一种钻头止浆钻杆分段后退式注浆方法与流程

【技术领域】

本发明属于土木工程隧道施工技术领域，尤其涉及一种钻头止浆钻杆分段后退式注浆方法。

背景技术：

隧道及地下工程施工中，经常遭遇软弱富水地层，容易出现开挖面突水涌泥以及大变形，危及隧道施工安全。目前常采用注浆法进行围岩性质的改善，即通过一定压力将胶凝性材料注入围岩并固结，填充孔隙挤密土体，起到良好的加固和堵水效果。

目前，主要的水平注浆方法分两种：即分段前进式注浆和钻杆分段后退式注浆。钻杆后退式注浆适用地层条件相对稍好，基本可以做到一次钻孔即至设计钻孔深度，而后在孔口密封或者利用速凝浆液自密封，注浆后拆除密封装置，钻杆后退并拆除多余钻杆，再次密封注浆，直至钻杆全部退出，全孔多次分段注浆完成。此方法注浆效率高，注浆施工工期短，但由于浆液充满钻杆与钻孔之间孔隙，固结后紧紧抱住钻杆并卡住钻头(钻头直径>钻杆直径)，要实现钻杆后退，需要大功率和大扭矩的钻机动力头，反复旋转捶打，震碎浆液凝固体后拉拔而出，对设备要求高、磨损大，动力头内的花键轴等核心配件保养更换费用较昂贵，在深孔注浆即大于20m过程中存在后退脱困失败的风险。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钻头止浆钻杆分段后退式注浆方法，采用该注浆方法可以避免浆液凝固抱死钻杆和钻头，实现便捷快速的钻杆后退式注浆工艺，对钻机设备要求低，损耗小。

本发明采用以下技术方案：一种钻头止浆钻杆分段后退式注浆方法，使用一种钻头止浆钻杆分段后退式注浆装置，注浆装置包括：

多个双重管钻杆，各双重管钻杆顺次轴向钻入注浆孔内，各根双重管钻杆间可拆卸连接；定义钻孔内为前，外为后；最前端的双重管钻杆前端连接有单通道的钻头；

多个液压囊输液管，与双重管钻杆的个数、长度相一致，且并列，最前端液压囊输液管连通有一止浆液压囊，止浆液压囊，为一中空的弹性囊状体，包覆于最前端的双重管钻杆的前段外壁；

该注浆方法如下：

步骤一、将高压水和风供给系统与第一根双重管钻杆管路连接，启动钻机，在设计位置钻孔；

步骤二、钻孔至该根双重管钻杆的深度后，拆除高压水和风供给系统，另取一根双重管钻杆和液压囊输液管与孔内的双重管钻杆和液压囊输液管连接，继续钻孔，至该根双重管钻杆的深度；继续连接另外一根双重管钻杆和液压囊输液管，依次重复上述操作，不断延长双重管钻杆和和液压囊输液管，直至钻孔至设计深度；

步骤三、将液压囊输液管与电动液压泵相连接，依次通过各液压囊输液管向止浆液压囊中注入液体，使其沿钻孔径向膨胀，止浆液压囊与钻孔的侧壁紧密贴合，在其前方钻孔内形成密封区；

步骤四、拆除高压水和风供给系统，将注浆系统与最后端的双重管钻杆连接，依次通过各根双重管钻杆和钻头朝向密封区注浆，完成本段的注浆；浆液凝固后，排出止浆液压囊1中的液体，使其恢复收缩状态；

