一种注浆设备及用于盾构机隧道掘进超前注浆的施工工艺

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种注浆设备及用于盾构机隧道掘进超前注浆的施工工艺。

背景技术

在隧道、井下等工程施工过程中，经常有地层加固和岩土改良施工的需求，这时就需要使用钻机进行钻孔操作，并在钻孔后进行注浆加固。常用的注浆设备包括注浆塞、输送管组、及配套的压力控制组件和浆液灌注组件，为了在注浆位置形成一定的压力，保证浆液更好的在岩土中扩散，工作时，注浆塞在预定位置胀紧后，再进行注浆施工操作。特别是在土质较为松软的工况下，需要有足够的压力保证浆液充分渗透。

注浆塞需要实现的基本功能包括输送浆液、及与注浆孔胀紧，因此注浆塞通常包括主体和胀紧单元，其中主体内设有浆液流通通道，用于实现输送浆液功能。胀紧单元内设有胀紧腔体，注浆时，提高胀紧腔体内的压力，通过胀紧腔体的形变，与注浆孔之间接触密封。当浆液在一定外部压力驱动下进入注浆孔内，由于胀紧单元的密封作用，浆液无法从注浆孔口排出，进而可以在注浆位置逐步形成压力，并在岩土内扩散，完成注浆过程。

由于注浆塞的输送浆液功能和胀紧密封功能需要分别独立控制实现，对应的分别配套设置浆液输送管件和控制管件。因此需要在注浆塞上分别独立设置接口与浆液输送管件和控制管件连接，为了布置两个接口，现有注浆塞的径向尺寸往往与浆液输送管件及控制管件不一致，具体体现为注浆塞的径向尺寸更大，这导致注浆塞与浆液输送管件之间存在过渡台阶，对注浆塞的插入和退出操作造成干扰。

另外，在配合盾构机进行隧道掘进时，为了避免外部泥浆等杂质进入盾构机内部，会在盾构机的导管上设置防喷器，并同时对注浆管外部进行密封。而采用现有的注浆塞结构，通常控制管件设置在浆液输送管件外侧，也即通过防喷器内圆形通道的为两根并行设置的管件，防喷器难以实现对两根管件同时进行密封，影响密封效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种注浆设备及用于盾构机隧道掘进超前注浆的施工工艺，将控制接头连接在主体的进浆端，对应的可以将控制管件设置在浆液输送管件内部，便于主体与配套管件的管径设置成一致，为注浆操作提供便利。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种注浆设备，至少包括：

注浆塞，所述的注浆塞包括主体，所述主体的一端为进浆端；所述的主体内设有浆液流通通道，所述浆液流通通道的进浆口设置在主体的进浆端；还包括设置在主体外侧的胀紧单元，所述的胀紧单元内设有胀紧腔体；还包括位于进浆端的控制接头，所述的控制接头与胀紧腔体连通；

输送管组，所述的输送管组包括浆液输送管件和控制管件，所述的浆液输送管件采用刚性材料制成；

动力模块，所述的动力模块包括压力控制组件和浆液灌注组件；

工作状态下，所述的浆液输送管件套设在控制管件外；所述主体的进浆端插入浆液输送管件的一端，并与浆液输送管件密封连接，所述浆液输送管件的另一端与浆液灌注组件连接；所述的控制接头伸入浆液输送管件内，且所述控制管件的一端与控制接头密封连接，另一端与压力控制组件连接。

控制接头设置在进浆端，对应的可以将控制管件设置在浆液输送管件内部，为主体与配套管件的管径设置成一致创造条件，为注浆操作提供便利。

作为优选，所述主体的外侧开设有凹槽；所述的胀紧单元包括弹性材料制成的胀紧套，所述的胀紧套套设在主体外侧，并覆盖凹槽；所述的胀紧套与主体密封连接，并与凹槽共同围合成胀紧腔体。

