隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置製造方法
2023-10-17 18:36:54
隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，包括兩對前後設置的分段注漿器，其中一對分段注漿器對應於隧道開挖後的圍巖注漿加固區域，另一對分段注漿器對應於隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區域；每個分段注漿器均包含一根豎直的注漿管，注漿管上並聯有三根分別與隧道開挖後的圍巖注漿加固區域或隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區域相對應的注漿軟管，每兩根注漿軟管之間的注漿管中設有一注漿分隔器，注漿管的進口與注漿泵相連。本實用新型能夠實現隧道開挖後的圍巖注漿加固又可實現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對隧道圍巖均勻地注漿加固，成本低廉、構造簡單。
【專利說明】隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種注漿模型試驗技術，尤其是一種隧道注漿模型試驗分序次分 段注漿裝置。
【背景技術】
[0002] 目前，在軟弱富水地層中開挖隧道時，經常出現圍巖變形過大、滲水量大等問題， 甚至還有可能發生突水突泥事故。目前主要採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律、分析注 漿加固效果及注漿加固巖體穩定性，是隧道安全建設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，受制於之前模型試驗用的帷幕鑽孔系統未有研究，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力 釋放過程，而且可以實現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。若採用隧道開挖前預埋硬質注漿管的布置方法，硬質的注漿管可以在隧道開挖過程 中承受部分圍巖應力，阻礙圍巖變形，嚴重影響隧道開挖實驗結果。若採用隧道開挖後再插 入硬質注漿管的方法，這種方法會極大擾動隧道圍巖，改變圍巖應力狀態。 實用新型內容
[0004] 本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種隧道注漿模型試驗分 序次分段注漿裝置，其可以實現隧道開挖後的圍巖注漿加固又可實現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對隧道圍巖均勻地注漿加固，該裝置具 有成本低廉、構造簡單等優點。
[0005] 為實現上述目的，本實用新型採用下述技術方案：
[0006] -種隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，包括兩對前後設置的分段注漿器， 其中一對分段注漿器對應於隧道開挖後的圍巖注漿加固區域，另一對分段注漿器對應於隧 道開挖前的超前帷幕注漿加固區域；每個分段注漿器均包含一根堅直的注漿管，注漿管上 並聯有三根分別與隧道開挖後的圍巖注漿加固區域或隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區 域相對應的注漿軟管，每兩根注漿軟管之間的注漿管中設有一注漿分隔器，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，將薄片鋸齒彎折後套入注漿管端部，並利用粘接劑將兩者粘接固定，將粘結注漿分隔器 的注漿管和不粘結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，注漿管下埠通過PVC接箍與鋼製絲管連接，鋼製絲管穿 過底板並與底板焊接連接。
[0009] 所述鋼製絲管下端通過活節與注漿管路相連，注漿管路與注漿泵相連，且注漿管 路上設有閥門。
[0010] 所述圓形薄片為厚度為〇. 23mm的鋁製薄片，該鋁製薄片能夠承受IMPa的注漿壓 力，完全滿足模型試驗對注漿壓力的要求。
[0011] 所述注漿軟管採用軟材質的塑料管制成，軟管上間隔設置溢漿口，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，兩對前後設置的分段注漿器共12根注 漿軟管呈正六稜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：製作注漿分隔器，將鋁製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，將鋁製薄片鋸齒彎折後套入PVC注漿管端部，並利用PVC粘接劑 將兩者粘接固定，將粘結注漿分隔器的PVC注漿管和不粘結注漿分隔器的PVC注漿管通過 PVC接頭連接，從而固定注漿分隔器；
[0015] 步驟二：按照試驗設計要求確定分段注漿器的個數，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後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；按照試驗設計要求確定PVC注漿管長度和注漿軟管長度； 並將注漿分隔器、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製絲管連接，並進行填料
