隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，包括兩對前后設(shè)置的分段注漿器，其中一對分段注漿器對應(yīng)于隧道開挖后的圍巖注漿加固區(qū)域，另一對分段注漿器對應(yīng)于隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區(qū)域；每個分段注漿器均包含一根豎直的注漿管，注漿管上并聯(lián)有三根分別與隧道開挖后的圍巖注漿加固區(qū)域或隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區(qū)域相對應(yīng)的注漿軟管，每兩根注漿軟管之間的注漿管中設(shè)有一注漿分隔器，注漿管的進口與注漿泵相連。本發(fā)明同時還公開了該裝置的使用方法。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)隧道開挖后的圍巖注漿加固又可實現(xiàn)隧道開挖前的超前帷幕注漿加固，在基本不影響圍巖受力的情況下實現(xiàn)對隧道圍巖均勻地注漿加固，成本低廉、構(gòu)造簡單。
【專利說明】隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種注漿模型試驗技術(shù)，尤其是一種隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在軟弱富水地層中開挖隧道時，經(jīng)常出現(xiàn)圍巖變形過大、滲水量大等問題，甚至還有可能發(fā)生突水突泥事故。目前主要采用注漿方法加固隧道軟弱富水圍巖以使隧道順利通過該地層。隧道注漿模型試驗可以研究注漿漿液在隧道圍巖中的擴散規(guī)律、分析注漿加固效果及注漿加固巖體穩(wěn)定性，是隧道安全建設(shè)中新的課題和研究方向。隧道注漿模型試驗，特別是帷幕注漿模型試驗，受制于之前模型試驗用的帷幕鉆孔系統(tǒng)未有研究，試驗難以開展。
[0003]在隧道注漿模型試驗中，要求所布置的注漿管不影響隧道開挖過程中的圍巖應(yīng)力釋放過程，而且可以實現(xiàn)均勻地加固隧道周邊圍巖。目前的注漿管布置方法無法滿足這一要求。若采用隧道開挖前預(yù)埋硬質(zhì)注漿管的布置方法，硬質(zhì)的注漿管可以在隧道開挖過程中承受部分圍巖應(yīng)力，阻礙圍巖變形，嚴重影響隧道開挖實驗結(jié)果。若采用隧道開挖后再插入硬質(zhì)注漿管的方法，這種方法會極大擾動隧道圍巖，改變圍巖應(yīng)力狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置及其使用方法，其可以實現(xiàn)隧道開挖后的圍巖注漿加固又可實現(xiàn)隧道開挖前的超前帷幕注漿加固，在基本不影響圍巖受力的情況下實現(xiàn)對隧道圍巖均勻地注漿加固，該裝置具有成本低廉、構(gòu)造簡單等優(yōu)點。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0006]一種隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，包括兩對前后設(shè)置的分段注漿器，其中一對分段注漿器對應(yīng)于隧道開挖后的圍巖注漿加固區(qū)域，另一對分段注漿器對應(yīng)于隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區(qū)域；每個分段注漿器均包含一根豎直的注漿管，注漿管上并聯(lián)有三根分別與隧道開挖后的圍巖注漿加固區(qū)域或隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區(qū)域相對應(yīng)的注漿軟管，每兩根注漿軟管之間的注漿管中設(shè)有一注漿分隔器，注漿管的進口與注漿泵相連；
