本發(fā)明屬于隧道施工，尤其涉及一種用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

1、在隧道施工過程中，地下巖體中存在的大量節(jié)理和裂隙容易形成裂隙通道，導(dǎo)致地下水通過這些通道匯集并進(jìn)入隧道，引發(fā)隧道滲漏水現(xiàn)象。尤其是在穿越軟弱破碎巖體、斷層破壞帶以及地下水較為豐富的地質(zhì)區(qū)域時，部分裂隙與地下水連通，加劇了隧道圍巖裂隙滲水的情況。為了應(yīng)對這種狀況，通常會采用注漿的方法來進(jìn)行堵水和加固圍巖。注漿是一種將能夠固化的漿液注入巖體內(nèi)部，以替代其中的空氣或水分的過程。當(dāng)固化物凝結(jié)后，會將破碎的巖體粘結(jié)成一個整體或者填充其間的孔隙。這樣不僅可以起到加固的作用，還能有效地防止?jié)B水和堵塞水流。常見的注漿方法包括填充注漿、滲透注漿、壓密注漿和劈裂注漿等。

2、在注漿過程中，較低的注漿壓力會導(dǎo)致漿液流動速率減緩，這意味著漿液提供的動能不足以打開巖體中原有的裂隙，也無法劈開已經(jīng)發(fā)生隨機(jī)破壞的巖體以形成新的裂隙，更難以充分?jǐn)U散并填滿地層的縫隙，從而導(dǎo)致注漿效果不佳。這將使?jié){液無法有效地加固圍巖，進(jìn)而可能在開挖后出現(xiàn)滲漏水問題，增加了后期的維修成本。此外，持續(xù)施加較低的壓力會使?jié){液被壓迫在巖體表面，漿液中的水分可能被巖體吸收并膨脹，導(dǎo)致巖體變形，增加了注漿的難度。另一方面，如果對巖體采用過高的注漿壓力，很容易在某個薄弱方向上劈開巖體，使得漿液主要通過這一裂隙擴(kuò)散，導(dǎo)致漿液分布不均，容易發(fā)生漿液流失的現(xiàn)象，這不僅浪費(fèi)了注漿材料，還可能對周圍的襯砌結(jié)構(gòu)施加過大的壓力，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)變形甚至開裂。持續(xù)的較高注漿壓力還可能引起地層中原有裂隙的擴(kuò)展，產(chǎn)生新的裂隙，從而加大圍巖的變形，對隧道的穩(wěn)定性和安全性構(gòu)成威脅。

3、為此，為了克服恒定壓力注漿的局限性，需要設(shè)計一種用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)及其方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)及其方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)，包括：

3、注漿裝置，所述注漿裝置的出漿端連通有注漿軟管的一端，所述注漿軟管的另一端連通有注漿槍，所述注漿軟管上設(shè)置有單向閥；

4、脈沖裝置，所述脈沖裝置的放電端設(shè)于所述注漿槍內(nèi)，所述脈沖裝置為所述注漿槍內(nèi)的漿液提供脈沖壓力波。

5、優(yōu)先的，所述注漿裝置包括漿液攪拌桶，所述漿液攪拌桶的頂端設(shè)有入料口，所述漿液攪拌桶內(nèi)設(shè)有攪拌組件，所述漿液攪拌桶的底端連通有出漿管，所述出漿管的另一端與所述注漿軟管連通，所述出漿管上沿出漿的方向依次設(shè)置有閥門一、高壓注漿泵、壓力表、流量計和閥門二。

6、優(yōu)先的，所述攪拌組件包括安裝在所述液攪拌桶上的電機(jī)，所述電機(jī)的輸出軸貫穿所述液攪拌桶的外壁并連接有螺旋攪拌葉。

7、優(yōu)先的，所述注漿槍包括注漿槍管，所述注漿槍管的頭部為錐形結(jié)構(gòu)，所述注漿槍管的外壁上開設(shè)有多個注漿孔，所述注漿槍管的內(nèi)壁上連接有兩安裝架，所述安裝架為絕緣體，一所述安裝架上安裝有正電極柱，另一所述安裝架上安裝有負(fù)電極柱，所述正電極柱與所述負(fù)電極柱之間設(shè)有間隙，所述負(fù)電極柱、所述正電極柱均與所述脈沖裝置電連接，所述注漿槍管的尾部螺紋連接有球形閥的一端，所述球形閥的另一端螺紋連接有連接管的一端，所述連接管的另一端通過對絲接頭與所述注漿軟管上的接頭螺紋連接。