[0017] 步驟四：當隧道開挖至一半時，根據實驗要求對其中一個分段注漿器進行注漿，連 接好相關注漿管路，打開注漿泵及閥門進行注漿，待達到注漿結束標準時結束注漿；
[0018] 步驟五：待漿液固結後，拆開活節並用長鑽頭破壞注漿分隔器，之後用壓力水衝 洗，連接相關管路進行下一次注漿，直到第三次注漿完成後停止注漿；
[0019] 步驟六：當分段注漿器進行完三次注漿後，根據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] 本實用新型包括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構件構成，所有PVC構件均使用PVC膠粘劑連接。其中一對分段注漿器用於 隧道開挖後的圍巖注漿加固，另一對分段注漿器用於隧道開挖前的超前帷幕注漿加固。每 個分段注漿器內部設置2個注漿分隔器和3根注漿軟管。分段注漿器通過PVC接箍與鋼製 絲管連接，鋼製絲管穿過底板並與底板通過焊接連接。
[0022] 注漿分隔器的材質為普通鋁製薄片，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，將鋁製薄片鋸齒彎折後套入PVC注漿管端部，並利用PVC粘接劑 將兩者粘接固定，將粘結注漿分隔器的PVC注漿管和不粘結注漿分隔器的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並保持 穩定，起到分隔注漿的作用，但是利用長鑽頭可以輕鬆破壞鋁製薄片。注漿分隔器可以承受 的最大注漿壓力與鋁製薄片的厚度相關，0. 23_厚的鋁製薄片可以承受IMPa的注漿壓力， 完全滿足模型試驗對注漿壓力的要求。
[0023] 注漿軟管採用軟材質的塑料管制成，軟管上間隔設置溢漿口，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根注漿軟管呈正六稜柱以隧道為中心 布置，可以通過調節PVC注漿管長度d2、d3來改變相鄰注漿軟管的間距，通過調整注漿軟管 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目和注漿軟管數 目，可實現加密布置注漿軟管。
[0024] 在注漿過程中，根據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，待漿液固結後，已注過漿的 注漿軟管也被封堵。利用長鑽頭破壞注漿分隔器並進行下一段注漿，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，從而實現由下到上的 分段注漿。
[0025] 本實用新型的有益效果是，上述技術方案能夠實現隧道開挖後的圍巖注漿加固又 可實現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對隧道圍巖 均勻地注漿加固，該裝置具有成本低廉、構造簡單等優點。
[0026] 1、能夠同時實現隧道開挖後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力釋放發過程，實現在不影響 圍巖受力的情況下對圍巖均勻注漿加固；
[0028] 3、可以通過調節注漿軟管長度調節注漿段長，通過調節分段注漿器尺寸調整注漿 管數目；
[0029] 4、所用PVC構件成本低廉、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構圖；
[0034] 圖5為注漿軟管結構圖；
[0035] 圖6為隧道注漿模型試驗注漿示意圖；
[0036] 圖7為隧道開挖後的圍巖注漿加固區域側面圖；
[0037] 圖8為隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區域側面圖；
[0038] 1--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--鋁製薄片，9--鋸齒，10--隧道，11--鋼製絲 管，12--活節，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--隧道開挖後的圍巖注漿加固區域，20--超前帷幕注漿加固區域， 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] 下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0040] 如圖1-圖8所示，適用於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構件（如 PVC彎頭3\PVC三通4)構成，所有PVC構件均使用PVC膠粘劑連接。其中一對分段注漿器 用於隧道開挖後的圍巖注漿加固區域19,另一對分段注漿器用於隧道開挖前的超前帷幕注 漿加固區域20。每個分段注漿器內部設置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與鋼製絲管11連接，鋼製絲管11穿過底板15並與底板15焊接連接。 鋼製絲管11下端通過活節112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上設有閥門17。