作为优选，所述的浆液输送管件包括至少输送分段，相邻两个输送分段之间可拆连接；

所述的控制管件包括至少两个控制分段，每一所述的控制分段包括柔性材料制成的管体和位于管体两端的连接部，相邻两个控制分段之间通过连接部可拆连接。

浆液输送管件和控制管件分别采用分段形式设置，可以很好的适应不同深度工况的需求。浆液输送管件采用刚性材料，控制管件采用柔性材料，可以在一定程度上对浆液输送管件与控制管件之间的长度差进行调节，便于输送分段和控制分段的逐一拆装操作。

作为优选，所述的动力模块还包括转接组件，所述的转接组件包括转接单元，所述的转接单元上设有第一接头和第二接头，所述的转接单元内还设有第一分配腔体和第二分配腔体，其中的第一接头同时与浆液灌注组件、第一分配腔体连通，第二接头同时与压力控制组件、第二分配腔体连通；

所述的第一分配腔体与第二分配腔体之间设有调节通道；所述的转接组件还包括调节管件，所述的调节管件穿过调节通道，并可相对于调节通道沿轴向运动；所述的调节管件与调节通道之间轴向密封；

所述的转接单元上还设有浆液输出接口，所述的浆液输出接口与第一分配腔体连通；工作状态下，所述的浆液输出接口与浆液输送管件密封连接，所述的调节管件的一端与控制管件密封连接，另一端自由设置在第二分配腔体内。

作为优选，所述的调节管件上设有两个轴向限位单元，所述的调节管件可在两个轴向限位单元之间相对于调节通道运动。

由于浆液输送管件和控制管件分别独立设置，实际使用过程中经常遇到浆液输送管件和控制管件的长度不一致的问题，对施工现场的安装使用造成较大的影响。

本申请通过调节管件相对于调节通道的轴向运动，在保证浆液输送管件和控制管件独立稳定工作的前提下，对浆液输送管件和控制管件之间的长度误差进行补偿，并且调节操作简单，具有很好的实用价值。

作为优选，所述的动力模块还包括推进组件，所述的推进组件包括推进小车和旋转驱动件，所述的转接组件设置在推进小车上，所述的旋转驱动件驱动转接组件及浆液输送管件围绕轴线转动。

作为优选，所述的转接单元包括旋转连接部；所述的第一接头包括旋转分配单元，所述的旋转分配单元套设在旋转连接部外，且所述的旋转分配单元相对于推进小车在周向上固定设置；

所述的旋转分配单元与旋转连接部轴向密封，并在所述的旋转分配单元与旋转连接部之间形成中间腔体，所述的中间腔体同时与第一分配腔体、浆液灌注组件连通。

作为优选，所述主体远离进浆端的一端连接有钻头。

转接组件可以在推进组件的驱动下进行旋转运动和轴向运动，配合钻头，可以在注浆功能的基础上，进行钻孔操作，实现钻孔注浆一体式施工，极大的提高施工效率，特别适用于较软岩土的施工操作。

一种用于盾构机隧道掘进超前注浆的施工工艺，采用如上所述的注浆设备；

至少包括以下步骤：

步骤一 进给：采用外部动力将注浆塞和输送管组送入待注浆的基孔内的预设位置；

步骤二 胀紧：压力控制组件通过控制管件对胀紧腔体加压，胀紧单元向外扩张并在基孔内胀紧；

步骤三 注浆：浆液灌注组件通过浆液输送管件和主体向基孔内输送浆液，直至基孔内的浆液达到预设压力值，浆液灌注组件停止工作；

步骤四 位置调整：压力控制组件通过控制管件对胀紧腔体泄压，胀紧单元收缩；钻头和输送管组后退预设距离；重复步骤二至步骤四，直至注浆塞退出基孔，完成注浆施工过程。

附图说明

图1为本实施例注浆设备的结构示意图；

图2为本实施例注浆设备的使用状态图；

图3为本实施例注浆设备中注浆塞的结构示意图；

图4为本实施例注浆设备中注浆塞的使用状态局部视图；

图5为本实施例注浆设备中动力模块的结构示意图；

图6为图5中A处的局部放大图；

图7为本实施例注浆设备中转接单元的局部示意图；

图8为本实施例注浆设备中调节管件位于另一位置状态下转接单元的局部示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1和图2所示，一种注浆设备，至少包括注浆塞1、输送管组2和动力模块3。

