时，为静压注浆状态；所述阀管在第二位置时，为高压旋喷注浆状态。
优选的，所述钻头的端部插入所述第二部分内并与所述外套管螺纹连接。
本申请提供了一种用于隧道定向加固的注浆系统，将钻杆设置为中空的杆体，利用钻杆直接充当注浆管，钻头作为注浆喷头，在施工中只需要下钻一次，可以极大的提高施工效率，缩短隧道注浆加固的施工周期；同时，通过在钻头和钻杆之间设置控制管，通过对控制管的位置调节，可以转换浆体的出浆位置，从而实现不同注浆方式间的切换，满足不同土层的使用需求。
附图说明
图1是本申请提供的一种用于隧道定向加固的注浆系统的结构示意图；
图2是钻杆、控制管及钻头的连接结构示意图；
图3是钻杆、控制管及钻头的分解结构示意图；
图4是钻杆、控制管及钻头的剖视图；
图5是阀管的立体结构示意图；
图6是半环形受力块的一种状态示意图；
图7是半环形受力块的另一种状态示意图；
图8是静压注浆状态示意图；
图9是高压旋喷注浆状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请结合参阅图1-9，本发明提供一种隧道定向注浆系统100，包括依次连通的定向钻机10、钻杆20、控制管30及钻头40。
所述定向钻机10用于提供驱动力，并通过所述钻杆20及所述控制管30，将驱动力传导至所述钻头40，为所述钻头40的钻进提供动力。
所述钻杆20为中空的杆体，将浆体直接注入所述钻杆20内，利用所述钻杆20的中空区域作为浆体的输送通道。所述钻头40上设置有与所述输送通道连通的喷嘴，所述喷嘴作为浆体的出浆口，在施工中只需要下钻一次，可以极大的提高施工效率，缩短隧道注浆加固的施工周期。
所述控制管30用于改变注浆的方式。具体的，所述控制管30包括套管31、阀管32及连接件33。
所述套管31包括外套管311、挡板312、内套管313、水力止浆塞314及橡胶圈315。
所述挡板312设置于所述外套管311内将所述外套管311的内部空间分隔形成相互独立的第一部分和第二部分，所述第二部分沿浆体的输送方向位于所述第一部分的前方。所述内套管313设置于所述第一部分内，并与所述外套管311间隔形成间隙316；所述内套管313远离所述钻杆20的一端与所述挡板312固定。优选的，所述外套管311、挡板312及内套管313一体成型。所述钻头40的端部插入所述第二部分内并与所述外套管311螺纹连接。
所述内套管313上贯穿设置有第一出浆孔3130，所述外套管311上贯穿设置有第二出浆孔3110，所述挡板312上贯穿设置有第三出浆孔3120，所述第一出浆孔3130和所述第二出浆孔3110均与所述间隙316连通。所述第一出浆孔3130及第二出浆孔3110的数量根据实际需求进行选择，所述第三出浆孔3120的数量为一个。
所述水力止浆塞314套设于所述外套管311的两端，所有的所述第二出浆孔3110均位于两个所述水力止浆塞314之间。所述橡胶圈315安装于所述第二出浆孔3110上，并与所述第二出浆孔3110一一对应设置，所述橡胶圈315用于封堵所述第二出浆孔3110。所述水力止浆塞314和所述橡胶圈315均采用本领域的常规结构。
所述阀管32可旋转的安装于所述内套管313内，且两端分别夹设于所述挡板312和所述连接件33之间。所述阀管32包括管体321、端盖322及半环形受力块323，所述端盖322封堵所述管体321远离所述钻杆20一端的开口，所述管体321上贯穿设置有多个第一排浆孔3210；所述端盖322上贯穿设置有第二排浆孔3220。所述第一排浆孔3210的数量根据实际需求进行选择，所述第二排浆孔3220的数量为一个。
所述半环形受力块323用于接收外力作用，驱动所述阀管32整体发生转动。所述连接件33包括壳体331及连接部332，所述连接部332设置于所述壳体331远离所述钻杆20的一端，所述连接部332的外表面与所述壳体331的外表面齐平，所述连接部332的厚度小于所述壳体331的厚度，使得所述连接部332与所述壳体331之间形成阶梯形的结构。所述连接部332插入所述间隙316内，并与所述外套管311螺纹连接，所述壳体331的端面沿轴线方向凹陷形成有圆环形安装槽3310，所述半环形受力块323插入所述圆环形安装槽3310内，并可在所述圆环形安装槽3310内自由旋转。
请结合参阅图6及图7，所述圆环形安装槽3310内设置有挡条3311，所述挡条3311的宽度与所述圆环形安装槽3310的宽度相等，所述挡条3311与所述半环形受力块323的一端间隔形成第一介质容纳空间，与所述半环形受力块323的另一端间隔形成第二介质容纳空间，所述第一介质容纳空间和所述第二介质容纳空间均为密闭空间，其内填充有带压介质，所述带压介质为气体或是液压油。所述第一介质容纳空间和所述第二介质容纳空间均通过介质填充口3312与介质源连通。通过两个所述介质填充口3312分别向所述第一介质容纳空间和所述第二介质容纳空间注入带压介质，通过两侧带压介质的压差来驱动所述半环形受力块323在所述圆环形安装槽3310内旋转，进而带动所述阀管32整体旋转。