[0041] 注漿分隔器7的材質為普通鋁製薄片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，將鋁製薄片鋸齒9彎折後套入PVC注漿管2端部，並利用 PVC粘接劑將兩者粘接固定，將粘結注漿分隔器7的PVC注漿管2和不粘結注漿分隔器7 的PVC注漿管2通過PVC接頭1連接，從而固定注漿分隔器7。在注漿過程中，注漿分隔器 7可以承受注漿壓力並保持穩定，起到分隔注漿的作用，但是利用長鑽頭可以輕鬆破壞鋁製 薄片8。注漿分隔器7可以承受的最大注漿壓力與鋁製薄片8的厚度相關，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採用軟材質的塑料管制成，軟管上間隔設置溢漿口 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 正六稜柱以隧道10為中心布置，可以通過調節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數目和注漿軟管數目，可實現加密布置注漿軟管。
[0043] 在注漿過程中，根據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，待漿液固結後，已注過 漿的注漿軟管13也被封堵。利用長鑽頭破壞注漿分隔器並進行下一段注漿，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 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] 適用於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：製作注漿分隔器7,將鋁製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，將鋁製薄片鋸齒彎折後套入PVC注漿管2端部，並利用PVC 粘接劑將兩者粘接固定，將粘結注漿分隔器7的PVC注漿管2和不粘結注漿分隔器7的PVC 注漿管2通過PVC接頭1連接，從而固定注漿分隔器7 ;
[0047] 步驟二：按照試驗設計要求確定分段注漿器的個數，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後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。按照試驗設計要求確定PVC注漿管2長度和注漿軟管13 長度。並將注漿分隔器7、PVC注漿管2、注漿軟管13和其它PVC構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上的鋼製絲管11連接，並 進行填料。
[0049] 步驟四：當隧道開挖至一半時，根據實驗要求對其中一個分段注漿器進行注漿，連 接好相關注漿管路，打開注漿泵16及閥門17進行注漿，待達到注漿結束標準時結束注漿。 [0050] 步驟五：待漿液固結後，拆開活節並用長鑽頭破壞注漿分隔器7,之後用壓力水衝 洗一段時間，連接相關管路進行下一次注漿，直到第三次注漿完成後停止注漿。
[0051] 步驟六：當分段注漿器進行完三次注漿後，根據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] 上述雖然結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但並非對本實用新 型保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領 域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護範 圍以內。
【權利要求】
1. 一種隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，其特徵是，包括兩對前後設置的分段 注漿器，其中一對分段注漿器對應於隧道開挖後的圍巖注漿加固區域，另一對分段注漿器 對應於隧道開挖前的超前帷幕注漿加固區域；每個分段注漿器均包含一根堅直的注漿管， 注漿管上並聯有三根分別與隧道開挖後的圍巖注漿加固區域或隧道開挖前的超前帷幕注 漿加固區域相對應的注漿軟管，每兩根注漿軟管之間的注漿管中設有一注漿分隔器，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 薄片鋸齒彎折後套入注漿管端部，並利用粘接劑將兩者粘接固定，將粘接注漿分隔器的注 漿管和不粘接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，其特徵是，所述注漿 管為PVC材質，注漿管下埠通過PVC接箍與鋼製絲管連接，鋼製絲管穿過底板並與底板焊 接連接。
3. 如權利要求2所述的隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，其特徵是，所述鋼製 絲管下端通過活節與注漿管路相連，注漿管路與注漿泵相連，且注漿管路上設有閥門。
4. 如權利要求1所述的隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，其特徵是，所述圓形 薄片為厚度為〇. 23mm的鋁製薄片。
5. 如權利要求1所述的隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，其特徵是，所述注漿 軟管採用軟材質的塑料管制成，軟管上間隔設置溢漿口，注漿軟管與注漿管通過PVC變徑 連接。
6. 如權利要求1所述的隧道注漿模型試驗分序次分段注漿裝置，其特徵是，相對的兩 根注漿軟管布置在同一直線上，兩對前後設置的分段注漿器共12根注漿軟管呈正六稜柱 以隧道為中心布置。
【文檔編號】E21D11/10GK203879516SQ201420224080
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】張慶松, 張連震, 張霄, 嚴紹洋, 翁賢傑, 王德明, 譚英華, 劉振國 申請人:山東大學