刚性袖阀管组件及其使用方法与流程

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种加固隧道围岩的施工组件及其使用方法。

背景技术：

随着铁路建设规模日益扩大，高速铁路隧道越来越多。在隧道建设过程中，围岩发生较大变形，稳定性变差，塌方灾害频繁发生。当隧道施工至断层破碎带时，由于围岩等级发生骤降，加上断层破碎带往往富含地下水，原初期支护设计难以维持围岩稳定性，发生大范围塌方。此外，隧道浅埋段覆盖层薄、围岩稳定性差，开挖时易出现塌方等工程事故。隧道塌方会造成工期延误、机械设备损坏、投资费用增加，同时对现场施工人员的生命安全构成巨大威胁，为了保证隧道开挖的稳定性，经常采取利用袖阀管注浆进行加固的措施。

如中国专利申请第201620623348.0号公开的一种袖阀管组件及注浆装置，其中，该袖阀管组件包括袖阀管本体，且袖阀管本体的管壁上设有出浆孔；袖阀管本体的内径为66～77mm，出浆孔的孔径为8～10mm，且相邻两个出浆孔之间的间距为400～600mm。该注浆装置包括上述结构的袖阀管组件。但是，该袖阀管组件上的出浆孔呈一字型排布，出浆方向单一，加固效果易受影响。

又如中国专利申请201710645438.9号公开的一种多段压密式袖阀管及其注浆方法，其包括注浆外管、接于外管下端的端头以及同轴置于外管内的注浆内管；所述外管下部为注浆段，该外管的注浆段上均匀设有若干连通外管内外的橡皮阀；所述外管上对应其注浆段套有土工布套，土工布套经若干固定环按一定长度分段固定于外管上，土工布套与外管之间经所述固定环分隔形成多个腔室。但是该发明依然存在以下缺点或不足：(1)、需要较长的袖阀管才能满足注浆深度要求；(2)、橡皮阀容易在安装或注浆前发生脱落。

因此，提供一种适合于深度注浆、高压注浆、并便于运输及施工的刚性袖阀管组件及其使用方法成为业内急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种刚性袖阀管组件及其使用方法，其通过采用钢性袖阀管进行地表注浆的方式，在袖阀管上布置梅花型溢浆孔，便于浆液的多方向扩散，充填地层空隙，提高岩体密实度，从而提高围岩稳定性。

本发明的第一个目的是提供一种刚性袖阀管组件，其包括：依次连接的一节第一型袖阀管本体、若干节第二型袖阀管本体、以及若干节第三型袖阀管本体，其中，第一型袖阀管本体、第二型袖阀管本体、以及第三型袖阀管本体具有相同管径尺寸，第一型袖阀管本体及第二型袖阀管本体分别沿其管壁布置有若干组梅花型溢浆孔，相邻两组溢浆孔的纵向间距设定为20～40厘米，每组溢浆孔包括环绕管壁布置的四个横截面呈十字型的溢浆孔。

可选择地，第一型袖阀管本体、第二型袖阀管本体、以及第三型袖阀管本体分别由直径40～50毫米、壁厚为6～10毫米的热轧无缝钢管制成。

可选择地，于管壁的外侧对应于每个溢浆孔上设有橡胶垫，于管壁的内腔中每个橡胶垫与与其相对的橡胶垫之间连接有弹性连接件，以使得每个橡胶垫可牢固盖合于对应的溢浆孔上。

可选择地，弹性连接件为弹簧或橡胶绳，弹性连接件的自然长度小于第一型袖阀管本体的内径，弹性连接件的拉伸长度大于第一型袖阀管本体的外径，弹性连接件的拉伸长度小于第一型袖阀管本体的外径的1.2倍。

可选择地，第一型袖阀管本体的长度为4～6米，第一型袖阀管本体的前端尖端封闭，尖端的长度设定为10～20厘米，第一型袖阀管本体于远离尖端的一端设有第一型丝扣。

可选择地，第二型袖阀管本体的长度为4～6米，第二型袖阀管本体的一端设有第一型丝扣，另一端设有第二型丝扣。

可选择地，第三型袖阀管本体的长度为4～6米，第三型袖阀管本体的一端设有第一型丝扣，另一端设有第二型丝扣。

可选择地，溢浆孔的直径为6～8毫米。

可选择地，位于第一型袖阀管本体上的相邻两组溢浆孔之间的纵向间距大于位于第二型袖阀管本体上的相邻两组溢浆孔之间的纵向间距。

其中，在注浆过程中，注浆压力设定为6～10兆帕。

可选择地，在注浆过程中，注浆芯管的顶部安设有止浆塞，浆液的扩散半径为1.5～2.0米，浆液的凝胶时间为15～30分钟，注浆速度为20～30升/分。

可选择地，在注浆过程中，浆液包括重量比为0.8～1:1的水和水泥。

可选择地，套壳料包括重量比为1.5～1.6:1:1的水、水泥和粘土。

可选择地，在注浆过程中，注浆方式设定为自下而上的分段后退式注浆，每次注浆段长设定为0.5米。

优选地，在注浆过程中，注浆工艺设定为跳孔注浆且跳孔距离逐渐增大。

本发明的第二个目的是提供一种上述刚性袖阀管组件的使用方法，其包括以下步骤：(1)定位出待注浆区域并标记出注浆孔的位置，于其中的一个注浆孔的位置处向待注浆区域的内部垂直钻孔，直至设计深度；(2)依照设计深度及设计注浆段长度，计算所需的第二型袖阀管本体的节数m及第三型袖阀管本体的节数n；(3)将第一型袖阀管本体下入注浆孔的末端，继续依次将m节第二型袖阀管本体下入注浆孔的设计注浆段，然后再依次将n节第三型袖阀管本体下入钻孔的非设计注浆段；(4)刚性袖阀管组件安设完成后，向刚性袖阀管组件外壁和注浆孔内壁之间的空隙注入配置好的套壳料；利用注浆芯管对刚性袖阀管组件进行注浆，将注浆压力设定成大于弹性连接件对橡胶垫施加的最大拉力以使弹性连接件断裂，从而使橡胶垫脱离溢浆孔使得浆液通过溢浆孔流出；以及(5)重复步骤(1)～(4)，依次实施所有注浆孔的刚性袖阀管组件的安装及注浆工作，以完成待注浆区域的加固。

