[发明专利]一种拱形注浆装置及方法

说明书

本发明公开了一种拱形注浆装置及方法，包括高压旋喷钻、护筒、伞状支撑装置、左右高压旋喷系统和前后注浆系统；高压旋喷钻包括钻杆和旋喷钻头组成，钻杆前端安装旋喷钻头，钻杆的后部套装上下调控杆，上下调控杆下部固定第一连接件；伞状支撑装置包括至少两组相对于钻杆轴线对称设置的支撑装置，每组支撑装置包括第一刚性支架和第二刚性支架；第一刚性支架的一端与第一连接件铰接，第一连接件与套装在上下调控杆外的护筒内壁配合；第一刚性支架另一端与第二刚性支架一端铰接；第二刚性支架的另一端与第二连接件铰接，第二连接件固定在护筒下部；在第一刚性支架上设置左右高压旋喷系统和前后注浆系统；在第二刚性支架上设置前后注浆系统。

技术领域

本发明涉及一种注浆装置及施工工艺，特别是一种采空区和岩溶区拱形注浆装置及方法，属于岩土工程领域。

背景技术

采空区治理属于地下工程施工，存在很多不确定性，特别是对于私采矿产，由于缺少详细的开采信息和采后治理，使得采空区成为较为复杂的工程问题。目前，常见的采空区治理手段主要为注浆充填法，通过向采空区内部及其裂隙范围内填充水泥浆，达到封堵采空区、增加围岩稳定性、减小沉降变形的目的。由于采空区具有通常分布广泛，使得采空区全断面注浆充填成本大大增高，特别是地下存在溶洞时，注浆量往往难以估算。此外，当注浆量较大时，容易引起地下水污染，严重影响地下生态环境。因此定点注浆和绿色注浆工艺成为采空区注浆治理的发展趋势，特别是对于一些特殊工程，如公路、铁路等，只需局部注浆加固即可满足工程稳定性需求。为解决以上问题，拱形注浆结构概念被提出并应用于工程中，由于具有受力合理、治理沉降变形明显、污染小、工程成本低等技术优势，具有广阔的应用前景。然而，目前工程上拱形注浆技术仍采用传统的压密注浆、劈裂注浆等方式，使得实际得到的地下注浆拱呈阶梯状，与实际拱形状差别较大，因此注浆拱在阶梯位置处承受较大剪应力，容易发生剪切破坏，不能充分发挥地下暗拱的受力优势。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种拱形注浆装置及其施工方法，实现采空区或岩溶区注浆成拱的目的，充分发挥注浆拱的技术优势，达到减小采空区周围地下及地表沉降变形、保证上部结构物稳定性的目的。

为了实现上述目的，本发明采用技术方案如下：

第一方面，本发明公开了一种拱形注浆装置，包括高压旋喷钻、护筒、伞状支撑装置、左右高压旋喷系统和前后注浆系统；高压旋喷钻包括钻杆和旋喷钻头组成，钻杆前端安装旋喷钻头，钻杆的后部套装上下调控杆，上下调控杆下部固定第一连接件；伞状支撑装置包括至少两组相对于钻杆轴线对称设置的支撑装置，每组支撑装置包括第一刚性支架和第二刚性支架；第一刚性支架的一端与第一连接件铰接，第一连接件与套装在上下调控杆外的护筒内壁配合；第一刚性支架另一端与第二刚性支架一端铰接；第二刚性支架的另一端与第二连接件铰接，第二连接件固定在护筒下部；在第一刚性支架上设置左右高压旋喷系统和前后注浆系统；在第二刚性支架上设置前后注浆系统。

第二方面，本发明还提供了一种拱形注浆装置及其施工工艺，包括以下步骤：

步骤1.根据物探方法结合钻孔取芯结果确定采空区三维形状、尺寸和走向，结合拟建工程实际需求明确采空区加固范围，计算采空区注浆拱拱脚位置，拱轴线方程和拱厚等尺寸，并进行稳定性计算分析。

步骤2.明确采空区裂隙带和弯曲带位置，在弯曲带进行试探性注浆，采用钻孔法检查桩效果，确定注浆压力与注浆范围之间数学关系。

步骤3.根据上述勘测结果和试探性注浆结果，确定护筒和伞状支撑装置尺寸；根据拱轴线方程和注浆范围确定地面注浆孔位置和数量；根据拱轴线方程调整纵向(前后)注浆系统中伞状注浆头在支架上位置，使其连线形成设计拱轴线。

步骤4.根据设计尺寸在拱脚位置处注浆，注浆方式可采用劈裂注浆。

步骤5.按照设计拱轴线方程、拱厚度确定每个注浆孔钻孔深度和注浆位置；采用高压旋喷方式钻孔至指定位置后，打开横向(左右)高压旋喷系统，采用水切割方式切割左右两侧土体。