一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置专利背景

在裂隙及破碎围岩内进行隧道及地下工程施工时，为了保证施工安全和减少隧道建成后的渗漏水量，中国国内外经常采用注浆法实现堵水和加固。截至2009年12月29日，应用于岩体注浆的注浆工艺有全孔一次性注浆，分段前进式注浆、分段后退式注浆等。

全孔一次性注浆是按设计一次性完成钻孔，在钻孔内安设孔口管，然后直接将注浆管路和孔口管连接进行注浆，但该方法对钻孔底部的加固效果不佳，仅适合于裂隙不发育的地层；前进式分段注浆法，该方法是在钻孔孔口使用止浆塞或孔口管法兰盘止浆，通过钻一段、注一段，再钻一段、再注一段的钻注交替方式钻孔注浆方法，该方法需要反复加固和处理注浆孔前段部分，作业繁琐，浆液浪费较多。

后退式分段注浆是一次性将孔钻至设计深度，然后从钻孔底部按预定的长度后退至孔口的注浆方式，该注浆方式主要有钻杆后退式注浆和止浆塞孔内注浆等；钻杆后退式注浆主要通过浆液和孔口卡盘止浆，但不能实现孔内止浆，注浆时须占用钻机，且容易出现抱钻而拔不出钻杆的现象；而目前常用的气胀式或水压式止浆塞注浆方式，可实现孔内止浆，注浆时通过压气或压水使得止浆塞膨胀并止浆，注完一段后，将止浆塞气压或水压泄掉，再注下一段，该方法的缺点是，由于不是单向膨胀，止浆塞泄压后，会恢复原状，从而导致孔内浆液会返流至孔口，不能保压，且造成浆液浪费。

综上所述，截至2009年12月29日的注浆工艺均不能有效的实现对孔内任意部位进行注浆，并且可靠止浆的效果，因此有必要采用新的注浆及止浆技术。

一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置专利背景

《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》的目的是提供一种可对钻孔内任意部位进行注浆，并且止浆可靠的方法，《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》的另一目的是提供一种实施该方法的装置。

一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置技术方案

所述的孔内注浆并有效止浆的方法，分为注浆、止浆两大作用过程，浆液通过实施该方法的装置的输浆管道进入，注浆完毕后，该装置的滞留部件起到止浆作用，且该装置的拆卸部件可以连接另外的滞留部件进行下一次注浆。

所述的一种孔内注浆并有效止浆的方法，具体步骤如下：

1）、采用钻机钻设注浆孔至设计孔深，退出钻杆；

2）、注浆泵输送出的浆液通过进浆管、依次流过输浆管道、膨胀止浆塞、到达单向压力阀；

3）、浆液流动压力未达到单向压力阀的单向阀的开启压力时，浆液通过膨胀止浆塞上溢浆孔撑起密封橡胶套进入膨胀橡胶塞，膨胀橡胶塞膨胀，直至膨胀直径大于孔内径，从而将孔壁封住；

4）、浆液压力增加到大于单向阀的开启压力时，浆液冲开单向阀，冲击压力熔片开启，浆液通过出浆孔进入钻孔中，进行注浆；

5）、注浆完毕，单向阀回弹封闭阻止浆液回流；旋转输浆管道，拆卸取出；膨胀止浆塞、单向压力阀滞留孔内止浆。

实施上述方法的一种孔内注浆并有效止浆的装置，包括顺序连接的进浆管、输浆管道、膨胀止浆塞、单向压力阀；所述输浆管道与膨胀止浆塞、所述膨胀止浆塞与单向压力阀均通过接头连接。

所述的孔内注浆并有效止浆的装置，所述输浆管道由接头联接至少两段输浆钢管组成，接头两端外螺纹旋合两段输浆钢管端部内螺纹连接而成。

所述的孔内注浆并有效止浆的装置，所述膨胀止浆塞包括钢花管和膨胀橡胶塞、密封橡胶套，膨胀橡胶塞包裹在钢花管外，钢花管上开有溢浆孔，钢花管上溢浆孔对应位置处外套有密封橡胶套。

