一種適用于盾構隧道水下巖溶地層的灌漿系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及巖石工程地基處理灌漿技術領域，具體涉及一種適用于盾構隧道水下巖溶地層的灌漿系統及方法。
【背景技術】
[0002]水下巖溶地層灌漿處理是盾構隧道施工過程中常遇到的難題。現階段，常用“袖閥管法”、“孔口封閉法”等灌漿工藝，但現有工程實踐表明，袖閥管法對于處理小型巖溶效果尚好，若巖溶體積較大或巖溶有承壓水存在時，袖閥管法灌注漿液易于稀釋，難于達到防滲設計要求，而孔口封閉法采用一種穩定性強、抗水沖蝕性好、凝結時間可控、防滲性能優越、低價綠色環保等優點的膏漿能解決水下巖溶基礎的灌漿處理，但孔口封閉法一般采用鋼管灌注，存在易埋卡鋼管，導致損傷盾構機切割刀具等問題。為此，若能將可控性膏漿引入到袖閥管法工藝中，將控制性灌漿工藝與控制性灌漿材料相結合則可解決地鐵富水巖溶地基灌漿難題。
[0003]因此，如何改良現有袖閥管法，使其能達到灌注膏漿漿液的工藝要求，提出一種適用于盾構隧道水下巖溶處理的可控灌漿法，成為本領域相關人員急需研究解決的問題。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是克服現有技術存在的不足，提供一種簡單可控，不易重復劈裂，避免無效灌注，提高施工效率，節約成本，易于達到工程設計防滲標準的適用于盾構隧道水下巖溶地層的灌漿系統及方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案:
一種適用于盾構隧道水下巖溶地層的灌漿系統，包括安裝于作業孔內的塑料外管以及套設安裝于所述塑料外管內并能沿塑料外管軸向調整安裝位置的灌漿管，所述塑料外管位于作業孔底部的一端封閉，所述塑料外管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，所述塑料外管上對應每組出漿孔組均設有僅使漿料向塑料外管外部單向流動的流向控制組件，所述灌漿管上安裝有用于封閉灌漿管和塑料外管之間間隙的密封組件，所述灌漿管的出口端位于密封組件與塑料外管的封閉端之間，所述灌漿管的進口端與一灌漿設備相連。
[0006]上述的灌漿系統，優選的，所述塑料外管包括多根依次相連的塑料管，相鄰塑料管通過塑料連接環連接，且塑料管與塑料連接環之間為絲扣連接;位于塑料外管底部的一根塑料管為端部封閉的封口管，各塑料連接環上均設有一組所述出漿孔組。
[0007]上述的灌漿系統，優選的，所述流向控制組件包括套設于塑料連接環上并包裹出漿孔口的彈性箍圈。
[0008]上述的灌漿系統，優選的，所述彈性箍圈的外部纏繞有多圈固定膠帶。
[0009]上述的灌漿系統，優選的，所述密封組件為套設安裝于灌漿管上的環形止漿氣塞以及通過氣管與環形止漿氣塞相連的氣壓源;所述灌漿設備為高壓脈動灌漿栗。
[0010]上述的灌漿系統，優選的，位于塑料外管底部的塑料管的直徑為90cm?100cm，長度為5cm?10cm，可承受壓力不小于3MPa;其余塑料管的長度為30cm?50cm，直徑90cm?100cm，可承受壓力不小于2Mpa;塑料連接環上設有3?6個直徑為5cm?8cm的出漿孔口 ；所述彈性箍圈的直徑為88cm?98cm;所述環形止楽氣塞的內環直徑為50cm，外環直徑90cm?100cm，允許工作壓力5?20Mpa。
[0011 ]上述的灌漿系統，優選的，所述灌漿管由多節鋼管通過絲扣連接而成，各節鋼管的長度為50cm?100cm，內徑為50cmo
[0012]—種采用上述灌漿系統進行灌漿的方法，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，再在塑料外管內安裝灌漿管和密封組件，使塑料外管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灌入到塑料外管內，套殼料經出漿孔組灌入塑料外管與作業孔之間的環狀間隙中，直至套殼料從作業孔孔口溢出，停止灌入套殼料；
(d)在套殼料未完全凝固之前，采用灌漿設備以分段灌注法將膏漿灌入地層，完成全孔段灌漿，具體是:先通過灌漿管將膏漿灌入塑料外管內，膏漿經出漿孔組及套殼料灌入地層，待該孔段灌注完成后，再將灌漿管和密封組件逐次向上提升，直至密封組件高出塑料外管最上部的一組出漿孔組，每一次提升均使塑料外管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。
