适应高压注浆堵水工艺需求的预应力注浆管以及注浆工艺的制作方法

本发明属于隧道施工领域，尤其涉及一种注浆管以及注浆工艺。

背景技术：

1、在隧道施工中遇到涌水是很常见的，工程界一般均采用引、排水的方法或者是带水作业的方法继续施工，一般不会影响隧道的开挖进程。以往的隧道开挖作业，大多在地质结构不是十分复杂的地区开展，从国际、国内的隧道开挖历史记录来看，也还没有遇到超过80摄氏度的超高温涌水的记录，工程界对此情况的研究极少。

2、川藏铁路是连接我国西南重镇四川省省会成都和西藏自治区首府拉萨的一条重要铁路干线。铁路沿线要通穿越横断山脉，沿途通过多条断裂带，地质结构十分复杂。川藏铁路需要建设大量的超长隧道，有些隧道要穿越地热异常带，不可避免地会在隧道施工中遇到高温、超高温岩石裂隙水涌出的问题。这些高温水的涌出，将迅速恶化隧道内的施工环境，快速升高隧道内的温度和湿度，会给施工造成严重的困难。

3、面对超高温热水的热害，施工单位采用了目前能够使用的各种超前探测方法，力图在隧道掌子面前方一定的距离，探测到高温水的存在，并用打超前探孔的方法证实高温水的存在。探测到高温水之后，一般主要采用引排的方法，辅之以堵水的技术措施，具有较好的治水效果。可面对隧道施工中不知源头的超高温岩石裂隙涌水，排水的效果有限，并且这些超高温热水在排出的过程中向周围的散热，会大大提高隧道里的温度。因此，将这些高温、超高温热水通过超前注浆的方法将其逼退，并封闭在我们隧道开挖的范围之外，成为了施工过程中的不二选择。

4、传统的注浆方法其流量较小，压力也较低，其安装注浆管的方法已经不能够适用高温流动水的高压、大流量的需要。在实际的高温和超高温流动水的顶水注浆的施工过程中，通常采用的注浆管的安装方法为在注浆管外部缠绕麻绳并在麻绳上涂抹水泥浆的方法，用外力强行压入注浆孔。这种方法安装的注浆管无法承受高压注浆的反压，常常造成浆体从管缝冲出甚至整个注浆管被高压冲出的事故，后果极其危险。

5、因此，开发出一种能够适应高温、超高温流动水的高压、大流量顶水注浆情形的、便于安装的、安装以后就可以使用的耐高压的注浆管及注浆工艺在现实施工中就显得十分必要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种便于安装、与注浆孔结合强度高、管缝密封性能好的适应高压注浆堵水工艺需求的预应力注浆管以及注浆工艺。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

2、一种适应高压注浆堵水工艺需求的预应力注浆管，包括注浆管本体，所述注浆管本体的浆料输出端处设有膨胀套、锥台套以及内端受力梁，所述注浆管本体的浆料输入端设有外端受力梁；所述膨胀套的内腔呈用于所述锥台套进入的锥台状(使膨胀套的内腔形状与锥台套外形匹配，但小于锥台套的外形)，所述内端受力梁和外端受力梁之间还设有用于使所述锥台套与所述膨胀套相对移动，使所述膨胀套被胀开并胀紧贴于注浆孔内壁的张拉组件。上述锥台套为内部中空的结构，便于后续注浆，锥台套可为圆锥台状。

3、上述预应力注浆管中，优选的，所述膨胀套设于所述锥台套与注浆管本体之间，所述膨胀套的内腔的大头端远离所述注浆管本体，所述锥台套的小头端靠近所述膨胀套的内腔的大头端。上述设置即保证膨胀套卡设于锥台套与注浆管本体之间，当锥台套受张拉组件的张拉力时，锥台套的小头端从膨胀套的内腔大头端进入，将膨胀套胀开，实现注浆管与注浆孔的高强度结合。

4、上述预应力注浆管中，优选的，所述张拉组件包括张拉螺杆与张拉螺母，所述张拉螺杆的一端与所述内端受力梁固接，另一端设有螺纹并延伸至所述外端受力梁处，所述张拉螺母设于所述张拉螺杆具有螺纹的一端，并与所述外端受力梁相配合以实现所述锥台套与所述膨胀套的相对移动。