所述的孔内注浆并有效止浆的装置，所述单向压力阀内依次设有单向阀、压力熔片，单向阀的复位弹簧设置在压力熔片上，压力熔片端设有出浆孔。

所述的孔内注浆并有效止浆的装置，所述输浆管道及设置在输浆管道一端的进浆管组成该装置实施孔内注浆并止浆方法的拆卸部件。

所述的孔内注浆并有效止浆的装置，所述膨胀止浆塞、单向压力阀及连接两者的接头组成该装置实施孔内注浆并止浆方法的滞留部件。

一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置改善效果

1、通过增加或减少输浆钢管长度和数量，可以实现对注浆孔内任意段的止浆。

2、单向压力阀的压力熔片的最小破坏压力为3Mpa，膨胀橡胶塞的最小膨胀压力为1Mpa、最大膨胀保压不小于1h，在最大注浆压力5Mpa下，各部不泄露，止浆效果好。

3、由于膨胀橡胶塞采用优质钢丝网橡胶制成，密封橡胶套采用优质弹性橡胶制成，使单向膨胀止浆塞具有加压后横向膨胀大，强度高，硬度大。

4、通过正反丝扣的设置，可以方便的拆卸输浆钢管，保证了止浆效果的同时减少了材料浪费。

图1是《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》装配结构示意图；

图2是《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》注浆工作状态示意图；

图3是《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》注浆完成后拆卸部件、滞留部件分离状态示意图；

图中：1、进浆管，2、I型输浆钢管，3、I型接头，4、II型输浆钢管，5、II型接头，6、抱箍，7、溢浆孔，8、密封橡胶套，9、膨胀橡胶塞，10、钢花管，11、膨胀止浆塞，12、单向阀，13、压力熔片，14、单向压力阀，15、出浆孔。

《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》涉及一种止浆技术，特别涉及一种应用于隧道、地下工程裂隙及破碎岩体超前注浆加固和堵水的孔内注浆并有效止浆的方法；《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》还涉及一种实现孔内注浆并有效止浆的装置。

1.一种孔内注浆并有效止浆的方法，分为注浆、止浆两大作用过程，其特征在于：所述孔内注浆并有效止浆的方法包括以下步骤：a）、采用钻机钻设注浆孔至设计孔深，退出钻杆；b）、注浆泵输送出的浆液通过进浆管（1）、依次流过输浆管道、膨胀止浆塞（11）、到达单向压力阀（14）；c）、浆液流动压力未达到单向压力阀（14）的单向阀（12）的开启压力时，浆液通过膨胀止浆塞（11）上溢浆孔（7）撑起密封橡胶套（8）进入膨胀橡胶塞（9），膨胀橡胶塞（9）膨胀，直至膨胀直径大于孔内径，从而将孔壁封住；d）、浆液压力增加到大于单向阀（12）的开启压力时，浆液冲开单向阀（12），冲击压力熔片（13）开启，浆液通过出浆孔（15）进入钻孔中，进行注浆；e）、注浆完毕，单向阀（12）回弹封闭阻止浆液回流；旋转输浆管道，拆卸取出：顺着I型输浆钢管（2）正丝扣方向旋转，将输浆管道沿II型输浆钢管（4）和II型接头（5）反丝扣接头处拆卸开后，取出输浆管道；膨胀止浆塞（11）、单向压力阀（14）滞留孔内止浆；其中，进浆管一端外部正螺纹丝扣旋合于I型输浆钢管内腔一端的正螺纹丝扣；I型输浆钢管内腔另一端通过I型接头连接II型输浆钢管内腔一端，两连接处均为正螺纹丝旋合；II型输浆钢管内腔另一端通过II型接头连接膨胀止浆塞，其中II型接头与II型输浆钢管连接端为反螺纹丝旋合，II型接头与膨胀止浆塞连接端为正螺纹丝旋合；膨胀止浆塞与单向压力阀通过I型接头连接，两连接处均为正螺纹丝旋合。

2.一种实施权利要求1所述孔内注浆并有效止浆的方法的装置，其特征在于：包括顺序连接的进浆管（1）、输浆管道、膨胀止浆塞（11）、单向压力阀（14）；所述输浆管道与膨胀止浆塞（11）、所述膨胀止浆塞（11）与单向压力阀（14）均通过接头连接；所述输浆管道由接头联接至少两段输浆钢管组成，接头两端外螺纹旋合两段输浆钢管端部内螺纹连接而成；所述输浆管道及设置在输浆管道一端的进浆管（1）组成该装置实施孔内注浆并止浆方法的拆卸部件；所述膨胀止浆塞（11）、单向压力阀（14）及连接两者的接头组成该装置实施孔内注浆并止浆方法的滞留部件。

