阅读说明：本技术 能捕获岩体弱区的注浆管装置及施工方法 (Grouting pipe device capable of capturing weak area of rock mass and construction method ) 是由 刘红坤 庞浩然 汪永宏 池庆清 王永喜 吕祥锋 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及注浆管施工技术领域,提供了一种能捕获岩体弱区的注浆管装置及施工方法。所述装置包括外层注浆管、内层筒及控制单元；外层注浆管为柔性结构,沿轴线方向设置若干排外层注浆孔,外层注浆管管壁设置有压力感应片；内层筒沿轴线方向设置一排内层注浆孔；外层注浆管套装在内层筒外,内层筒在控制单元的控制下能在外层注浆管内旋转,使内层注浆孔与设定的外层注浆孔对齐。本发明可以在岩土体中通过识别软弱岩体存在位置实现自适应,自寻找,自转动寻找病害位置,把浆液填充到软弱岩体孔隙中。本发明结构简单,在满足隧道洞口段超前支护功能的同时,更精准寻找软弱岩体位置对其注浆,实现病害岩土体针对性加固,具有广阔应用前景。(The invention relates to the technical field of grouting pipe construction, and provides a grouting pipe device capable of capturing a weak area of a rock mass and a construction method. The device comprises an outer layer grouting pipe, an inner layer cylinder and a control unit; the outer layer grouting pipe is of a flexible structure, a plurality of rows of outer layer grouting holes are formed in the axial direction, and the pipe wall of the outer layer grouting pipe is provided with a pressure sensing sheet; the inner layer cylinder is provided with a row of inner layer grouting holes along the axis direction; the outer layer grouting pipe is sleeved outside the inner layer cylinder, and the inner layer cylinder can rotate in the outer layer grouting pipe under the control of the control unit, so that the inner layer grouting hole is aligned with the set outer layer grouting hole. The invention can realize self-adaptation, self-searching and self-rotation searching of the disease position in the rock-soil body by identifying the position of the weak rock body, and fills the slurry into the pores of the weak rock body. The invention has simple structure, can more accurately find the position of the weak rock mass to carry out grouting on the weak rock mass while meeting the advanced supporting function of the tunnel portal section, realizes the targeted reinforcement of the damaged rock mass and has wide application prospect.)

能捕获岩体弱区的注浆管装置及施工方法

技术领域

本发明涉及注浆管施工技术领域，特别涉及一种能捕获岩体弱区的注浆管装置及施工方法。

背景技术

超前管棚具有抗弯刚度大、超前范围长、施工便利等特点，常用于山岭隧道洞口段(或下穿段)或大跨度、大断面的隧道以及地质条件很差的浅埋暗挖隧道的设计施工中，其施工工序如下：采用超前水平钻机在地层中打设水平钻孔；将带有渗浆孔的空心钢管插入钻孔中；向钢花管内压力注浆，使浆液完全充满钢花管内外空隙，并将周围松散地层有效固结。

从受力分析上看，超前管棚类似于预先埋置在地层中的梁结构，随着掌子面的推进，超前管棚承担了开挖所释放的部分围岩压力，从而减小了作用在初期支护上的围岩压力。但现在看来，其中钢花管进行浇筑的效果存在缺陷，其并不区分岩体自身的结构差异，一视同仁，施工效果及效率不高。

发明内容

本发明的目的就是至少克服现有技术的不足之一，提供了一种能捕获岩体弱区的注浆管装置及施工方法，通过应变片式压力感应片所监测的应力实现软弱岩土体位置智能寻找。钢花管绕中心轴旋转的同时，传感器实时监测岩土体应力应变情况，根据实况捕获软弱区位置，实现智能注浆。更加高效完成施工方案。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供一种能捕获岩体弱区的注浆管装置，包括外层注浆管、内层筒及控制单元；

