3注浆设备及器具

第三章注浆设备及器具第一节概述第二节钻孔设备第一节概述注浆设备及器具，主要包括钻机、钻具、注浆泵、搅拌机、注浆管线总成、止浆塞和混合器等，其中钻机与钻具是成孔设备，而注浆泵、搅拌机等其他设备、器具则是制备、输送浆液。一、静压注浆设备及器具（一）单液系统将浆液的各种成分可置于同一搅拌机内搅拌，然后用一台注浆泵注入孔内。（二）双液系统把主剂和速凝剂等分盛于两搅拌槽内，用两台泵分别压送至混合器内，混合均匀后再注入注浆孔中。静压注浆的钻孔施工中，钻机可选用现有的回转式、冲击式或振动式钻机；单液系统双液系统二、高压旋喷注浆设备及器具高压旋喷注浆机器及器具，主要由高压发生装置、钻机、特种钻杆、高压管路及注浆设备等组成。高压旋喷注浆设备及器具第二节钻孔设备一、钻机的选择1。是回转钻进法：用于地层较深或土、岩层较硬或含有较大卵石的地层。2。是冲击钻进法：用于较松软且深度较小的工地。钻机的选择二、钻头注浆孔施工中，常用合金钻头与金铡钻头钻进。（一）合金钻头为取芯式和不取芯式两大类，磨锐式和自磨式两种。（二）金刚石钻头金刚石钻头是目前钻进坚硬岩层最有效的工具之一。一般岩石可钻性级别越高，所用钻头的金刚石品级应越好，粒度越小；岩层磨性越强，钻头胎体耐磨性应越高，金刚石的浓度、粒度越大，保径性能应越好。合金钻头合金钻头金刚石钻头金刚石钻头第三节注浆泵注浆泵是注浆施工中最重要的设备之一，注浆泵就胡足够的排浆量，泵压应大于最大注浆压力的1/4～1/5倍，以保证注浆工作的顺利进行。注浆泵的要求就静压注浆而言，由于浆液对地层裂隙或孔隙的充塞作用，裂隙或孔隙将逐渐变小，吸浆量也逐渐变低，相应的注浆压力呈递增趋。尤其在不是的注浆深度、不同的岩层条件下，要求采用不同在注浆流量和压力。在双液注浆施工中，为了能准确控制浆液的凝固时间，两液的吸浆量应满足一定的比例关系，要求注浆泵在注浆过程中，能随时调节流量、压力，而且供液要均匀稳定，以满足注浆工艺和保证注浆质量的要求。注浆泵的要求对于高压旋喷注浆，它是通过泵的作用，把低压吸入的浆液或水，以高压排出，从而使喷嘴处液流压力升高。喷嘴处液流压力愈高，喷射流的破坏力愈大，固结体的尺寸也愈大。因此高压旋喷注浆法要求的泵压要比静压注浆大，一般要求注浆泵额定压力为20～34MPa，额定流量为85L/min左右。注浆泵的种类专用注浆泵有：YSB-250/120型液力调速注浆泵、2MJ-3/40型隔膜计量泵等。各种型号的泥浆泵：300型电动水泥泵、2DN-25/80型泥浆泵和TBN系列、BN系列泥浆泵。石油化工用的计量泵：1DB-1.5/30、2DB-1.5/30型柱塞泵等小型的手压泵、动力泵等。。目前水泥灌浆多以泥浆或砂泵替代，化学灌浆多用计量泵。在高压旋喷注浆中，一般单管法和二重法使用的是高压泥浆泵，而三重管法和多重管法使用的多是高压水泵。静压注浆泵YSB-250/120型液力调速注浆泵YSB-250/120型液力调速注浆泵，是为适应我国当前静压注浆工艺的要求而设计的。泵的调速系统采用了可调式液力变矩器的调速传动装置，由于变矩器功率可调，且具有相对稳定的恒功率运转特性，使泵具备当压力稳定时可无级变速调节流量和压力增高、流量自动降低的特性，从而满足了注浆工艺的要求。YSB型注浆泵，为卧式高压双缸双作用泵，输送介质为水泥-水玻璃液，适合深井地面预注浆或井下高压注浆。液力调速注浆泵的工作机理泵的工作机构采用往复泵型式，可承受较高的压力，它由涡轮涡杆、曲柄连杆机构、没块带动拉杆，最后使活塞作往复运动。泵缸采用双缸双作用式，可输送较大的流量。调速机构采用先进的液力变矩器，能够满足注浆过程中大幅度的无级调量要求。传动机构采用涡轮涡杆、曲柄连杆机构，安全可靠，承载力高，整台机器沿轴曲布置，紧凑合理，整体性强。高压旋喷注浆用泵国内高压水泵种类较多，输送的介质为水、油和乳化液，一般要求工作介质温度不超过55℃。目前在高喷注浆中，常用3XD型、3W-6B、3W-7B等三柱塞泵。第四节止浆塞止浆塞是在静压注浆中，实现分段注浆，合理使用注浆压力和有效控制浆液分布范围，保证注浆质量的重要设备。它在注浆孔中的安设位置，应选择在孔壁围岩稳定、岩性完整、无纵向（70°～90°）裂隙（或有纵向裂隙，但已注浆封堵）和孔径规则的孔段。目前常用的止浆塞主要有机械式、水力膨胀式两种。一、机械式止浆塞机械式止浆塞在注浆孔中，靠机械压力使胶塞（密封件）产生横向膨胀，与孔壁挤紧，将注浆孔分为上下两段，以便下段注浆时能把浆液压入裂隙含水岩层中，而不致从胶塞密处返至上段孔内，甚至流出地表，保证正常进行分段注浆。