CN219280707U - 一种可控角度的斜向微扰动注浆装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种可控角度的斜向微扰动注浆装置，包括注浆器、静压设备；注浆器的注浆管体内部设有一将其空腔分隔为两部分的隔板；隔板一侧空间内设有倾角传感器；注浆孔开设在隔板另一侧的注浆管体的侧壁上；静压设备包括压拔装置、套管、扶正器、注浆杆、倾角调节装置；扶正器上设有线性的滑槽，压拔装置限位于滑槽内，并在外部驱动力的作用下可沿滑槽移动；套管上端与压拔装置下端可拆卸连接；倾角调节装置可实时地调节扶正器的倾角；注浆杆为分段连接的形式，当套管压入到位后，注浆杆各段可逐步相互连接并自上而下穿入套管内，注浆杆的尾部与压拔装置连接。

Description

一种可控角度的斜向微扰动注浆装置

技术领域

本实用新型涉及地铁修复加固技术领域，具体涉及一种可调节角度的斜向压入注浆器至土体内指定位置并进行注浆的注浆装置。

背景技术

随着经济建设的发展，地铁运营里程的不断增加，临近地铁的工程建设也就越来越多，工程体量也越来越大，不可避免的引起地铁隧道产生较大的变形。近些年来，微扰动注浆方法作为一种对周边环境影响小、可控性强、加固效果好的工艺，已成为地铁隧道变形修复的重要手段。

地铁隧道变形中备受关注的是沉降和收敛变形，其中沉降变形的修复方法一般是在地铁隧道的底部向下钻孔，将管片打穿后从隧道内将注浆管深入下部土体进行抬升注浆。地铁隧道收敛的修复方法一般是在隧道的两侧一定距离处从地面竖直向下压入注浆管，在隧道侧向进行注浆，通过注浆的侧向挤压力减小隧道的横向直径。

然而，目前的地铁侧向微扰动注浆修复中仍存在一些问题：

(1)工程实践表明，地铁隧道内底部打孔注浆的方式对隧道的沉降修复施工时，可能会由于隧道底部浆液向上的挤压力，造成隧道横向收敛变形变大，甚至会因为引起的收敛变形过大而需要再采用侧向微扰动注浆对隧道收敛进行治理，从而增加成本。此外，隧道内底部打孔的施工方式是对隧道结构的一种破坏，给隧道结构的长期使用带来了一定的安全隐患。

(2)当地铁沉降与收敛变形同时需要进行修复时，常规单一的修复方式可能导致另一变形指标的变化，因此在修复过程中两种注浆修复施工相互协调非常困难，造成修复的效果很难把控。

(3)地铁隧道收敛变形的注浆修复项目中，经常会遇到隧道上方存在密集地下管道、城市主干道等情况，常规竖直开孔进行微扰动注浆的方法往往难以实施，给隧道修复带来了一定的困难。

因此，研究采用小角度斜向打入注浆器至隧道侧向近距离位置进行隧道沉降或收敛变形的注浆修复方法具有重要价值。

实用新型内容

针对目前地铁隧道沉降及收敛修复手段中存在的问题，本实用新型提供了一种可调整角度的斜向压入土层内的注浆装置及其使用方法，配合安装在注浆装置端部的倾角计，可以实时掌握注浆器在地层内的插入角度，防止注浆器偏离设计方位而造成威胁隧道安全或注浆效果不佳的情况；预先定位并伸长至地下的扶正套管，可有效地控制注浆杆和注浆器压入的角度，从而保证了注浆施工的质量。

本实用新型采取以下技术方案：

一种可控角度的斜向微扰动注浆装置，包括注浆器、静压设备；所述注浆器的注浆管体1内部设有一将其空腔分隔为两部分的隔板6；隔板6一侧空间内设有倾角传感器7；注浆孔4开设在隔板另一侧的注浆管体1的侧壁上；所述静压设备包括压拔装置23、套管34、扶正器21、注浆杆35、倾角调节装置；所述扶正器21上设有线性的滑槽22，压拔装置23限位于所述滑槽22内，并在外部驱动力的作用下可沿所述滑槽22移动；套管34上端与压拔装置23下端可拆卸连接；所述倾角调节装置可实时地调节所述扶正器21的倾角；所述注浆杆35为分段连接的形式，当套管34压入到位后，注浆杆35各段可逐步相互连接并自上而下穿入所述套管34内，注浆杆的尾部与压拔装置23连接。