具体的，如图3和图4所示，所述的注浆塞1包括主体11，所述主体11的一端为进浆端113，另一端为出浆端111。所述的主体11内设有浆液流通通道112，所述浆液流通通道112的进浆口设置在主体11的进浆端113，出浆口设置在主体11的出浆端111。

如图3和图4所示，还包括设置在主体11外侧的胀紧单元，所述的胀紧单元内设有胀紧腔体12。具体的，所述主体11的外侧开设有凹槽，所述的胀紧单元包括弹性材料制成的胀紧套13，所述的胀紧套13套设在主体11外侧，并覆盖凹槽。所述的胀紧套13与主体11密封连接，并与凹槽共同围合成胀紧腔体12。工作时，以液压或气压驱动形式调整胀紧腔体12内的压力。所述的主体11内设有过渡通道114，所述的过渡通道114沿主体11的轴向延伸，且所述的过渡通道114与浆液流通通道112之间不连通。

如图3和图4所示，还包括位于进浆端113的控制接头15，所述的控制接头15与胀紧腔体12连通。还包括至少一个过渡管件14，所述过渡管件14的一端与控制接头15密封连接，另一端通过过渡通道114与进液端连接并连通胀紧腔体12。

具体的，如图4所示，所述的输送管组2包括浆液输送管件21和控制管件22，所述的浆液输送管件21采用刚性材料制成，所述的浆液输送管件包括至少输送分段，相邻两个输送分段之间可拆连接，通过多个输送分段连接的形式，可以适应不同深度基孔的组件需求。具体的，所述进浆端113的侧面设有外螺纹，用于与配套的浆液输送管件21连接。

所述的控制管件22包括至少两个控制分段，每一所述的控制分段包括柔性材料制成的管体和位于管体两端的连接部，相邻两个控制分段之间通过连接部可拆连接。

浆液输送管件21和控制管件22分别采用分段形式设置，可以很好的适应不同深度工况的需求。浆液输送管件21采用刚性材料，控制管件22采用柔性材料，可以在一定程度上对浆液输送管件21与控制管件22之间的长度差进行调节，便于输送分段和控制分段的逐一拆装操作。

具体的，如图5和图6所示，所述的动力模块3包括转接组件31、压力控制组件和浆液灌注组件。所述的转接组件31包括转接单元312，所述的转接单元312上设有第一接头和第二接头，所述的转接单元312内还设有第一分配腔体311和第二分配腔体313，其中的第一接头同时与浆液灌注组件、第一分配腔体311连通，第二接头同时与压力控制组件、第二分配腔体313连通。

如图7和图8所示，所述的第一分配腔体311与第二分配腔体313之间设有调节通道。所述的转接组件31还包括调节管件315，所述的调节管件315穿过调节通道，并可相对于调节通道沿轴向运动。所述的调节管件315与调节通道之间轴向密封。

如图7和图8所示，所述的转接单元312上还设有浆液输出接口，所述的浆液输出接口与第一分配腔体311连通。工作状态下，所述的浆液输出接口与浆液输送管件21密封连接，所述的调节管件315的一端与控制管件22密封连接，另一端自由设置在第二分配腔体313内。

工作状态下，所述的浆液输送管件21套设在控制管件22外；所述主体11的进浆端113插入浆液输送管件21的一端，并与浆液输送管件21密封连接，所述浆液输送管件21的另一端与浆液灌注组件连接；所述的控制接头15伸入浆液输送管件21内，且所述控制管件22的一端与控制接头15密封连接，另一端与压力控制组件连接。