本发明的有益效果是：(1)、采用钢性袖阀管进行地表注浆，从而适应深度注浆、高压注浆，保证袖阀管注浆的顺利进行；(2)、三种形式的袖阀管不仅便于运输及施工，而且还可以控制注浆深度及注浆长度，节省注浆浆液；(3)、区别于现有的一字型排布，溢浆孔呈梅花性布置于袖阀管上，使得浆液可多方向扩散，更加有效地填充地层；(4)、设置弹性连接件，可确保在没有注浆压力的条件下，橡胶垫可牢固的盖覆于溢浆孔上，避免在运输过程中或是安装过程中脱落。

附图说明

图1a示出了本发明的第一型袖阀管本体的构造示意图。

图1b示出了本发明的第二型袖阀管本体的构造示意图。

图1c示出了本发明的第三型袖阀管本体的构造示意图。

图2示出了本发明的溢浆孔的布置示意图。

图3示出了图2的a-a截面示意图。

图4示出了图2的b-b截面示意图。

图5示出了本发明的带有弹性连接件的橡胶垫的结构示意图。

图6示出了本发明的刚性袖阀管组件的使用方法的流程示意图。

具体实施方式

接下来参照附图具体描述本发明的刚性袖阀管组件及其使用方法。

首先，请参考图1a～图1c，本发明的刚性袖阀管组件包括第一型袖阀管本体100、第二型袖阀管本体200、以及第三型袖阀管本体300。第一型袖阀管本体100、第二型袖阀管本体200、以及第三型袖阀管本体300具有相同的管径尺寸，它们由直径42毫米、壁厚为8毫米的热轧无缝钢管制成。

如图1a所示，第一型袖阀管本体100的长度为5米，第一型袖阀管本体100的前端尖端封闭，尖端110的长度设定为10厘米，第一型袖阀管本体100远离尖端110的一端设有内螺纹120。如图1b所示，第二型袖阀管本体200的长度为5米，第二型袖阀管本体200的一端设有内螺纹210、另一端设有外螺纹220。如图1c所示，第三型袖阀管本体300的长度为5米，第三型袖阀管本体300与第二型袖阀管本体200连接的一端设有外螺纹310，另一端设有内螺纹320。

其中，内螺纹120、210及320的长度为100毫米，外螺纹220和310的长度为100毫米。

如图2～图4所示，第一型袖阀管本体100及第二型袖阀管本体200分别沿其管壁布置有若干组梅花型溢浆孔，相邻两组溢浆孔的纵向间距设定为30厘米，每组溢浆孔包括环绕管壁布置的四个横截面呈十字型的溢浆孔y。溢浆孔y的直径为6～8毫米，梅花型溢浆孔的布置，使得浆液可向各个方向渗透。

作为一种非限制性实施方式，位于第一型袖阀管本体上的相邻两组溢浆孔之间的纵向间距大于位于第二型袖阀管本体上的相邻两组溢浆孔之间的纵向间距，从而保证处于设计注浆段长度中的第二型袖阀管本体的注浆率高于第一型袖阀管本体，保证浆液的经济效益。

作为另一种非限制性实施方式，如图1a和图1b所示，于管壁的外侧对应于每个溢浆孔y上设有橡胶垫r，如图5所示，于管壁的内腔中每个橡胶垫r与与其相对的橡胶垫r之间连接有弹性连接件c，从而保证每个橡胶垫r可牢固盖合于对应的溢浆孔y上。

在该非限制性实施方式中，弹性连接件c为弹簧或橡胶绳，弹性连接件c的压缩长度小于第一型袖阀管本体的内径，弹性连接件的拉伸长度大于第一型袖阀管本体的外径，从而保证刚性袖阀管组件在运输过程中及安装过程中，橡胶垫r可牢固的盖覆于溢浆孔y上，同时弹性连接件的拉伸长度小于第一型袖阀管本体的外径的1.2倍，使得弹性连接件在注入的浆液作用下可以断裂，使得橡胶垫c在注浆压力的作用下脱离溢浆孔y，使得浆液顺利的自溢浆孔y中流向地层缝隙中。

本发明还提供了一种上述刚性袖阀管组件的使用方法，具体如图6所示，首先，在步骤s1中，定位出待注浆区域并标记出注浆孔的位置，于其中的一个注浆孔的位置处向待注浆区域的内部垂直钻孔，直至设计深度。接着，在步骤s2中，依照设计深度及设计注浆段长度，计算所需的第二型袖阀管本体的节数m及第三型袖阀管本体的节数n。随后，在步骤s3中，将第一型袖阀管本体下入注浆孔的末端，继续依次将m节第二型袖阀管本体下入注浆孔的设计注浆段，然后再依次将n节第三型袖阀管本体下入钻孔的非设计注浆段。然后，在步骤s4中，刚性袖阀管组件安设完成后，向刚性袖阀管组件外壁和注浆孔内壁之间的空隙注入配置好的套壳料；利用注浆芯管对刚性袖阀管组件进行注浆；最后，步骤s5便是重复步骤s1至s4，依次实施所有注浆孔的刚性袖阀管组件的安装及注浆工作，以完成待注浆区域的加固。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构和步骤，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。