优选的，所述倾角调节装置包括前置固定器26、水平伸缩杆27、后置伸缩系统28；所述前置固定器26固定在车辆上；所述水平伸缩杆27前端连接前置固定器，后端连接后置伸缩系统28的滑动座并且能够前后伸缩带动所述滑动座水平移动；所述后置伸缩系统28包括至少2组液压伸缩杆，液压伸缩杆一端与扶正器21铰接，另一端与滑动座铰接；通过调整液压伸缩杆的长度调整扶正器21的倾角。

优选的，所述注浆管体1上部固定连接有用于与注浆杆连接的螺栓头2，螺栓头2的长度不小于注浆管体1的直径。

优选的，注浆管体1底部具有锥形头。

优选的，注浆孔4不开设在同一横断面上，以保证注浆管体有足够的强度。

优选的，所述隔板6横向设置，将空腔分隔为上下两部分，其中倾角传感器7位于下部的腔体内。

优选的，所述倾角传感器为重力加速度计、角度计中的一种或几种。

优选的，所述注浆器侧部设有铠装电缆9，其下端与倾角传感器7相连接，并从注浆器侧壁下方对应孔洞中引出，一直延伸至地面与数据采集装置连接，为倾角传感器供电并且传输数据；密封套10安装在铠装电缆9在注浆器侧壁下方的出口处；在注浆器和每根注浆杆上设置至少1个卡扣，将铠装电缆分段卡紧固定在注浆装置和注浆杆的外壁上。

优选的，所述静压设备具有一可行驶的承载平台，从所述承载平台向地面从插入一固定装置31，承载平台行驶到指定地点后下放至地面与地面接触，并由动力驱动下压固定。

优选的，套管34为中空钢管，其壁厚大于5mm，内径大于注浆杆3mm～5mm，每节套管长度固定，套筒在扶正器上方通过滑槽相扣；施工前先将套管拼装并打入地面以下超过3m，以固定施工角度，后将注浆杆插入套筒引导角度进行压入施工，在施工过程中如果产生角度偏差能够调整扶正器角度来调整其套筒角度对压桩角度进行修正。

优选的，注浆杆通过螺纹与注浆器连接，内部为中空管，其内径和外径与注浆器相同；当注浆杆连同注浆器压入至指定深度后，浆液从注浆杆流入注浆器注入相应位置的土层中。

一种上述的可控角度的斜向微扰动注浆装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、确定注浆杆压入的角度及需要压入的深度；

S2、对各个注浆位置进行放样；

S3、根据放样位置将注浆设备行驶至对应位置，调整扶正器角度，达到指定角度后，压拔装置前端安装与套管相匹配的夹头，将逐节拼装的套管下压至地表以下一定深度，并测定套管的角度是否与设计角度一致；

S4、套管角度调整好后，将注浆器36与注浆杆35相连，压拔装置前端安装与注浆杆相匹配的夹头，将逐节拼接注浆杆连同注浆器压入地层中，同时将铠装电缆固定在注浆器和注浆杆上；

S5、施工过程中每压入固定的深度，对倾斜传感器进行读数，确保压入角度无明显偏差；

S6、压入注浆器36至指定位置后，将压拔装置23移开，注浆杆连接注浆软管43，开始根据设计压力、流量进行该深度位置的注浆施工。

优选的，当一个深度位置的注浆量达到设计要求后，暂停注浆，取下注浆软管43，用压拔装置重新连接注浆杆，将注浆杆连同注浆器上拔一定高度后，再移开压拔装置，用注浆软管43连接注浆杆，进行该深度的注浆；注浆完成后将注浆杆和注浆器上提至地面，清洗完成后，移动注浆设备至下一个孔进行注浆施工。