[0007]所述注漿分隔器為邊緣帶鋸齒的圓形薄片，圓形薄片的直徑與注漿管的外徑相同，將薄片鋸齒彎折后套入注漿管端部，并利用粘接劑將兩者粘接固定，將粘結(jié)注漿分隔器的注漿管和不粘結(jié)注漿分隔器的注漿管通過接頭連接，從而固定注漿分隔器。
[0008]所述注漿管為PVC材質(zhì)，注漿管下端口通過PVC接箍與鋼制絲管連接，鋼制絲管穿過底板并與底板焊接連接。
[0009]所述鋼制絲管下端通過活節(jié)與注漿管路相連，注漿管路與注漿泵相連，且注漿管路上設(shè)有閥門。[0010]所述圓形薄片為厚度為0.23mm的鋁制薄片，該鋁制薄片能夠承受IMPa的注漿壓力，完全滿足模型試驗對注漿壓力的要求。
[0011]所述注漿軟管采用軟材質(zhì)的塑料管制成，軟管上間隔設(shè)置溢漿口，注漿軟管與注漿管通過PVC變徑連接。
[0012]相對的兩根注漿軟管布置在同一直線上，兩對前后設(shè)置的分段注漿器共12根注漿軟管呈正六棱柱以隧道為中心布置。
[0013]一種隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置的使用方法，步驟如下:
[0014]步驟一:制作注漿分隔器，將鋁制薄片裁剪成帶鋸齒的圓形薄片，圓形薄片的直徑與PVC注漿管的外徑相同，將鋁制薄片鋸齒彎折后套入PVC注漿管端部，并利用PVC粘接劑將兩者粘接固定，將粘結(jié)注漿分隔器的PVC注漿管和不粘結(jié)注漿分隔器的PVC注漿管通過PVC接頭連接，從而固定注漿分隔器；
[0015]步驟二:按照試驗設(shè)計要求確定分段注漿器的個數(shù)，若只進行隧道開挖前的超前帷幕注漿或者只進行隧道開挖后的圍巖注漿加固則需要2個分段注漿器，若同時進行兩種注漿加固則需要4個分段注漿器；按照試驗設(shè)計要求確定PVC注漿管長度和注漿軟管長度；并將注漿分隔器、PVC注漿管和注漿軟管組裝成分段注漿器；
[0016]步驟三:將分段注漿器通過PVC接箍與模型底板上的鋼制絲管連接，并進行填料
[0017]步驟四:當(dāng)隧道開挖至一半時，根據(jù)實驗要求對其中一個分段注漿器進行注漿，連接好相關(guān)注漿管路，打開注漿泵及閥門進行注漿，待達到注漿結(jié)束標準時結(jié)束注漿；
[0018]步驟五:待漿液固結(jié)后，拆開活節(jié)并用長鉆頭破壞注漿分隔器，之后用壓力水沖洗，連接相關(guān)管路進行下一次注漿，直到第三次注漿完成后停止注漿；
[0019]步驟六:當(dāng)分段注漿器進行完三次注漿后，根據(jù)實驗要求對下一個分段注漿器進行注漿，每個分段注漿器注漿3次；
[0020]步驟七:注漿完成，進行拆模工作。
[0021]本發(fā)明包括4個分段注漿器，分段注漿器由PVC注漿管、注漿分隔器、注漿軟管及其它PVC構(gòu)件構(gòu)成，所有PVC構(gòu)件均使用PVC膠粘劑連接。其中一對分段注漿器用于隧道開挖后的圍巖注漿加固，另一對分段注漿器用于隧道開挖前的超前帷幕注漿加固。每個分段注漿器內(nèi)部設(shè)置2個注漿分隔器和3根注漿軟管。分段注漿器通過PVC接箍與鋼制絲管連接，鋼制絲管穿過底板并與底板通過焊接連接。
[0022]注漿分隔器的材質(zhì)為普通鋁制薄片，形狀為帶鋸齒的圓形薄片，圓形薄片的直徑與PVC注漿管的外徑相同，將鋁制薄片鋸齒彎折后套入PVC注漿管端部，并利用PVC粘接劑將兩者粘接固定，將粘結(jié)注漿分隔器的PVC注漿管和不粘結(jié)注漿分隔器的PVC注漿管通過PVC接頭連接，從而固定注漿分隔器。在注漿過程中，注漿分隔器可以承受注漿壓力并保持穩(wěn)定，起到分隔注漿的作用，但是利用長鉆頭可以輕松破壞鋁制薄片。注漿分隔器可以承受的最大注漿壓力與鋁制薄片的厚度相關(guān)，0.23mm厚的鋁制薄片可以承受IMPa的注漿壓力，完全滿足模型試驗對注漿壓力的要求。
[0023]注漿軟管采用軟材質(zhì)的塑料管制成，軟管上間隔設(shè)置溢漿口，注漿軟管與PVC注漿管通過PVC變徑連接。注漿軟管沒有支撐能力，對隧道開挖過程中的圍巖應(yīng)力釋放過程不造成影響。每兩根注漿軟管布置在同一直線上，12根注漿軟管呈正六棱柱以隧道為中心布置，可以通過調(diào)節(jié)PVC注漿管長度d2、d3來改變相鄰注漿軟管的間距，通過調(diào)整注漿軟管長度dl來改變隧道注漿段長。通過增加每個分段注漿器的注漿分隔器數(shù)目和注漿軟管數(shù)目，可實現(xiàn)加密布置注漿軟管。