3.根据权利要求2所述的孔内注浆并有效止浆的装置，其特征在于：所述膨胀止浆塞（11）包括钢花管（10）和膨胀橡胶塞（9）、密封橡胶套（8），膨胀橡胶塞（9）包裹在钢花管（10）外，钢花管（10）上开有溢浆孔（7），钢花管（10）上溢浆孔（7）对应位置处外套有密封橡胶套（8）。

4.根据权利要求2所述的孔内注浆并有效止浆的装置，其特征在于：所述单向压力阀（14）内依次设有单向阀（12）、压力熔片（13），单向阀（12）的复位弹簧设置在压力熔片（13）上，压力熔片（13）端设有出浆孔（15）。

5.根据权利要求2所述的孔内注浆并有效止浆的装置，其特征在于：所述膨胀橡胶塞（9）采用优质钢丝网橡胶制成。

6.根据权利要求2所述的孔内注浆并有效止浆的装置，其特征在于：所述密封橡胶套（8）采用优质弹性橡胶制成。

结合附图对《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》进一步解释，需说明的是，公开《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》的目的旨在保护《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》构思内的一切结构变化及改进，只要止浆装置应用时具有拆卸部件、滞留部件两大功能部件，均在《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》的保护范围之内。

如图1所示，《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》注浆装置包括顺序连接的进浆管1、输浆管道、膨胀止浆塞11、单向压力阀14；进浆管1一端外部正螺纹丝扣旋合于I型输浆钢管2内腔一端的正螺纹丝扣；I型输浆钢管2内腔另一端通过I型接头3连接II型输浆钢管4内腔一端，两连接处均为正螺纹丝旋合；II型输浆钢管4内腔另一端通过II型接头5连接膨胀止浆塞11，其中II型接头5与II型输浆钢管4连接端为反螺纹丝旋合，II型接头5与膨胀止浆塞11连接端为正螺纹丝旋合；膨胀止浆塞11与单向压力阀14通过I型接头3连接，两连接处均为正螺纹丝旋合。

膨胀止浆塞11由包裹在钢花管10外部的膨胀橡胶塞9、及钢花管10开溢浆孔7处套设的密封橡胶套8组成，膨胀橡胶塞9两端通过卡箍紧固在钢花管10上；且膨胀橡胶塞9采用优质钢丝网橡胶制成，密封橡胶套8采用优质弹性橡胶制成。密封橡胶套8作用时紧密贴在钢花管10外壁出浆孔7对应位置上，阻止浆液回流，使其只能单向注浆，保证了膨胀橡胶塞9的单向膨胀。

采用钻机钻设注浆孔至设计孔深，退出钻杆，开始注浆时，如图2所示，注浆泵输送出的浆液通过进浆管1、I型输浆钢管2、I型接头3、II型输浆钢管4、II型接头5到达膨胀止浆塞11、单向压力阀14，在未达到单向阀12的开启压力时，浆液通过溢浆孔7撑起密封橡胶套8进入膨胀橡胶塞9，由于密封橡胶套8阻止了浆液回流，在压力作用下，膨胀橡胶塞9膨胀，直至膨胀直径大于孔内径，从而将孔壁封住，达到止浆目的。由于注浆泵持续输送浆液，浆液压力增加，达到封孔压力后，浆液冲开单向阀12，冲击压力熔片13，使压力熔片13开启，浆液通过出浆孔15进入钻孔中，达到注浆要求后，停止注浆，单向阀12的弹簧复位后使钢球顶住I型接头3的内径，孔内浆液在地压作用下回流至单向阀12的钢球处停止流动，从而实现止浆的目的。即可对围岩进行加固和堵水的目的。

如图3所示，注浆完成后，顺着I型输浆钢管2正丝扣方向旋转，将输浆管道沿II型输浆钢管4和II型接头5反丝扣接头处拆卸开后，取出输浆管道，即该装置实施孔内止浆工程的拆卸部件；膨胀止浆塞11和单向压力阀14留在孔内起到止浆的作用，即该装置实施孔内止浆工程的滞留部件保证了当次注浆的止浆效果。

取下的拆卸部件接上另外的膨胀止浆塞11和单向压力阀14即可进行下一段或下一孔的注浆作业，即拆卸部件可重复利用。

2018年12月20日，《一种孔内注浆并有效止浆的方法及装置》获得第二十届中国专利奖优秀奖。

用于工作面注浆时封闭含水层。防止反浆和安设注浆导向管所构筑的混凝土结构。有球面型和平底型两种。垫的厚度取决于注浆压力、井筒半径及混凝土材料性能，一般为1.5-3.0m 。