[發明專利]一種適用于盾構隧道水下巖溶地層的灌漿系統及方法

在審

• 申請號: 201610197645.8
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105649656A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 張聰;陽軍生;張智博;葉新田;雷金山;楊秀竹
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10;E02D15/04
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌;鄧宇

1.一種適用于盾構隧道水下巖溶地層的灌漿系統，其特征在于：包括安裝于作業孔內的塑料外管（1）以及套設安裝于所述塑料外管（1）內并能沿塑料外管（1）軸向調整安裝位置的灌漿管（2），所述塑料外管（1）位于作業孔底部的一端封閉，所述塑料外管（1）上設有多組沿軸向間隔布置的出漿孔組，各出漿孔組包括一個以上出漿孔口（11），所述塑料外管（1）上對應每組出漿孔組均設有僅使漿料向塑料外管（1）外部單向流動的流向控制組件，所述灌漿管（2）上安裝有用于封閉灌漿管（2）和塑料外管（1）之間間隙的密封組件，所述灌漿管（2）的出口端位于密封組件與塑料外管（1）的封閉端之間，所述灌漿管（2）的進口端與一灌漿設備相連。

2.根據權利要求1所述的灌漿系統，其特征在于：所述塑料外管（1）包括多根依次相連的塑料管（101），相鄰塑料管（101）通過塑料連接環（102）連接，且塑料管（101）與塑料連接環（102）之間為絲扣連接；位于塑料外管（1）底部的一根塑料管（101）為端部封閉的封口管，各塑料連接環（102）上均設有一組所述出漿孔組。

3.根據權利要求2所述的灌漿系統，其特征在于：所述流向控制組件包括套設于塑料連接環（102）上并包裹出漿孔口（11）的彈性箍圈（103）。

4.根據權利要求3所述的灌漿系統，其特征在于：所述彈性箍圈（103）的外部纏繞有多圈固定膠帶（104）。

5.根據權利要求2所述的灌漿系統，其特征在于：所述密封組件為套設安裝于灌漿管（2）上的環形止漿氣塞（3）以及通過氣管（4）與環形止漿氣塞（3）相連的氣壓源（5）；所述灌漿設備為高壓脈動灌漿泵（6）。

6.根據權利要求4所述的灌漿系統，其特征在于：位于塑料外管（1）底部的塑料管（101）的直徑為90cm~100cm，長度為5cm~10cm，可承受壓力不小于3MPa；其余塑料管（101）的長度為30cm~50cm，直徑90cm~100cm，可承受壓力不小于2Mpa；塑料連接環（102）上設有3~6個直徑為5cm~8cm的出漿孔口（11）；所述彈性箍圈（103）的直徑為88cm~98cm；所述環形止漿氣塞（3）的內環直徑為50cm，外環直徑90cm~100cm，允許工作壓力5~20Mpa。

7.根據權利要求1所述的灌漿系統，其特征在于：所述灌漿管（2）由多節鋼管（21）通過絲扣連接而成，各節鋼管（21）的長度為50cm~100cm，內徑為50cm。

8.一種采用權利要求1~7中任一項所述灌漿系統進行灌漿的方法，其特征在于：包括以下步驟：

（a）采用鉆孔設備在地層鉆出作業孔；

（b）在作業孔內安裝帶流向控制組件的塑料外管（1），再在塑料外管（1）內安裝灌漿管（2）和密封組件，使塑料外管（1）最下部的一組出漿孔組位于密封組件的下方，其余出漿孔組位于密封組件的上方；

（c）采用灌漿設備將套殼料（7）灌入到塑料外管（1）內，套殼料（7）經出漿孔組灌入塑料外管（1）與作業孔之間的環狀間隙中，直至套殼料（7）從作業孔孔口溢出，停止灌入套殼料（7）；

（d）在套殼料（7）未完全凝固之前，采用灌漿設備以分段灌注法將膏漿（8）灌入地層，完成全孔段灌漿，具體是：先通過灌漿管（2）將膏漿（8）灌入塑料外管（1）內，膏漿（8）經出漿孔組及套殼料（7）灌入地層，待該孔段灌注完成后，再將灌漿管（2）和密封組件逐次向上提升，直至密封組件高出塑料外管（1）最上部的一組出漿孔組，每一次提升均使塑料外管（1）上有一組出漿孔組移動至密封組件的下方，且每一次提升后均采用灌漿設備灌入一次膏漿（8）。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于：所述灌漿設備采用高壓脈動灌漿泵（6），所述高壓脈動灌漿泵（6）的脈動灌漿壓力為0MPa~15Mpa，脈動泵量大于80L/min，脈動頻率為5次/min~20次/min；所述步驟（a）中鉆孔設備在地層自上向下分段鉆孔得到作業孔，每段鉆孔深度為5m~30m。

10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于：所述套殼料（7）由粘土、水泥、粉煤灰和水組成，截錐圓模測得漿液流動度為90mm~180mm，原漿比重為1.1g/cm³~1.5g/cm³，水固比為2:1~1:1，3d抗壓強度小于0.3Mpa；所述膏漿（8）由粘土、水泥、水、偏鋁酸鈉和木質磺酸鹽組成，偏鋁酸鈉摻量為1%~3%，木質磺酸鹽摻量為1%~5%，截錐圓模測得漿液流動度為90mm~120mm，原漿比重為1.1g/cm³~1.5g/cm³，水固比為1.3:1~1:1，膠凝時間為4min~40min，28d抗壓強度為8MPa~10Mpa。