步骤五、后退一根双重管钻杆的长度，拆卸最后端的一根双重管钻杆和液压囊输液管；

步骤六、重复步骤四～五，分段注浆，直至完成钻孔内的设计注浆要求。

进一步地，各双重管钻杆均为同心的双层管结构，内层管为中空结构，外层管和内层管间形成环形通道。

进一步地，各液压囊输液管前后顺次可拆卸连接并相连通；与对应的双重管钻杆紧密贴合；最后端的液压囊输液管用于与电动液压泵管路连接。

进一步地，该止浆液压囊内充入液体时，沿钻孔径向膨胀，与钻孔侧壁紧密贴合，在钻孔的前部形成密封区；当排出液体时，收缩至原状态。

进一步地，在步骤三中，膨胀后的所述止浆液压囊内的压力不小于设计注浆压力的1.5倍。

进一步地，当该止浆液压囊处于收缩状态时，其长度不小于2m，其宽度小于所述钻头的最宽处至少2cm。

进一步地，在各双重管钻杆的外壁上沿轴向开设有一半圆形凹槽，用于卡持所述液压囊输液管；各所述凹槽的内径均与所述液压囊输液管的直径相一致。

进一步地，各相邻的双重管钻杆、相邻的液压囊输液管间均通过快速接头相连接。

进一步地，各相邻的双重管钻杆、相邻的液压囊输液管间的快速接头处均套设有一橡胶套。

进一步地，在孔底的一根所述双重管钻杆和钻头间一体连通有一单管。

本发明的有益效果是：

1.避免了浆液凝固后抱死钻杆和钻头，更适用于大于20m的深孔注浆，省略了“钻杆脱困后退”这道工序，提高了注浆施工效率。

2.降低了对钻机设备的性能要求，如扭矩、液压锤、拉拔力，减少了设备磨损和作业维护成本。

【附图说明】

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例施工过程中的结构示意图。

图3为双重管钻杆的截面放大图。

其中：1、止浆液压囊，2、液压囊输液管，3、橡胶套，4、快速接头，5、电动液压泵，6、压力表，10、钻头，11、双重管钻杆。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明实施例公开了一种钻头止浆钻杆分段后退式注浆方法，使用一种钻头止浆钻杆分段后退式注浆装置，如图1、2或3所示，注浆装置包括：

多个双重管钻杆11，各双重管钻杆11均为同心的双层管结构，内层管为中空结构，外层管和内层管间形成环形通道；各双重管钻杆11顺次轴向钻入注浆孔内，各根间可拆卸连接；定义钻孔内为前，外为后；

钻头10，轴向开设有单通孔，与最前端的双重管钻杆11的端部相连接，并连通；

多个液压囊输液管2，各液压囊输液管2与一根双重管钻杆11的长度相一致；各液压囊输液管2前后顺次可拆卸连接并相连通；与对应的双重管钻杆11紧密贴合；最后端的液压囊输液管2用于与电动液压泵5管路连接；

止浆液压囊1，为一中空的弹性囊状体，包覆于最前端的双重管钻杆11的前段外壁，其与最前端的液压囊输液管2连接并相连通；当囊状体内充入液体时，止浆液压囊1沿钻孔径向膨胀，与钻孔侧壁紧密贴合，在钻孔的前部形成密封区；

该注浆方法如下：

步骤一、将高压水和风供给系统与第一根双重管钻杆11管路连接，启动钻机，在设计位置钻孔；

步骤二、钻孔至该根双重管钻杆11的深度后，拆除高压水和风供给系统，另取一根双重管钻杆11和液压囊输液管2与孔内的双重管钻杆11和液压囊输液管2连接，继续钻孔，至该根双重管钻杆11的深度；继续连接另外一根双重管钻杆11和液压囊输液管2，依次重复上述操作，不断延长双重管钻杆11和和液压囊输液管2，直至钻孔至设计深度；膨胀后的止浆液压囊1内的压力不小于设计注浆压力的1.5倍。

步骤三、将液压囊输液管2与电动液压泵5相连接，依次通过各液压囊输液管2向止浆液压囊1中注入液体，使其沿钻孔径向膨胀，止浆液压囊1与钻孔的侧壁紧密贴合，在其前方钻孔内形成密封区；

步骤四、拆除高压水和风供给系统，将注浆系统与最后端的双重管钻杆11连接，依次通过各根双重管钻杆11和钻头10朝向密封区注浆，完成本段的注浆；避免浆液在孔壁空隙中形成固结体，抱住钻杆难以脱困。浆液凝固后，排出止浆液压囊1中的液体，使其恢复收缩状态；