所述外层注浆管为柔性结构，所述外层注浆管沿轴线方向设置两排或若干排外层注浆孔，所述外层注浆管管壁设置有能感知外部岩体压力的压力感应片；

所述内层筒为刚性结构，所述内层筒沿轴线方向设置一排内层注浆孔；

所述外层注浆管套装在所述内层筒外，所述内层筒在所述控制单元的控制下能在所述外层注浆管内旋转，使所述内层注浆孔与设定的外层注浆孔对齐或错开。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述外层注浆管管壁上还设置有能感知所述外层注浆孔位置的第一位置感应片，所述内层筒筒壁上设置有能感知所述内层注浆孔位置的第二位置感应片；所述第一位置感应片、第二位置感应片均与所述控制单元信号连接。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述压力感应片为应变传感器。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述外层注浆管包括内层的基底层和外层的表面接触层，在所述基底层和表面接触层中间布置所述压力感应片。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述基底层和表面接触层的材质为聚氯乙烯或皮革，所述压力感应片通过热熔胶与所述基底层和表面接触层固定连接。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述内层筒为钢筒，所述第二位置感应片设置在所述内层筒内壁。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述外层注浆孔为3-8排，沿所述外层注浆管管周均匀布置。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述控制单元为单片机或电子计算机。控制单元通过驱动装置与内层筒控制连接。

另一方面，本发明还提供了一种使用上述的能捕获岩体弱区的注浆管装置的施工方法，包括：

S1、钻孔后打入所述能捕获岩体弱区的注浆管装置；

S2、根据岩体的实际情况，确定岩体弱区的应力阈值；所述外层注浆管内设置的压力感应片测量不同压力感应片所在位置的应力值，当测量的应力值小于所述应力阈值时，即判断为岩体弱区；

S3、控制单元根据岩体弱区所在位置，选定与岩体弱区最临近的外层注浆孔的位置；

S4、控制单元控制内层筒旋转，使得内层筒的内层注浆孔与步骤S3确定的与岩体弱区最临近的外层注浆孔对齐；

S5、注浆：砂浆依次通过内层注浆孔、外层注浆孔注入岩体弱区，对岩体弱区进行加强；

S6、注浆结束后，首先回收内层筒，然后再回收外层注浆管。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S5中，当有两个或多个岩体弱区时，控制单元控制内层筒依次旋转到不同岩体弱区并注浆，直到完成所有岩体弱区的注浆。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中，当所确定的岩体弱区位于两排外层注浆孔之间的中部区域时，同时选择该两排外层注浆孔进行注浆。

本发明的有益效果为：能更精准的智能寻找软弱岩体位置对其注浆，实现病害岩土体针对性加固，外层注浆管壁表面材料为柔性材料使得传感器可以精准地判断为超前管棚预支护提供一种更有效的支护效果；技术方案简单有效，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1所示为本发明实施例一种能捕获岩体弱区的注浆管装置(套合)的结构示意图。

图2所示为本发明实施例一种能捕获岩体弱区的注浆管装置(外层注浆管和内层筒分离)的结构示意图。

图3所示为实施例中外层注浆管和内层筒套合示意图。

图4所示为实施例中外层注浆管结构示意图。

图5所示为实施例中第二位置感应片布置示意图。

图6所示为本发明实施例一种使用能捕获岩体弱区的注浆管装置的施工方法的流程示意图。

图中，1-外层注浆孔；2-压力感应片；3-外层注浆管；4-内层筒；5-表面接触层；6-基底层；7-连接材料；8-第二位置感应片；9-内层注浆孔。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

如图1-3所示，本发明实施例一种能捕获岩体弱区的注浆管装置，包括外层注浆管3、内层筒4及控制单元(未示出)；所述外层注浆管3为柔性结构，所述外层注浆管3沿轴线方向设置两排或若干排外层注浆孔1，所述外层注浆管3管壁设置有能感知外部岩体压力的压力感应片2；所述内层筒4为刚性结构，所述内层筒4沿轴线方向设置一排内层注浆孔9；所述外层注浆管3套装在所述内层筒4外，所述内层筒4在所述控制单元的控制下能在所述外层注浆管3内旋转，使所述内层注浆孔9与设定的外层注浆孔1对齐或错开。注浆时砂浆从对齐的内层注浆孔9与设定的外层注浆孔1进入岩体弱区，对岩体弱区进行加强。

