一种跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置及工艺

本发明涉及岩土工程注浆加固，具体涉及一种跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置及工艺。

背景技术：

1、前进式分段注浆法在基坑、地基工程、隧道等领域得到广泛应用，然而该方法在治理过程需要通过不断地钻孔来进行不同深度的注浆，增加了软土地层的塌孔风险以及延长了施工工期。因此，在松散介质、土石混合体等易塌孔地层，如何钻探成孔与后续注浆同步进行、如何对不同深度地层进行差异化连续注浆，成为了岩土工程领域的一项技术难题。

2、跟管钻进是地质勘探、成孔注浆的一种特殊钻进方式，即一边钻进一边压入套管，该方法可以防止钻进过程中的孔壁坍塌或流砂充塞钻孔，适于在松散地层、流砂层中成孔，但其后续注浆只可进行一次性全孔注浆。现有的跟管钻进注浆装置及施工工艺存在以下问题：(1)钻孔成孔、套管固定、注浆加固需分阶段进行，三者相互独立、施工连贯性较弱；(2)跟管钻进至设计位置后，只可进行全孔一次性注浆，浆液扩散不均匀，地层加固效果较差；(3)前进式注浆法需钻探、注浆分段交替进行，每区段注浆均需自“零”压力开始，无法对不同深度地层进行不同压力的连续化注浆，其步骤繁琐且效率较低；(4)装置连接繁琐，并较难适应工程治理深度的动态变化。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，能够实现对易塌孔地层中跟管钻进与注浆加固同步推进，进而实现不同深度地层进行连续性差异化注浆。

2、本发明的技术方案如下：

3、在本发明的第一方面，提供了一种跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，包括多组依次连接的注浆单元，每组所述注浆单元包括无缝钢管和设置在无缝钢管内部的注浆管，所述注浆管上设置有注浆孔，与注浆孔相对应位置的无缝钢管上设置有花眼，无缝钢管外壁面上设置有与花眼对应的套壳料；位于最前端的无缝钢管的端部设置有钻头，每组注浆单元的无缝钢管的外壁面上沿着周向方向设置多个锚定结构，通过钻头钻进带动注浆管同步推进注浆，注浆结束后锚定结构将无缝钢管进行锚定。

4、在本发明的一些实施方式中，相邻注浆单元的无缝钢管通过丝扣连接，相邻注浆单元的注浆管通过弹簧式单向阀相连，与弹簧式单向阀的浆液出口相连的注浆管入口位置设置有铝片。

5、在本发明的一些实施方式中，所述铝片卡合在注浆管的内部，对注浆管进行封堵，不同厚度的铝片能够在不同的注浆压力下冲破以进行注浆。

6、在本发明的一些实施方式中，所述注浆管通过支架固定在无缝钢管的轴心位置，注浆管上的注浆孔开设在注浆管的前端，注浆管的后端包裹有止浆塞。

7、在本发明的一些实施方式中，所述止浆塞与高压水管相连，通过向止浆塞内注入高压水使止浆塞膨胀，进而对无缝钢管和止浆塞之间的空间进行封堵。

8、在本发明的一些实施方式中，位于最后端的注浆单元的注浆管与注浆管接头相连。

9、在本发明的一些实施方式中，所述锚定结构位于套壳料的前部，多个锚定结构沿着无缝钢管的周向均匀设置。

10、在本发明的一些实施方式中，所述锚定结构采用可折叠锚爪，所述可折叠锚爪呈圆弧状并通过合页焊接固定于无缝钢管的外壁面。

11、在本发明的第二方面，提供了一种跟管钻进的连续分区注浆与锚定工艺，包括以下步骤：

12、根据地层深度安装多个注浆的单元，通过钻头跟管钻进至设定位置；

13、向止浆塞内注入高压水，使止浆塞膨胀对无缝钢管和注浆管之间的空间进行封堵；

14、注浆管连接注浆管接头后，浆液自装置后端进入，通过第1级注浆单元的注浆管上的注浆孔流出，进一步通过无缝钢管上的花眼冲破套壳料而进入地层；当注浆压力升高，达到第1级注浆单元对应土层的终压，同时压力可冲破第2级注浆单元的铝片后，浆液流入第2级注浆单元，再通过第2级单元体的注浆管上的注浆孔流出，进一步通过无缝钢管上的花眼冲破套壳料而进入对应地层；