在所述阀管32的旋转过程中，存在第一位置使所述第一排浆孔3210与所述第一出浆孔3130连通，且所述第二排浆孔3220与所述第三出浆孔3120不连通；存在第二位置，使所述第一排浆孔3210与所述第一出浆孔3130不连通，且所述第二排浆孔3220与所述第三出浆孔3120连通。
请参阅图8，所述阀管32在第一位置时，为静压注浆状态。先向所述水力止浆塞314内注入水，使所述水力止浆塞314膨胀抵接周围的土层200，两个所述水力止浆塞314之间的区域为注浆区域。所述第一排浆孔3210与所述第一出浆孔3130连通，浆体依次通过所述第一排浆孔3210和所述第一出浆孔3130进入所述间隙316内聚集，随着浆体的聚集量增加，所述间隙316内的浆体压力逐渐增加，并驱动所述橡胶圈315从所述第二出浆孔3110内脱离，浆体从所述第二出浆孔3110内排出完成注浆过程。注浆完成后，所述水力止浆塞314卸压，继续钻进至下一区域，重复上述过程继续注浆。
请参阅图9，所述阀管32在第二位置时，为高压旋喷注浆状态。所述第二排浆孔3220与所述第三出浆孔3120连通，浆体依次通过所述第二排浆孔3220和所述第三出浆孔3210进入所述钻头40内，并通过所述钻头40上的喷嘴喷出，完成注浆过程。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (7)

1.一种用于隧道定向加固的注浆系统，其特征在于，包括依次连通的定向钻机、钻杆、控制管及钻头，所述钻杆为中空的杆体，将所述钻杆的中空区域作为浆体的输送通道，所述钻头上设置有与所述输送通道连通的喷嘴，所述喷嘴作为浆体的出浆口；所述控制管包括套管、阀管及连接件，所述套管包括外套管、挡板及内套管，所述挡板设置于所述外套管内将所述外套管的内部空间分隔形成相互独立的第一部分和第二部分，所述内套管设置于所述第一部分内，并与所述外套管间隔形成间隙；所述内套管远离所述钻杆的一端与所述挡板固定，所述内套管上贯穿设置有第一出浆孔，所述外套管上贯穿设置有第二出浆孔，所述挡板上贯穿设置有第三出浆孔，所述第一出浆孔和所述第二出浆孔均与所述间隙连通，所述阀管包括管体及端盖，所述端盖封堵所述管体远离所述钻杆一端的开口，所述管体上贯穿设置有多个第一排浆孔；所述端盖上贯穿设置有第二排浆孔；
所述阀管可旋转的安装于所述内套管内，且两端分别夹设于所述挡板和所述连接件之间，在所述阀管的旋转过程中，存在第一位置使所述第一排浆孔与所述第一出浆孔连通，且所述第二排浆孔与所述第三出浆孔不连通；存在第二位置，使所述第一排浆孔与所述第一出浆孔不连通，且所述第二排浆孔与所述第三出浆孔连通；
所述阀管还包括半环形受力块，所述连接件包括壳体及连接部，所述连接部设置于所述壳体远离所述钻杆的一端，所述连接部的外表面与所述壳体的外表面齐平，所述连接部的厚度小于所述壳体的厚度，所述连接部插入所述间隙内，并与所述外套管螺纹连接，所述壳体的端面沿轴线方向凹陷形成有圆环形安装槽，所述半环形受力块插入所述圆环形安装槽内，并可在所述圆环形安装槽内自由旋转。
2.根据权利要求1所述的用于隧道定向加固的注浆系统，其特征在于，所述控制管还包括水力止浆塞及橡胶圈，所述水力止浆塞套设于所述外套管的两端，所有的所述第二出浆孔均位于两个所述水力止浆塞之间；所述橡胶圈安装于所述第二出浆孔上，并与所述第二出浆孔一一对应设置，所述橡胶圈用于封堵所述第二出浆孔。
3.根据权利要求1所述的用于隧道定向加固的注浆系统，其特征在于，所述外套管、挡板及内套管一体成型。
4.根据权利要求1所述的用于隧道定向加固的注浆系统，其特征在于，所述圆环形安装槽内设置有挡条，所述挡条的宽度与所述圆环形安装槽的宽度相等，所述挡条与所述半环形受力块的一端间隔形成第一介质容纳空间，与所述半环形受力块的另一端间隔形成第二介质容纳空间，所述第一介质容纳空间和所述第二介质容纳空间均为密闭空间，其内填充有带压介质；所述第一介质容纳空间和所述第二介质容纳空间均通过介质填充口与介质源连通，通过两个所述介质填充口分别向所述第一介质容纳空间和所述第二介质容纳空间注入带压介质，通过两侧带压介质的压差来驱动所述半环形受力块在所述圆环形安装槽内旋转。
5.根据权利要求4所述的用于隧道定向加固的注浆系统，其特征在于，所述带压介质为空气或是液压油。
6.根据权利要求1所述的用于隧道定向加固的注浆系统，其特征在于，所述阀管在第一位置时，为静压注浆状态；所述阀管在第二位置时，为高压旋喷注浆状态。
7.根据权利要求1所述的用于隧道定向加固的注浆系统，其特征在于，所述钻头的端部插入所述第二部分内并与所述外套管螺纹连接。
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