外层注浆管3可采用多种形式，以实现对周围岩体压力的准确感知。优选的，如图4所示，外层注浆管3包括内层的基底层6和外层的表面接触层5，在所述基底层6和表面接触层5中间布置所述压力感应片2。为保证基底层6和表面接触层5之间，压力感应片2与基底层6、表面接触层5之间的连接牢靠，可使用连接材料7，例如，连接材料7可以为热熔胶。

优选的，所述外层注浆管3管壁上可以设置能感知所述外层注浆孔1位置的第一位置感应片(未示出)，所述内层筒4筒壁上设置有能感知所述内层注浆孔9位置的第二位置感应片8，如图5所示；所述第一位置感应片、第二位置感应片8均与所述控制单元信号连接。通过该种结构，控制单元可以准确控制外层注浆管3和内层筒4的位置，并可以实现外层注浆孔1和内层注浆孔9准确对位。

优选的，外层注浆管3为柔性结构，基底层6和表面接触层5可以采用聚氯乙烯或皮革，或其他适合于施工的柔性材料。由于外层注浆管3表面接触层5采用柔性材料，集成压力感应片2能够精准测得与其周围围岩的应力应变变化，根据集成压力感应片2检测到的应力应变情况判断某一个方向围岩病害严重，根据实况岩土体软弱区位置进行内层筒4的自传动。

内层筒4为刚性管，例如可以为钢管，表面仅布置一排内层注浆孔9，第二位置感应片8设置在内层筒内壁，如图5所示。

外层注浆孔1需要与岩体弱区相配合，而岩体弱区并不能事先确定，因此需要设置多排，例如可以设置3-8排，可以沿所述外层注浆管3管周均匀布置。

控制单元可以选择单片机，也可以选择电子计算机。

如图6所示，本发明实施例一种使用能捕获岩体弱区的注浆管装置的施工方法，包括：

S1、钻孔后打入所述能捕获岩体弱区的注浆管装置；

S2、根据岩体的实际情况，确定岩体弱区的应力阈值；所述外层注浆管3内设置的压力感应片2测量不同压力感应片2所在位置的应力值，当测量的应力值小于所述应力阈值时，即判断该方向为岩体弱区；

S3、控制单元根据岩体弱区所在位置，选定与岩体弱区最临近的外层注浆孔1的位置；

S4、控制单元控制内层筒4旋转，使得内层筒4的内层注浆孔9与步骤S3确定的与岩体弱区最临近的外层注浆孔1对齐，内层筒4停止转动；

S5、注浆：砂浆依次通过内层注浆孔9、外层注浆孔1注入岩体弱区，对岩体弱区进行加强；

S6、注浆结束后，首先回收内层筒4，然后再回收外层注浆管3，外层注浆管3为柔性结构，易于回收。

将外层注浆管3与内层筒4一并取出，并通过调节，将外层注浆管3与内层筒4分离，并将内层筒4完全收入外层注浆管3内，方便收纳归置。不仅减少了对施工器具的资金投入，而且提高了施工效率，加快了施工进程.

优选的，步骤S5中，当有两个或多个方向岩体弱区时，控制单元控制内层筒4依次旋转到不同岩体弱区并注浆，直到完成所有岩体弱区的注浆。

优选的，步骤S3中，当所确定的岩体弱区位于两排外层注浆孔1之间的中部区域时，可以同时选择该两排外层注浆孔1进行注浆。当明显距离某一排外层注浆孔1更近时，则选择该最近一排外层注浆孔进行注浆1。

本发明可以在岩土体中通过识别软弱岩体存在位置实现自适应，自寻找，自转动寻找病害位置，把浆液填充到软弱岩体孔隙中。本发明结构简单，在满足隧道洞口段超前支护功能的同时，能更精准的智能寻找软弱岩体位置对其注浆，实现病害岩土体针对性加固，为超前管棚预支护提供一种更有效的支护。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。