8、優(yōu)先的，所述單向閥包括連接在所述注漿軟管上的閥體，所述閥體的內(nèi)壁上連接有支架，所述支架的中部滑動連接有閥芯，所述閥芯的閥桿套設(shè)有彈簧，所述彈簧的兩端分別與所述閥芯的閥板、所述支架抵接，閥體遠(yuǎn)離所述支架一端內(nèi)壁上連接有環(huán)形擋板，所述閥芯的閥板與所述環(huán)形擋板密封接觸。

9、優(yōu)先的，所述脈沖裝置包括充電機(jī)、儲能電容器、控制器，所述充電機(jī)用于對所述儲能電容器進(jìn)行充電，且所述充電機(jī)與儲能電容器之間的電路上設(shè)置有充電開關(guān)，所述儲能電容器與所述控制器電連接，所述控制器通過電纜分別與所述正電極柱、所述負(fù)電極柱電連接，所述控制器與所述儲能電容器之間的電路上設(shè)有放電開關(guān)。

10、優(yōu)先的，所述正電極柱的一端連接有正電極放電端，所述正電極柱的另一端通過所述電纜與所述控制器的一接線端連接，所述負(fù)電極柱的一端連接有負(fù)電極放電端，所述負(fù)電極柱的另一端通過所述電纜與所述控制器的另一接線端連接。

11、優(yōu)先的，所述正電極放電端與所述負(fù)電極放電端的相對設(shè)置，且所述正電極放電端、所述負(fù)電極放電端均與所述注漿槍管同軸設(shè)置。

12、本發(fā)明提供的一種使用隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)的注漿方法包括以下步驟：

13、步驟一、混合注漿液原料；

14、步驟二、待注漿軟管內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值，將注漿液原料輸送至注漿槍內(nèi)；

15、步驟三、啟動脈沖裝置，脈沖裝置的放電端進(jìn)行放電并產(chǎn)生脈沖壓力波；

16、步驟四、注漿槍內(nèi)的注漿液原料在脈沖壓力波作用下注入巖體裂隙內(nèi)。

17、優(yōu)選的，步驟三中，先對脈沖裝置的電容器進(jìn)行充電，待電容器達(dá)到預(yù)設(shè)電壓后，開始進(jìn)行放電。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

19、本發(fā)明提供的一種用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)，通過設(shè)置的注漿裝置可將混合均勻的漿液壓入到注漿槍內(nèi)，并對巖體進(jìn)行注漿，通過設(shè)置的脈沖裝置，在注漿槍內(nèi)瞬間放電產(chǎn)生脈沖壓力波，漿液在壓力波的作用下在巖層，增強(qiáng)巖體可注性，貫通巖體中僅存的裂隙，劈裂已隨性破壞的泥巖形成新的裂隙，擴(kuò)大漿液擴(kuò)散范圍，提高漿液注入量，實(shí)現(xiàn)對巖體的增注與加固。