胶塞和外型有直线形和弧形两种，前者受压变形后，与孔壁接触面广，承压力高，止浆效果好。已广泛使用；后者受压变形后与孔壁接触面小，承压力低，较少使用。胶塞所用材料的性能要求（1）天然胶合量不低于70%，保证胶塞具有良好的恢复变形功能；（2）抗强强度大于20MPa，永久变形不大于10%，伸长率不小于40%；（3）在10%NaOH溶液中浸泡24h，膨胀率小于5%；（4）耐磨性好，硬度高，邵氏硬度达70～75。单管止浆塞三爪式单管止浆塞:使用时先把止浆塞下到注浆孔内预定位置，用钻机的泥浆泵压水使三爪脱开三爪收拢器，牢固地支承在内孔壁上；若为异径式，利用异径卡环支承在注浆孔变径的台阶处，然后钻机提升绞车拉紧反绳轮，使胶塞受压而横向膨胀，与孔壁挤紧。压缩胶塞的压力，一般以钻机液压表指针指示压力为0.5~0.8MPa为宜。三爪式单管止浆塞的特点（1）可分段上行或下行式注浆；（2）三套管内或岩石较硬、孔壁完整的裸孔内止浆；（3）三爪张开后最大直径150mm；（4）孔深小于500m。三爪式单管止浆塞二、水力膨胀式止浆塞水力膨胀式止浆塞是依靠具有膨胀性的密封元件（橡胶筒）在其膨胀限度内与注浆孔壁挤紧，而将钻孔封封隔为上、下两段。该种止浆塞是借助于密封元件内的高压水来实现密封元件膨胀的，因此，它不需要支点，能在注浆孔的任意深度内实现多次封隔止浆，而且操作方便，使用灵活，设计承受注浆压力为10MPa，是一种新型结构的止浆塞。单管水力膨胀式止浆塞1．结构原理（1）固定外壳主要由膨胀橡皮筒17、单向阀、花篮螺母8和顶帽6组成。（2）活动中心管由上、下中心管2、18，铅球22和泄压控制环组成。2．使用方法（1）膨胀止浆下入孔内到预定位置后，用水泵向注浆管内泵清水，使胶筒膨胀与孔壁挤紧，当水压升高到一定值（约10~11MPa）时，铅球推出，中心管与钻孔连通，压力急骤下降为止，此时，由于单向阀的作用，使胶筒始终处于膨胀状态。2．使用方法（1）膨胀止浆：注浆过程中，一定要保证最大注浆压力不超过推出铅球时的压力值，以保证胶筒内高压水高于注浆压力，这样单向阀不会重新被打开而使浆液进入胶筒，从而出现事故。（2）回收止浆塞注浆结束后，用钻机提起注浆管的悬重，使胶筒内高压水与中心管沟通而泄压，胶筒即可收缩。（3）重复膨胀止浆将止浆塞置于预定位置，向注浆管内投入铅球，开泵压水至一定压力时（约4~5MPa），下放注浆管，靠注浆管重力使花篮螺母与连接锁栓的丝扣重新合紧。提高泵压推出铅球，即可实现再次膨胀而封隔钻孔。单管水力膨胀式止浆塞第五节混合器混合器是针对两种浆液混合注浆用的一种专用器具。混合时，浆液将发生一系列物理、化学反应，因此对混合器的技术要求是：（1）混合器保证两种浆液能充分混合均匀，并保证浆液压液在预定的时间凝固；（2）两种浆液的注浆压要求不同时，保证不会窜浆，以保证浆液不在管路内凝固；（3）有足够的过流断面，并能承受最大注浆压力。一、孔口球阀混合器孔口球阀混合器结构如图3-36所示。主要由两面三个逆止阀和人字形混合管13组成。逆止阀钢球8用压缩弹簧6复位，防止两液窜动，钢球开度用调节轴杆1控制。注浆时打开调节轴杆，使两液通过逆止阀进入人字形混合管相遇而混合，并经注浆管继续混合。注浆结束后，为防止孔内高压浆液返流，可用调节轴杆将钢球紧在球座上。该类混合器主要用于地面注浆，效果较好。孔口球阀混合器第六节其他注浆设备一、搅拌机搅拌机（组）是注浆工程中的造浆设备。大多为施工单位自制，多为人工上灰、拆袋、搅拌机制浆方式。采用水泥注浆时，为防止浆液沉淀和保证连续供浆，常采用两次拌合的方式。立式水泥搅拌机结构如图3-40所示。一般搅拌机主轴转速为40~60r/min，转速大小需根据搅拌叶轮直径选定；搅拌能力为10~15m3/h。为保证注浆连续性，需有两台搅拌机进行一二次搅拌。搅拌机的搅拌池可以使用钢板制作，也可在地面用砖砌并抹灰或混凝土浇筑，搅拌机可选用11型溜子减速器进行减速。立式搅拌机主要适于地面注浆。立式水泥搅拌机结构其他注浆设备二、注浆流量计注浆流量计是测量注浆过程中浆液流量大小的仪器。三、空压机高压旋喷注浆中，采用二重管法或三重管法施工时，需配备空压机。根据旋喷工艺的要求，一般压风机的压缩空气压力为0.6~1MPa，风量为3~5m3/min。四、管路材料（一）压力表（二）阀门注浆流量计空压机压力表（三）高压胶管它是高压泵与导流器之间的软性连接管路。一般采用钢丝缠绕液压胶管。其工作压力不低于喷射作用的压力，一般为20MPa以上。高压胶管的连接形式很多，常用卡口式活接头和嵌入丝扣式活接头。（四）气压胶管主要在二层管法和三层管法中用于输送空气，一般用3~8层帆布缠裹浸胶制。