5、上述预应力注浆管中，优选的，所述内端受力梁固设于所述锥台套的大头端，且所述张拉螺杆与所述内端受力梁固接处位于所述锥台套的大头端的中心位置；所述外端受力梁固设于所述注浆管本体内，且所述张拉螺杆与所述外端受力梁连接处位于所述注浆管本体内腔的中心位置。上述张拉螺杆的安装方式位于注浆管本体以及锥台套的中心，可以尽量减少对后续注浆过程的影响。

6、在锥台套的大头端安装有内端受力梁，该连接梁通过张拉螺杆与注浆管本体的法兰一端的外端受力梁连接，通过张拉螺母的调节可以调整两个受力梁之间的距离，从而使中空的锥台套深入膨胀套中间产生膨胀作用，从而紧压注浆孔岩壁产生紧固结合作用，提高注浆管的安装强度。

7、上述预应力注浆管中，优选的，所述膨胀套未胀开时外形呈管状，所述膨胀套包括多片外表面呈锯齿状的膨胀齿片，多片所述膨胀齿片围成的内腔为一体积小于所述锥台套的锥台形内腔。采用多片膨胀齿片，更加有利于膨胀套与注浆孔内壁的紧固结合，锯齿朝向可设置成不利于注浆管本体冲出的朝向。上述膨胀套可先加工外表面的锯齿，再等分成多个膨胀齿片，多个膨胀齿片可以组合成一圆管状，通过弹性密封环和环形片预固定连接。

8、上述预应力注浆管中，优选的，所述膨胀套在靠近所述注浆管本体的一端上套设有可随着所述膨胀套胀开而胀开贴紧注浆孔内壁的第一弹性密封环。

9、上述预应力注浆管中，优选的，所述注浆管本体靠近所述膨胀套的一端设有端头密封板，所述膨胀套在靠近所述端头密封板处设有可随着所述膨胀套胀开而胀开贴紧注浆孔内壁、且可与所述端头密封板挤压紧密接触的第二弹性密封环，所述第二弹性密封环部分套设于所述膨胀套的端部。上述端头密封板为一圆环状，且圆环内圈与外圈之间的距离相比于注浆管本体的壁厚更大，便于与第二弹性密封环的挤压固接。

10、膨胀套端部安装有第一、第二弹性密封环，随着膨胀套的膨胀而涨开，紧贴岩壁起到第一道密封作用，且第一、第二弹性密封环还可以起到预固定膨胀齿片的作用。第二弹性密封环部分套设于膨胀套的端部，有利于第二弹性密封环与端头密封板挤压实现锥形套、膨胀套与注浆管本体的紧密连接。上述第一、第二弹性密封环可采用橡胶圈。

11、上述预应力注浆管中，优选的，所述注浆管本体的浆料输入端外壁上还固设有止浆钢盘，所述止浆钢盘靠近注浆孔，且所述止浆钢盘与注浆孔处岩壁之间设有第三弹性密封环。在注浆管本体上焊装有止浆钢盘，与前端的锥台套、膨胀套组成的涨合头、两个受力梁以及张拉螺杆、张拉螺母一同构成对岩壁的预应力紧固结构。在注浆管本体的止浆钢盘靠岩壁处安装了一个第三弹性密封环，随着张拉螺母的锁紧，止浆钢盘与岩壁间产生巨大的压力，从而将第三弹性密封环紧紧压在岩壁上，起到进一步防止高压下注浆浆体从注浆管缝冲出的抗高压密封作用。上述第三弹性密封环可采用橡胶圈。

12、上述预应力注浆管中，优选的，所述膨胀套上还套设有用于保证所述膨胀套安装时不意外胀开的环形片。为使安装该注浆管本体时推送注浆管本体的外力不使锥台套深入膨胀套中，造成膨胀套意外膨胀，使得安装困难，在膨胀套上还设置有环形片。该环形片可为一次性产品，如采用环形塑料片。