[0024]在注漿過程中，根據(jù)實驗要求對其中一個分段注漿器進行注漿，漿液無法通過注漿分隔器，只能通過注漿分隔器之前的注漿軟管進入到地層中，待漿液固結(jié)后，已注過漿的注漿軟管也被封堵。利用長鉆頭破壞注漿分隔器并進行下一段注漿，漿液從未被破壞的注漿分隔器之前的注漿軟管進入地層，兩次注漿分別進入相鄰的地層，從而實現(xiàn)由下到上的分段注漿。
[0025]本發(fā)明的有益效果是，上述技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)隧道開挖后的圍巖注漿加固又可實現(xiàn)隧道開挖前的超前帷幕注漿加固，在基本不影響圍巖受力的情況下實現(xiàn)對隧道圍巖均勻地注漿加固，該裝置具有成本低廉、構(gòu)造簡單等優(yōu)點。
[0026]1、能夠同時實現(xiàn)隧道開挖后的圍巖注漿加固和隧道開挖前的超前帷幕注漿加固；
[0027]2、在隧道開挖過程中，注漿軟管不影響隧道圍巖應(yīng)力釋放發(fā)過程，實現(xiàn)在不影響圍巖受力的情況下對圍巖均勻注漿加固；
[0028]3、可以通過調(diào)節(jié)注漿軟管長度調(diào)節(jié)注漿段長，通過調(diào)節(jié)分段注漿器尺寸調(diào)整注漿管數(shù)目；
[0029]4、所用PVC構(gòu)件成本低廉、方便組裝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為分序次分段注漿裝置正視圖；
[0031]圖2為分序次分段注漿裝置側(cè)視圖；
[0032]圖3為分序次分段注漿裝置俯視圖；
[0033]圖4(a)、圖4(b)分別為注漿分隔器細部結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖5為注漿軟管結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖6為隧道注漿模型試驗注漿示意圖；
[0036]圖7為隧道開挖后的圍巖注漿加固區(qū)域側(cè)面圖；
[0037]圖8為隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區(qū)域側(cè)面圖；
[0038]I——PVC接頭，2——PVC注漿管，3——PVC彎頭，4——PVC三通，5——PVC變徑，
6——PVC接箍，7——注漿分隔器，8——鋁制薄片，9——鋸齒，IO——隧道，11——鋼制絲管，12——活節(jié)，13——注漿軟管，14——溢漿口，15——底板，16——注漿泵，17——閥門，18——注漿管路，19——隧道開挖后的圍巖注漿加固區(qū)域，20——超前帷幕注漿加固區(qū)域，21—隧道口，22—已開挖隧道輪廓，23—模型試驗邊界。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0040]如圖1-圖8所示，適用于隧道注漿模型試驗的分序次分段注漿裝置，它包括4個分段注漿器，分段注漿器由PVC注漿管2、注漿分隔器7、注漿軟管13及其它PVC構(gòu)件(如PVC彎頭3\PVC三通4)構(gòu)成，所有PVC構(gòu)件均使用PVC膠粘劑連接。其中一對分段注漿器用于隧道開挖后的圍巖注漿加固區(qū)域19，另一對分段注漿器用于隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區(qū)域20。每個分段注漿器內(nèi)部設(shè)置2個注漿分隔器7和3根注漿軟管13。分段注漿器通過PVC接箍6與鋼制絲管11連接，鋼制絲管11穿過底板15并與底板15焊接連接。鋼制絲管11下端通過活節(jié)12與注漿管路18相連，注漿管路18與注漿泵16相連，且注漿管路18上設(shè)有閥門17。