[0013]上述的方法，優選的，所述灌漿設備采用高壓脈動灌漿栗，所述高壓脈動灌漿栗的脈動灌楽壓力為OMPa?15Mpa，脈動栗量大于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。
[0014]上述的方法，優選的，所述套殼料由粘土、水泥、粉煤灰和水組成，截錐圓模測得漿液流動度為90mm~180mm，原楽比重為1.lg/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.lg/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。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點在于:本發明的灌漿方法將改良的袖閥管控制性灌漿工藝和適宜富水巖溶地基的可控性膏漿結合到一起，解決了盾構隧道通過水下巖溶存在的盾構栽頭，刀具易破損的問題，具有簡單可控，不易重復劈裂，避免無效灌注，提高施工效率，節約成本，易于達到工程設計防滲標準的優點。其巧妙結合了袖閥管法和孔口封閉法兩者的優點，解決了袖閥管不易灌注膏漿，孔口封閉法埋管不易盾構的問題。本發明的灌漿系統適用于上述的灌漿方法，其結構簡單、易于制作和安裝。
【附圖說明】
[0016]圖1為灌漿系統的結構示意圖。
[0017]圖2為塑料外管的結構示意圖。
[0018]圖3為塑料外管中未封閉的塑料管的結構示意圖。
[0019]圖4為塑料外管中一端端口封閉的塑料管的結構示意圖。
[0020]圖5為塑料連接環、彈性箍圈和固定膠帶相互連接的結構示意圖。
[0021 ]圖6為環形止漿氣塞安裝于灌漿管上的結構示意圖。
[0022]圖7為灌漿管中鋼管的結構示意圖。
[0023]圖8為灌漿方法的流程圖。
[0024]圖例說明:
1、塑料外管；11、出漿孔口； 11、塑料管；1 2、塑料連接環；103、彈性箍圈；104、固定膠帶;2、灌漿管;21、鋼管;3、環形止漿氣塞;4、氣管;5、氣壓源;6、高壓脈動灌漿栗;7、套殼料；
8、膏漿。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0026]如圖1所示，本實施例適用于盾構隧道水下巖溶地層的灌漿系統，塑料外管I和灌漿管2，塑料外管I安裝于作業孔內，灌漿管2套設安裝于塑料外管I內并能沿塑料外管I軸向調整安裝位置，也即灌漿管2可在塑料外管I內向上提升或下降，塑料外管I位于作業孔底部的一端封閉，塑料外管I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，塑料外管I上對應每組出漿孔組均設有僅使漿料向塑料外管I外部單向流動的流向控制組件，灌漿管2上安裝有用于封閉灌漿管2和塑料外管I之間間隙的密封組件，灌漿管2的出口端位于密封組件與塑料外管I的封閉端之間，灌漿管2的進口端與一灌漿設備相連。
[0027]本實施例中，如圖2至圖5所示，塑料外管I包括多根均長、均質的高強塑料管101，多根塑料管101依次相連形成塑料外管I，具體的，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I底部的一根塑料管101為端部封閉的封口管，形成塑料外管I的封閉端，封口管呈錐形。各塑料連接環102上均設有一組出漿孔組，本實施例的出漿孔組包括3~6個繞塑料連接環102均勻間隔布置的出漿孔口 11，出漿孔口 11的直徑為5cm?8cm。上述塑料外管I由多根高強塑料管101和塑料連接環102通過絲扣連接方式連接而成，其制作容易、便于儲存和運輸，并能根據實際需要拼接任意長度的塑料外管I，使用靈活性高。
[0028]本實施例中，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彈性箍圈103，彈性箍圈103使漿料僅能在壓力下從塑料外管I內腔向外部流動，其可以是橡膠套等彈性套。進一步的，彈性箍圈103的外部纏繞有5?6圈固定膠帶104，起到加強固定的作用。
[0029]本實施例的塑料外管I和流向控制組件相當于一改良的袖閥管。
[0030]本實施例中，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，其中，環形止漿氣塞3采用現有的圓環狀高壓止漿氣塞，其可通過外購得到;灌漿設備為高壓脈動灌漿栗6。
[0031 ] 本實施例中，位于塑料外管I底部的塑料管101的直徑為90cm?100cm，長度為5cm?1cm，可承受壓力不小于3MPa;其余塑料管101的長度為30 cm?50 cm，直徑90 cm?100 cm，可承受壓力不小于