本实用新型的有益效果在于：

1)能够使注浆器进入土中指定位置完成斜孔注浆施工，通过斜孔注浆的方式同时修复地铁隧道的沉降和收敛变形，保障地铁隧道结构的安全。

2)注浆器中设置了倾斜传感器，可以实时掌握注浆器的插入角度，防止注浆器偏离设计方位而造成威胁隧道安全或注浆效果不佳的情况；

3)伸长至地下的扶正套管，可进一步有效地控制注浆杆和注浆器压入的角度，从而保证了注浆施工的质量；

4)斜孔注浆可以同步修复地铁隧道的沉降和收敛变形，工序相较于单独修复沉降或收敛的注浆方法更为简单，节省了注浆材料，缩短了修复工期，提高了注浆修复的容错率。

附图说明

图1是注浆器内部结构剖面图。

图2是注浆设备调整好角度时的示意图。

图3是逐节安装套管的示意图(压拔装置23下端安装与套管匹配的夹头)。

图4是套管压入到位的示意图。

图5是逐节安装并下压注浆杆的示意图。

图6是注浆器压入到设计位置，连接主将软管43，并开始注浆的示意图。

图7是单侧注浆完成的示意图。

图8是双侧注浆完成的示意图。

图中，1.注浆管体，2.螺栓头，3.锥形头，4.注浆孔，5.注浆器内部空腔，6.隔板，7.倾角传感器，8.倾斜传感器固定件，9.铠装电缆，10.密封套，11.电缆固定卡扣。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

首先，对注浆器的具体结构和功能进行说明，参见图1：

注浆管体1为一定壁厚的中空管，直径和管长可根据具体的注浆需求进行定制。

注浆管体上方固定设有螺栓头2，螺栓头2用于与带有内螺纹的注浆杆相连，螺栓头的长度不应小于注浆管体的直径，以保证连接位置的刚度和稳定性。

注浆管体底部的锥形头3，便于进入时更易穿透土层达到指定注浆位置。

开设在注浆管体上的注浆孔4，其开孔直径和数量根据需求进行设计，同时应尽量避免开设在同一横断面上，以保证注浆管体有足够的强度。

注浆器内部空腔5为注浆时浆液流动的通道。

注浆器的注浆管体1内部设有一将其空腔分隔为上下两部分的隔板6；隔板6下侧空间内设有倾角传感器7；注浆孔4开设在隔板上侧的注浆管体1的侧壁上，隔板6防止注浆时较大的注浆压力及浆液对下方倾斜传感器造成损坏，因此要保证隔板与注浆管体足够的连接强度及密封性。

倾角传感器7可以采用重力加速度计、角速度计等，作用为监测注浆器的姿态，防止注浆器偏离预设方向而距离隧道过近或过远，从而损伤隧道或无法达到修复和加固的效果。倾斜传感器可以实时掌握注浆器的插入角度，防止注浆器偏离设计方位而造成威胁隧道安全或注浆效果不佳的情况。

倾斜传感器固定件8将倾角传感器7固定在注浆器下方的空腔内。

铠装电缆9，其下端与倾角传感器相连接，并从注浆器侧壁下方对应孔洞中引出，一直延伸至地面与数据采集装置连接，为倾角传感器供电并且传输数据。铠装电缆具有很高的抗高压及抗拉伸的能力，能够承受电缆随注浆设备被一同压入土层的过程中所受到的外力。

所述10为密封套10，安装在铠装电缆在注浆器侧壁下方的出口处，具有较高的任性和密封性，能够防止泥水等外物侵入倾角传感器所在的腔体内。

电缆固定卡扣11在注浆装置和每根注浆杆上设置不少于1个卡扣，将铠装电缆分段卡紧固定在注浆装置和注浆杆的外壁上，卡扣具有比较高的强度和刚度，一方面防止进入过程中电缆发生缠绕，另一方面可以较好的分段分担铠装电缆进入土体中所受的土体阻力。

下面对于配套带角度调整用的静压设备及其具体工作过程进行介绍，参见图2-图8：

扶正器总体装置21。

滑槽22设置在扶正器21上，套筒通过滑槽与扶正器连接，套筒可以通过滑槽被压入地面。

压拔装置23可以沿着滑槽上、下行走，下端可更换安装不同规格的夹头，从而实现将各种规格的杆件压着滑槽下压或上提。其提供动力的方式包含但不限于静压、振动、旋转。滑槽22内设有机械传动机构(一般为齿轮)，压拔装置23下部也有配合的齿轮，通过齿轮传动实现压拔装置23沿滑槽22的滑动，这部分传动结构本身属于现有技术，因此本实施方式中不展开说明。