[0041]注漿分隔器7的材質(zhì)為普通鋁制薄片8，形狀為帶鋸齒9的圓形薄片，圓形薄片的直徑與PVC注漿管2的外徑相同，將鋁制薄片鋸齒9彎折后套入PVC注漿管2端部，并利用PVC粘接劑將兩者粘接固定，將粘結(jié)注漿分隔器7的PVC注漿管2和不粘結(jié)注漿分隔器7的PVC注漿管2通過PVC接頭I連接，從而固定注漿分隔器7。在注漿過程中，注漿分隔器7可以承受注漿壓力并保持穩(wěn)定，起到分隔注漿的作用，但是利用長鉆頭可以輕松破壞鋁制薄片8。注漿分隔器7可以承受的最大注漿壓力與鋁制薄片8的厚度相關(guān)，0.23_厚的鋁制薄片8可以承受IMPa的注漿壓力，完全滿足模型試驗對注漿壓力的要求。
[0042]注漿軟管13采用軟材質(zhì)的塑料管制成，軟管上間隔設(shè)置溢漿口 14，注漿軟管13與PVC注漿管2通過PVC變徑5連接。注漿軟管13沒有支撐能力，對隧道10開挖過程中的圍巖應(yīng)力釋放過程不造成影響。每兩根注漿軟管13布置在同一直線上，12根注漿軟管13呈正六棱柱以隧道10為中心布置，可以通過調(diào)節(jié)PVC注漿管2長度d2、d3來改變相鄰注漿軟管13的間距，通過調(diào)整注漿軟管長度dl來改變隧道注漿段長。通過增加每個分段注漿器的注漿分隔器7數(shù)目和注漿軟管數(shù)目，可實現(xiàn)加密布置注漿軟管。
[0043]在注漿過程中，根據(jù)實驗要求對其中一個分段注漿器進行注漿，漿液無法通過注漿分隔器7，只能通過注漿分隔器之前的注漿軟管13進入到地層中，待漿液固結(jié)后，已注過漿的注漿軟管13也被封堵。利用長鉆頭破壞注漿分隔器并進行下一段注漿，漿液從未被破壞的注漿分隔器7之前的注漿軟管13進入地層，兩次注漿分別進入相鄰的地層，從而實現(xiàn)由下到上的分段注漿。
[0044]如圖6-圖8所示，標號21表示隧道口，22表示已開挖隧道輪廓，23表示模型試驗邊界。
[0045]適用于隧道注漿模型試驗的分序次分段注漿裝置使用方法，
[0046]步驟一:制作注漿分隔器7，將鋁制薄片裁剪成帶鋸齒的圓形薄片，圓形薄片的直徑與PVC注漿管2的外徑相同，將鋁制薄片鋸齒彎折后套入PVC注漿管2端部，并利用PVC粘接劑將兩者粘接固定，將粘結(jié)注漿分隔器7的PVC注漿管2和不粘結(jié)注漿分隔器7的PVC注漿管2通過PVC接頭I連接，從而固定注漿分隔器7 ；
[0047]步驟二:按照試驗設(shè)計要求確定分段注漿器的個數(shù)，若只進行隧道開挖前的超前帷幕注漿或者只進行隧道開挖后的圍巖注漿加固則需要2個分段注漿器，若同時進行兩種注漿加固則需要4個分段注漿器。按照試驗設(shè)計要求確定PVC注漿管2長度和注漿軟管13長度。并將注漿分隔器7、PVC注漿管2、注漿軟管13和其它PVC構(gòu)件組裝成分段注漿器。
[0048]步驟三:將分段注漿器7通過PVC接箍6與模型底板15上的鋼制絲管11連接，并進行填料。
[0049]步驟四:當(dāng)隧道開挖至一半時，根據(jù)實驗要求對其中一個分段注漿器進行注漿，連接好相關(guān)注漿管路，打開注漿泵16及閥門17進行注漿，待達到注漿結(jié)束標準時結(jié)束注漿。
[0050]步驟五:待漿液固結(jié)后，拆開活節(jié)并用長鉆頭破壞注漿分隔器7，之后用壓力水沖洗一段時間，連接相關(guān)管路進行下一次注漿，直到第三次注漿完成后停止注漿。[0051]步驟六:當(dāng)分段注漿器進行完三次注漿后，根據(jù)實驗要求對下一個分段注漿器進行注漿，總共4個分段注漿器，每個分段注漿器注漿3次，全過程總共進行12次注漿。
[0052]步驟七:注漿完成，進行拆模等工作。