20、本發(fā)明提高注漿效果，同時節(jié)省注漿材料。

技術(shù)特征：

1.一種用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)，其特征在于，所述注漿裝置包括漿液攪拌桶(2)，所述漿液攪拌桶(2)的頂端設(shè)有入料口(3)，所述漿液攪拌桶(2)內(nèi)設(shè)有攪拌組件，所述漿液攪拌桶(2)的底端連通有出漿管，所述出漿管的另一端與所述注漿軟管(11)連通，所述出漿管上沿出漿的方向依次設(shè)置有閥門一(5)、高壓注漿泵(6)、壓力表(7)、流量計(8)和閥門二(9)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)，其特征在于，所述攪拌組件包括安裝在所述液攪拌桶(2)上的電機(jī)(1)，所述電機(jī)(1)的輸出軸貫穿所述液攪拌桶(2)的外壁并連接有螺旋攪拌葉(4)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)，其特征在于，所述注漿槍(12)包括注漿槍管(12-13)，所述注漿槍管(12-13)的頭部為錐形結(jié)構(gòu)，所述注漿槍管(12-13)的外壁上開設(shè)有多個注漿孔(13)，所述注漿槍管(12-13)的內(nèi)壁上連接有兩安裝架(12-11)，所述安裝架(12-11)為絕緣體，一所述安裝架(12-11)上安裝有正電極柱(12-6)，另一所述安裝架(12-11)上安裝有負(fù)電極柱(12-7)，所述正電極柱(12-6)與所述負(fù)電極柱(12-7)之間設(shè)有間隙，所述負(fù)電極柱(12-7)、所述正電極柱(12-6)均與所述脈沖裝置電連接，所述注漿槍管(12-13)的尾部螺紋連接有球形閥(12-5)的一端，所述球形閥(12-5)的另一端螺紋連接有連接管(12-4)的一端，所述連接管(12-4)的另一端通過對絲接頭(12-3)與所述注漿軟管(11)上的接頭螺紋連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)，其特征在于，所述單向閥(10)包括連接在所述注漿軟管(11)上的閥體(10-1)，所述閥體(10-1)的內(nèi)壁上連接有支架(10-5)，所述支架(10-5)的中部滑動連接有閥芯(10-3)，所述閥芯(10-3)的閥桿套設(shè)有彈簧(10-4)，所述彈簧(10-4)的兩端分別與所述閥芯(10-3)的閥板、所述支架(10-5)抵接，閥體(10-1)遠(yuǎn)離所述支架(10-5)一端內(nèi)壁上連接有環(huán)形擋板(10-2)，所述閥芯(10-3)的閥板與所述環(huán)形擋板(10-2)密封接觸。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖裝置包括充電機(jī)(21)、儲能電容器(18)、控制器(15)，所述充電機(jī)(21)用于對所述儲能電容器(18)進(jìn)行充電，且所述充電機(jī)(21)與儲能電容器(18)之間的電路上設(shè)置有充電開關(guān)(20)，所述儲能電容器(18)與所述控制器(15)電連接，所述控制器(15)通過電纜(14)分別與所述正電極柱(12-6)、所述負(fù)電極柱(12-7)電連接，所述控制器(15)與所述儲能電容器(18)之間的電路上設(shè)有放電開關(guān)(19)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)，其特征在于，所述正電極柱(12-6)的一端連接有正電極放電端(12-8)，所述正電極柱(12-6)的另一端通過所述電纜(14)與所述控制器(15)的一接線端連接，所述負(fù)電極柱(12-7)的一端連接有負(fù)電極放電端(12-9)，所述負(fù)電極柱(12-7)的另一端通過所述電纜(14)與所述控制器(15)的另一接線端連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)，其特征在于，所述正電極放電端(12-8)與所述負(fù)電極放電端(12-9)的相對設(shè)置，且所述正電極放電端(12-8)、所述負(fù)電極放電端(12-9)均與所述注漿槍管(12-13)同軸設(shè)置。

9.一種使用權(quán)利要求1-8任一項所述的用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)的注漿方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的注漿方法，其特征在于，所述步驟三中，先對脈沖裝置的電容器(18)進(jìn)行充電，待電容器(18)達(dá)到預(yù)設(shè)電壓后，開始進(jìn)行放電。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于隧道施工的脈沖式注漿系統(tǒng)及其方法，注漿系統(tǒng)包括：注漿裝置，注漿裝置的出漿端連通有注漿軟管的一端，注漿軟管的另一端連通有注漿槍，注漿軟管上設(shè)置有單向閥；脈沖裝置，脈沖裝置的放電端設(shè)于注漿槍內(nèi)，脈沖裝置為注漿槍內(nèi)的漿液提供脈沖壓力波；注漿裝置內(nèi)混合注漿液原料通過高壓進(jìn)入注漿槍再通過脈沖裝置提供的脈沖壓力波被注入巖體裂隙內(nèi)。本發(fā)明擴(kuò)大漿液擴(kuò)散范圍，提高漿液注入量，實(shí)現(xiàn)對巖體的增注與加固。

技術(shù)研發(fā)人員：李樹忱,王嘯天,袁超,王修偉,彭科峰,童里,李振,李洛寧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14