压拔装置的油路管24，为压拔装置提供沿滑槽上、下行走的动力。

连接装置25用来连接伸缩系统与扶正器。

前置固定器26固定在车辆上，无法移动。

水平伸缩杆27连接前置固定器与后置伸缩系统，并且可以前后伸缩调节前后装置的距离来控制施工角度。

后置伸缩系统28由多根液压伸缩杆组成，并与扶正器连接，通过调整液压杆的长度调整扶正器角度。

动力系统29为液压驱动系统、车辆行驶等提供动力，动力源可采用电能、燃油或其他燃料。

液压驱动装置的动力系统驱动线30。

设备固定装置31，车辆行驶过程中会收起，行驶到指定地点后可以下方至地面与地面接触，驱动方式可以采用液压，电动等多种方式。若车辆自重无法满足注浆器下压力的需求，也可在加设地锚装置。

驱动装置32带有轮胎、履带等设备，便于注浆设备的正常行使。

拟注浆加固的地层33。

套管34为具有较高强度的中空钢管，其壁厚大于5mm，内径大于注浆杆3mm～5mm，每节套管长度可为1m或其他长度，套筒在扶正器上方通过滑槽相扣，施工前先将注浆拼装套管并打入地面以下超过3m，以固定施工角度，后将注浆杆插入套筒引导角度进行压入施工，在施工过程中如果产生角度偏差可以调整扶正器角度来调整其套筒角度对压桩角度进行修正。

注浆杆35通过螺纹与注浆器连接，内部为中空管，其内径和外径与注浆器相同。当注浆杆连同注浆器压入至指定深度后，浆液从注浆杆流入注浆器注入相应位置的土层中。

注浆器36。作为可选方案，也可在注浆器36的上部安装一个单向止浆阀。

本实用新型的小角度斜向微扰动注浆装置，其使用方法如下：

S1、通过设计资料及现场放样确定地铁隧道42的边线位置，并根据场地状况设计注浆设备的位置、注浆杆压入的角度及需要压入的深度。

S2、现场采用RTK、GPS、全站仪等手段对各个注浆位置进行放样。

S3、根据放样位置将注浆设备41行驶至合适位置，调整伸缩系统，通过是伸缩液压杆调整扶正器角度，达到指定角度后，压拔装置前端安装与套管相匹配的夹头，将逐节拼装的套管下压至地表以下一定深度，并测定套管的角度是否与设计角度一致。

S4、套管角度调整好后，将注浆器36与注浆杆35相连，压拔装置前端安装与注浆杆相匹配的夹头，将逐节拼接注浆杆连同注浆器压入地层中，同时将铠装电缆固定在注浆器和注浆杆上。

S5、施工过程中每压入固定的深度，需要对倾斜传感器进行读数，确保压入角度无明显偏差。

S6、压入注浆器36至指定位置后，将压拔装置23移开，注浆杆连接注浆软管43，开始根据设计压力、流量进行该深度位置的注浆施工。

S7、当一个深度位置的注浆量达到设计要求后，暂停注浆，取下注浆软管43，用压拔装置重新连接注浆杆，将注浆杆连同注浆器上拔一定高度后，再移开压拔装置，用注浆软管43连接注浆杆，进行该深度的注浆。依次重复上述工序在土层中逐步形成注浆体44并完成该孔注浆。

S8、注浆完成后将注浆杆和注浆器上提至地面，清洗完成后，移动注浆设备至下一个孔进行注浆施工。

通过上述步骤，沿着地铁隧道下方逐步上提注浆，对隧道下方及侧方土体进行加固，同时注浆的挤压效果可以对隧道沉降和收敛变形进行有效修复。

以上是本实用新型的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本实用新型总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本实用新型要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种可控角度的斜向微扰动注浆装置，其特征在于：