13、作为一个总的技术构思，本发明还提供一种采用上述的预应力注浆管的注浆工艺，包括以下步骤：

14、s1：利用所述张拉组件将所述注浆管本体、膨胀套和锥台套预组装成一整体，使所述膨胀套保持不胀开的状态，并将预组装得到的整体装设进入注浆孔中；

15、s2：张拉所述张拉组件，使所述锥台套与膨胀套的相对移动，所述锥台套进入膨胀套中使膨胀套胀开，膨胀套胀紧贴于注浆孔内壁，完成预应力注浆管的安装；

16、s3：通过注浆管本体的浆料输入端输入浆料，即完成注浆。

17、本发明的适应高压注浆堵水工艺需求的预应力注浆管，该结构的注浆管本体的直径可位于50毫米-150毫米之间，视注浆孔的直径而选定，长度视注浆孔中岩石的状况选定，一般可在70毫米-2000毫米之间。

18、针对高压、大流量注浆新工艺的要求，注浆管安装以后必须要能够承受极高的注浆瞬时反压，这种反压能够达到10个兆帕以上。本发明针对隧道高温、超高温高压涌水顶水封堵需求，设计一种涨合式带双重密封抗高压预应力注浆管。其基本结构设计及作用分析如下：

19、1)带膨胀密封功能的膨胀套和锥台套构成的涨合头：这个涨合头由锥台套和膨胀套以及弹性密封环组成。在外加拉力的作用下，锥台套深入膨胀套中间，膨胀套被胀开，对岩壁产生巨大的压力；随着膨胀套的胀开，安装在其上的第一弹性密封环随即胀开，起到阻断浆液的作用；安装在其上的第二弹性密封环，除了与第一弹性密封环作用一样外，还与焊装在注浆管本体端部的端头密封板形成挤压作用，变形后直径扩大的第二弹性密封环与岩壁密贴，进一步强化了止浆的密封效果。

20、2)预应力张拉组件和端头双重密封：安装于锥台套大头端和注浆管本体的浆料入口端的张拉梁(内端受力梁和外端受力梁)通过正中间的张拉螺杆和张拉螺母以及注浆管本体上焊装的止浆钢盘构成注浆管的预应力张拉结构。通过转动靠外端受力梁上的张拉螺母，锥台套受到张拉力的作用，深入膨胀套中，膨胀套胀开，与岩壁形成结合力；膨胀套胀紧后，张拉螺母继续转动，使注浆管本体上焊装的止浆盘压迫岩壁以及第三弹性密封环，在注浆管上形成预应力，进一步起到双重密封的效果。

21、3)初始状态保持装置：在安装注浆管本体时，为防止进入时锥台套在外力作用下深入膨胀套中，造成安装困难，本发明在膨胀套上设置了第一、二弹性密封环以及环形塑料片。这个结构可以有效防止安装注浆管时膨胀套的意外胀开。

22、通过上述结构设计，本发明的适应高压注浆堵水工艺需求的预应力注浆管，可适用于隧道施工高温、超高温、高压、涌水环境下使用，这种注浆管结构简单、使用方便，具有在高压涌水环境中便于安装，安装强度高，管缝密封性能好的特点，解决了隧道高温超高温涌水治理中注浆管安装和管缝密封与注浆压力不相匹配而造成注浆时瞬时压力过高超过安装和密封强度而造成注浆失败的问题。且通过膨胀套上附属结构的设计，也可保证注浆管在初始安装时不会意外膨胀，安装更加方便。

23、与现有技术相比，本发明的优点在于：

24、1、本发明的适应高压注浆堵水工艺需求的预应力注浆管，通过设置膨胀套、锥台套、内端受力梁和外端受力梁，在张拉组件的作用下，锥台套与膨胀套相对移动，使膨胀套胀开并胀紧贴于注浆孔内壁，具有在高压涌水环境中便于安装，安装强度高的特点，解决了隧道高压涌水治理中注浆管安装与注浆压力不相匹配而造成注浆时瞬时压力过高而造成注浆失败的问题。

25、2、采用本发明的适应高压注浆堵水工艺需求的预应力注浆管的注浆工艺，施工简单方便，能够适应高温、超高温流动水的高压、大流量顶水注浆情形的需要，对于特殊施工环境适应性强，可广泛用于恶劣环境的隧道施工。