[0053]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，其特征是，包括兩對前后設(shè)置的分段注漿器，其中一對分段注漿器對應(yīng)于隧道開挖后的圍巖注漿加固區(qū)域，另一對分段注漿器對應(yīng)于隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區(qū)域；每個分段注漿器均包含一根豎直的注漿管，注漿管上并聯(lián)有三根分別與隧道開挖后的圍巖注漿加固區(qū)域或隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區(qū)域相對應(yīng)的注漿軟管，每兩根注漿軟管之間的注漿管中設(shè)有一注漿分隔器，注漿管的進口與注漿泵相連； 所述注漿分隔器為邊緣帶鋸齒的圓形薄片，圓形薄片的直徑與注漿管的外徑相同，將薄片鋸齒彎折后套入注漿管端部，并利用粘接劑將兩者粘接固定，將粘結(jié)注漿分隔器的注漿管和不粘結(jié)注漿分隔器的注漿管通過接頭連接，從而固定注漿分隔器。
2.如權(quán)利要求1所述的隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，其特征是，所述注漿管為PVC材質(zhì)，注漿管下端口通過PVC接箍與鋼制絲管連接，鋼制絲管穿過底板并與底板焊接連接。
3.如權(quán)利要求1所述的隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，其特征是，所述鋼制絲管下端通過活節(jié)與注漿管路相連，注漿管路與注漿泵相連，且注漿管路上設(shè)有閥門。
4.如權(quán)利要求1所述的隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，其特征是，所述圓形薄片為厚度為0.23mm的鋁制薄片，該鋁制薄片能夠承受IMPa的注漿壓力，完全滿足模型試驗對注漿壓力的要求。
5.如權(quán)利要求1所述的隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，其特征是，所述注漿軟管采用軟材質(zhì)的塑料管制成，軟管上間隔設(shè)置溢漿口，注漿軟管與注漿管通過PVC變徑連接。
6.如權(quán)利要求1所述的隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，其特征是，相對的兩根注漿軟管布置在同一直線上，兩對前后設(shè)置的分段注漿器共12根注漿軟管呈正六棱柱以隧道為中心布置。
7.—種隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置的使用方法，步驟如下: 步驟一:制作注漿分隔器，將鋁制薄片裁剪成帶鋸齒的圓形薄片，圓形薄片的直徑與PVC注漿管的外徑相同，將鋁制薄片鋸齒彎折后套入PVC注漿管端部，并利用PVC粘接劑將兩者粘接固定，將粘結(jié)注漿分隔器的PVC注漿管和不粘結(jié)注漿分隔器的PVC注漿管通過PVC接頭連接，從而固定注漿分隔器； 步驟二:按照試驗設(shè)計要求確定分段注漿器的個數(shù)，若只進行隧道開挖前的超前帷幕注漿或者只進行隧道開挖后的圍巖注漿加固則需要2個分段注漿器，若同時進行兩種注漿加固則需要4個分段注漿器；按照試驗設(shè)計要求確定PVC注漿管長度和注漿軟管長度；并將注漿分隔器、PVC注漿管和注漿軟管組裝成分段注漿器； 步驟三:將分段注漿器通過PVC接箍與模型底板上的鋼制絲管連接，并進行填料 步驟四:當(dāng)隧道開挖至一半時，根據(jù)實驗要求對其中一個分段注漿器進行注漿，連接好相關(guān)注漿管路，打開注漿泵及閥門進行注漿，待達到注漿結(jié)束標準時結(jié)束注漿； 步驟五:待漿液固結(jié)后，拆開活節(jié)并用長鉆頭破壞注漿分隔器，之后用壓力水沖洗，連接相關(guān)管路進行下一次注漿，直到第三次注漿完成后停止注漿； 步驟六:當(dāng)分段注漿器進行完三次注漿后，根據(jù)實驗要求對下一個分段注漿器進行注漿，每個分段注漿器注漿3次；步驟七:注 漿完成，進行拆模工作。
【文檔編號】E21D11/10GK103912289SQ201410179339
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】張偉杰, 李術(shù)才, 李體兵, 李拉普, 翁賢杰, 王德明, 李相輝, 趙鵬 申請人:山東大學(xué)