控制接头15设置在进浆端113，对应的可以将控制管件22设置在浆液输送管件21内部，为主体11与配套管件的管径设置成一致创造条件，为注浆操作提供便利。同时，输送管组与配套盾构机的导管上设置的防喷器之间也能更为紧密的配合，避免外部杂质从输送管组与防喷器之间的间隙进入盾构机，影响盾构机的正常运行。此外，将控制管件22设置在浆液输送管件21内部，也更为有利于输送管组在防喷器内的前进和后退运动，特别是输送管组在外部动力辅助下以旋转形式进行前进和后退操作的工况下，防喷器对输送管组造成的阻力明显小于现有技术方案。

进一步的，如图4所示，所述主体11的出浆端111连接有止回阀16。通过设置止回阀16，可以避免注浆过程中已进入注浆孔内的浆液回流至注浆塞1内。同时，在完成浆液灌注等待浆液凝固的过程中，可以提前先浆液输送管件21和注浆塞1内通入水进行清洗，有效避免浆液在浆液输送管件21和注浆塞1内凝固。

进一步的，如图4所示，所述的过渡管件14采用刚性材料制成，所述的控制接头15与主体11同轴设置。所述过渡管件14的数量至少为两个，且所述的过渡管件14围绕主体11的轴线环形均布。

进一步的，如图7和图8所示，所述的调节管件315上设有两个轴向限位单元316，所述的调节管件315可在两个轴向限位单元316之间相对于调节通道运动。具体的，限位单元316为设置在限位单元316上卡圈，通过卡圈与转接单元312接触实现限位。

进一步的，调节管件相对于调节通道在周向上旋转活动连接，调节管件可以相对于调节通道周向旋转，以更好适应与控制管件的旋转连接操作。

由于浆液输送管件21和控制管件22分别独立设置，实际使用过程中经常遇到浆液输送管件21和控制管件22的长度不一致的问题，对施工现场的安装使用造成较大的影响。

本申请通过调节管件315相对于调节通道的轴向运动，在保证浆液输送管件21和控制管件22独立稳定工作的前提下，对浆液输送管件21和控制管件22之间的长度误差进行补偿，并且调节操作简单，具有很好的实用价值。

进一步的，如图5和图6所示，所述的动力模块3还包括推进组件32，所述的推进组件32包括推进小车和旋转驱动件，所述的转接组件31设置在推进小车上，所述的旋转驱动件驱动转接组件31及浆液输送管件21围绕轴线转动。

如图5和图6所示所述的转接单元312包括旋转连接部317。所述的第一接头包括旋转分配单元314，所述的旋转分配单元314套设在旋转连接部317外，且所述的旋转分配单元314相对于推进小车在周向上固定设置。

如图5和图6所示所述的旋转分配单元314与旋转连接部317轴向密封，并在所述的旋转分配单元314与旋转连接部317之间形成中间腔体，所述的中间腔体同时与第一分配腔体311、浆液灌注组件连通。

如图4所示，所述主体11远离进浆端113的一端连接有钻头17。

转接组件31可以在推进组件32的驱动下进行旋转运动和轴向运动，配合钻头17，可以在注浆功能的基础上，进行钻孔操作，实现钻孔注浆一体式施工，极大的提高施工效率，特别适用于较软岩土4的施工操作。

一种用于盾构机隧道掘进超前注浆的施工工艺，采用如上所述的注浆设备；

至少包括以下步骤：

步骤一 钻孔：推进组件32工作，钻头17和输送管组2旋转钻进至预设深度，形成基孔；

进给：采用外部动力将注浆塞和输送管组送入待注浆的基孔内的预设位置；

步骤二 胀紧：压力控制组件通过控制管件对胀紧腔体加压，胀紧单元向外扩张并在基孔内胀紧；

步骤三 注浆：浆液灌注组件通过浆液输送管件和主体向基孔内输送浆液，直至基孔内的浆液达到预设压力值，浆液灌注组件停止工作；

步骤四 位置调整：压力控制组件通过控制管件对胀紧腔体泄压，胀紧单元收缩；钻头和输送管组后退预设距离；重复步骤二至步骤四，直至注浆塞退出基孔，完成注浆施工过程

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。