15、照此循环，随着注浆压力升高，浆液依次进入后面的注浆单元，完成注浆。

16、在本发明的一些实施方式中，注浆结束后，地层强度得到显著提高，无缝钢管受到上拔力，则可折叠锚爪相应展开，实现锚定无缝钢管的作用。

17、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

18、(1)本发明提供的跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，通过将钻头、无缝钢管、注浆管和锚固装置集成为一体，能够实现在易塌孔地层的成孔过程中，钻孔套管、注浆及锚定装置同步推进；同时，锚定装置采用可折叠锚爪，具有扩孔与锚定双重作用。

19、(2)本发明提供的跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，能够实现不同深度地层进行不同压力的注浆，通过设置的弹簧式单向阀使得浆液单向流动而不存在返流现象，同时，跟管钻进至预定位置后可立即进行注浆，每区段注浆均无需自零压力开始，能够实现对不同深度地层进行不同压力的连续化注浆。

20、(3)本发明提供的跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，分为多个注浆单元，可根据治理深度动态调节注浆单元的连接数量，各钻进、注浆及锚定一体化单元体之间连接方便，且安装方便，提高了施工效率，有利于提高松散介质、土石混合体等易塌孔地层的加固与止水治理效果。

技术特征：

1.一种跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，其特征在于，包括多组依次连接的注浆单元，每组所述注浆单元包括无缝钢管和设置在无缝钢管内部的注浆管，所述注浆管上设置有注浆孔，与注浆孔相对应位置的无缝钢管上设置有花眼，无缝钢管外壁面上设置有与花眼对应的套壳料；位于最前端的无缝钢管的端部设置有钻头，每组注浆单元的无缝钢管的外壁面上沿着周向方向设置多个锚定结构，通过钻头钻进带动注浆管同步推进注浆，注浆结束后锚定结构将无缝钢管进行锚定。

2.如权利要求1所述的跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，其特征在于，相邻注浆单元的无缝钢管通过丝扣连接，相邻注浆单元的注浆管通过弹簧式单向阀相连，与弹簧式单向阀的浆液出口相连的注浆管入口位置设置有铝片。

3.如权利要求2所述的跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，其特征在于，所述铝片卡合在注浆管的内部，对注浆管进行封堵，不同厚度的铝片能够在不同的注浆压力下冲破以进行注浆。

4.如权利要求1所述的跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，其特征在于，所述注浆管通过支架固定在无缝钢管的轴心位置，注浆管上的注浆孔开设在注浆管的前端，注浆管的后端包裹有止浆塞。

5.如权利要求4所述的跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，其特征在于，所述止浆塞与高压水管相连，通过向止浆塞内注入高压水使止浆塞膨胀，进而对无缝钢管和止浆塞之间的空间进行封堵。

6.如权利要求1所述的跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，其特征在于，位于最后端的注浆单元的注浆管与注浆管接头相连。

7.如权利要求1所述的跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，其特征在于，所述锚定结构位于套壳料的前部，多个锚定结构沿着无缝钢管的周向均匀设置。

8.如权利要求7所述的跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置，其特征在于，所述锚定结构采用可折叠锚爪，所述可折叠锚爪呈圆弧状并通过合页焊接固定于无缝钢管的外壁面。

9.一种跟管钻进的连续分区注浆与锚定工艺，采用如权利要求1-8任一项所述的一体化装置来实现，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的跟管钻进的连续分区注浆与锚定工艺，其特征在于，注浆结束后，地层强度得到显著提高，无缝钢管受到上拔力，则可折叠锚爪相应展开，实现锚定无缝钢管的作用。

技术总结本发明公开了一种跟管钻进的连续分区注浆与锚定一体化装置及工艺，所述装置包括多组依次连接的注浆单元，每组所述注浆单元包括无缝钢管和设置在无缝钢管内部的注浆管，所述注浆管上设置有注浆孔，与注浆孔相对应位置的无缝钢管上设置有花眼，无缝钢管外壁面上设置有与花眼对应的套壳料；位于最前端的无缝钢管的端部设置有钻头，每组注浆单元的无缝钢管的外壁面上沿着周向方向设置多个锚定结构，通过钻头钻进带动注浆管同步推进注浆，注浆结束后锚定结构将无缝钢管进行锚定；本发明将钻头、无缝钢管、注浆管和锚固装置集成为一体，能够实现在易塌孔地层的成孔过程中，钻孔套管、注浆及锚定装置同步推进，有利于提高松散介质、土石混合体等易塌孔地层的加固与止水治理效果。技术研发人员：冯啸,侯本敖,孙文,王洪涛,孔祥辉,李良浩,张雪受保护的技术使用者：山东建筑大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29