步骤五、后退一根双重管钻杆11的长度，拆卸最后端的一根双重管钻杆11和液压囊输液管2；

步骤六、重复步骤四～五，分段注浆，直至完成钻孔内的设计注浆要求。

当该止浆液压囊1处于收缩状态时，其长度不小于2m，其宽度小于钻头10的最宽处至少2cm。止浆液压囊1处于收缩状态时，止浆液压囊1长度不小于2m，其宽度小于钻头10的最宽处至少2cm。以便于扫孔过程中，孔渣可以顺利从孔壁空隙中排出；止浆液压囊1体积膨胀后，紧挨钻头10，与钻孔前端形成止浆区，避免浆液在孔壁空隙中形成固结体，影响继续钻孔排渣；止浆液压囊1长度大于2m，以便膨胀后具备足够的止浆密封能力。

在各双重管钻杆11的外壁上沿轴向开设有一半圆形凹槽，用于卡持液压囊输液管2；各凹槽的内径均与液压囊输液管2的直径相一致。各相邻的双重管钻杆11、相邻的液压囊输液管2间均通过快速接头相连接。快速接头4选择适用于管子连接的接头，现有技术中均有成型的产品。

各相邻的双重管钻杆11、相邻的液压囊输液管2间的快速接头处均套设有一橡胶套3。在孔底的一根双重管钻杆11和钻头10间一体连通有一单管。使两种浆液在此处缓冲预混。

将外围的高压水、风供给系统和注浆机与钻头止浆钻杆分段后退式注浆装置，组成了一种分段前进式钻杆快速注浆系统，包括上述的钻头止浆钻杆分段后退式注浆装置，还包括：高压水和风供给系统，在钻孔的时候，高压水供给系统与靠近孔口的一根双重管钻杆11的外管管路连接；高压风供给系统与内管管路连接；浆液机，在注双浆液时，与靠近孔口最外端的一根双重管钻杆11的内管和外管管路连接；电动液压泵5，与靠近孔口的一根液压囊输液管2管路可拆卸连接，用于向止浆液压囊1内充入液体。高压水、风供给系统和浆液机均采用现有设备，根据不同的施工工况如所需压力、速度等选择。钻孔作业过程中，液压囊输液管2与电动液压泵5处于断开状态，避免钻杆旋转造成液压囊输液管产生缠绕。

实际钻孔时，操作如下：

钻孔准备：

将液压囊输液管2嵌入双重管钻杆11外壁的半圆形凹槽内，并利用橡胶套3勒紧，此时液压囊输液管2与电动液压泵5处于断开状态，液压囊输液管2与双重管钻杆11可以同步旋转；将双重管钻杆11的内外双重管路分别连接好高压风和水。

钻孔作业：

打开高压风和水，启动钻机开始钻孔，钻入一根双重管钻杆11后，延长一根新双重管钻杆11，同时利用快速接头4连接一新液压囊输液管2，将新一根液压囊输液管2嵌入新一根双重管钻杆11外壁的半圆形凹槽内，并新增一枚橡胶套3勒紧；同理不断延长双重管钻杆11和液压囊输液管2，增加钻孔深度，直至设计深度。

注浆准备：

通过快速接头4将液压囊输液管2与电动液压泵5相连接，启动电动液压泵5，通过液压囊输液管2向止浆液压囊1中注入液体使其体积膨胀，直至压力表6的读数达到设计注浆压力的1.5倍，形成良好的密封止浆体；拆除双重管钻杆11连接的高压风和水，与注浆机相连；

注浆作业：

通过注浆机向密封区域内注入速凝性浆液，如聚氨酯或者水泥-水玻璃双液浆，待本段注浆工作结束，浆液凝固后，排出止浆液压囊1中的液体，使其恢复收缩状态；

后退液压囊输液管2：

断开后端末节液压囊输液管2处液压囊输液管2的连接，旋转退出一根液压囊输液管2，拆除后端双重管钻杆11和液压囊输液管2。

重复上述操作，分段后退进行注浆作业，直至完成本孔的设计注浆要求。