包括注浆器、静压设备；

所述注浆器的注浆管体(1)内部设有一将其空腔分隔为两部分的隔板(6)；隔板(6)一侧空间内设有倾角传感器(7)；注浆孔(4)开设在隔板另一侧的注浆管体(1)的侧壁上；

所述静压设备包括压拔装置(23)、套管(34)、扶正器(21)、注浆杆(35)、倾角调节装置；

所述扶正器(21)上设有线性的滑槽(22)，压拔装置(23)限位于所述滑槽(22)内，并在外部驱动力的作用下可沿所述滑槽(22)移动；套管(34)上端与压拔装置(23)下端可拆卸连接；

所述倾角调节装置可实时地调节所述扶正器(21)的倾角；

所述注浆杆(35)为分段连接的形式，当套管(34)压入到位后，注浆杆(35)各段可逐步相互连接并自上而下穿入所述套管(34)内，注浆杆的尾部与压拔装置(23)连接。

2.如权利要求1所述的可控角度的斜向微扰动注浆装置，其特征在于：

所述倾角调节装置包括前置固定器(26)、水平伸缩杆(27)、后置伸缩系统(28)；

所述前置固定器(26)固定在车辆上；所述水平伸缩杆(27)前端连接前置固定器，后端连接后置伸缩系统(28)的滑动座并且能够前后伸缩带动所述滑动座水平移动；

所述后置伸缩系统(28)包括至少2组液压伸缩杆，液压伸缩杆一端与扶正器(21)铰接，另一端与滑动座铰接；

通过调整液压伸缩杆的长度调整扶正器(21)的倾角。

3.如权利要求1所述的可控角度的斜向微扰动注浆装置，其特征在于：所述注浆管体(1)上部固定连接有用于与注浆杆连接的螺栓头(2)，螺栓头(2)的长度不小于注浆管体(1)的直径。

4.如权利要求1所述的可控角度的斜向微扰动注浆装置，其特征在于：注浆管体(1)底部具有锥形头。

5.如权利要求1所述的可控角度的斜向微扰动注浆装置，其特征在于：注浆孔(4)不开设在同一横断面上，以保证注浆管体有足够的强度。

6.如权利要求1所述的可控角度的斜向微扰动注浆装置，其特征在于：所述隔板(6)横向设置，将空腔分隔为上下两部分，其中倾角传感器(7)位于下部的腔体内。

7.如权利要求1所述的可控角度的斜向微扰动注浆装置，其特征在于：所述倾角传感器为重力加速度计、角度计中的一种或几种。

8.如权利要求1所述的可控角度的斜向微扰动注浆装置，其特征在于：所述注浆器侧部设有铠装电缆(9)，其下端与倾角传感器(7)相连接，并从注浆器侧壁下方对应孔洞中引出，一直延伸至地面与数据采集装置连接，为倾角传感器供电并且传输数据；密封套(10)安装在铠装电缆(9)在注浆器侧壁下方的出口处；在注浆器和每根注浆杆上设置至少1个卡扣，将铠装电缆分段卡紧固定在注浆装置和注浆杆的外壁上。

9.如权利要求1所述的可控角度的斜向微扰动注浆装置，其特征在于：所述静压设备具有一可行驶的承载平台，从所述承载平台向地面从插入一固定装置(31)，承载平台行驶到指定地点后下放至地面与地面接触，并由动力驱动下压固定。

10.如权利要求1所述的可控角度的斜向微扰动注浆装置，其特征在于：套管(34)为中空钢管，其壁厚大于5mm，内径大于注浆杆3mm～5mm，每节套管长度固定，套筒在扶正器上方通过滑槽相扣；施工前先将套管拼装并打入地面以下超过3m，以固定施工角度，后将注浆杆插入套筒引导角度进行压入施工，在施工过程中如果产生角度偏差能够调整扶正器角度来调整其套筒角度对压桩角度进行修正。

11.如权利要求1所述的可控角度的斜向微扰动注浆装置，其特征在于：注浆杆通过螺纹与注浆器连接，内部为中空管，其内径和外径与注浆器相同；当注浆杆连同注浆器压入至指定深度后，浆液从注浆杆流入注浆器注入相应位置的土层中。

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