一种隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置、方法及加工工艺[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111734347 A(43)申请公布日 2020.10.02

(21)申请号 202010675153.1(22)申请日 2020.07.14

(71)申请人 中国水电顾问集团贵阳勘测设计研

究院岩土工程有限公司

地址 550081 贵州省贵阳市观山湖区兴黔

路16号

申请人 中国电建集团贵阳勘测设计研究院

有限公司(72)发明人 黄勇　何桥　曾创　兰昌勇　(74)专利代理机构 贵阳中新专利商标事务所

52100

代理人 李余江(51)Int.Cl.

E21B 33/13(2006.01)E21B 33/128(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

E21B 23/01(2006.01)B23G 1/00(2006.01)

()发明名称

一种隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置、方法及加工工艺(57)摘要

本发明公开了一种隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置、方法及加工工艺，包括注浆内管，在注浆内管入孔端焊接扩大端头，在注浆内管外组装膨胀卡扣、膨胀橡胶圈、外管和旋转加压轮；在注浆内管外伸端组装外接端头，外接端头上通过法兰连接高压闸阀。本发明仅通过旋转旋转加压轮挤压膨胀卡扣和膨胀橡胶圈使其膨胀即可实现锚固装置和空隙封水，操作简便，且锚固更紧密。此外，相较于现有技术注浆使模袋膨胀并嵌固，本发明提供锚固力不需注浆，无需浆液凝结时间，更加快捷，部分构件可回收重复使用。CN 111734347 ACN 111734347 A

权　利　要　求　书

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1.一种隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置，其特征在于：包括注浆内管(1)，在注浆内管(1)入孔端焊接扩大端头(2)，在注浆内管(1)外组装膨胀卡扣(3)、膨胀橡胶圈、外管(11)和旋转加压轮(13)；在注浆内管(1)外伸端组装外接端头(14)，外接端头(14)上通过法兰连接高压闸阀(15)。

2.根据权利要求1所述的隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置，其特征在于：所述膨胀橡胶圈包括膨胀橡胶圈一(8)、膨胀橡胶圈二(9)和膨胀橡胶圈三(10)；在所述注浆内管(1)外、所述膨胀卡扣(3)后依次组装钢垫片一(4)、膨胀橡胶圈一(8)、钢垫片二(5)、膨胀橡胶圈二(9)、钢垫片三(6)、膨胀橡胶圈三(10)、钢垫片四(7)。

3.根据权利要求1所述的隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置，其特征在于：所述扩大端头(2)为中空的平顶椎体形结构。

4.根据权利要求1所述的隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置，其特征在于：所述膨胀卡扣(3)采用钢管制成，内径比注浆内管(1)外径大5～10mm，外径比钻孔孔径小10～30mm。

5.根据权利要求1所述的隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置，其特征在于：所述膨胀卡扣(3)一端沿圆周切4～6条缝，每条切缝尾端钻直径为4～6mm的圆孔，套在注浆内管(1)外，切缝一端紧靠扩大端头(2)。

6.一种采用权利要求1-5中任一项所述装置的隧道钻孔揭露型高压涌水封堵方法，其特征在于：通过旋转所述旋转加压轮(13)使外管(11)挤压膨胀橡胶圈和膨胀卡扣(3)，膨胀卡扣(3)通过扩大端头(2)时膨胀而锚固在钻孔孔壁；膨胀卡扣(3)膨胀锚固紧密后，继续旋转旋转加压轮(13)，膨胀橡胶圈在外管(11)挤压作用下膨胀，填充装置与钻孔孔壁之间的空隙，一方面使地下水只能从注浆内管中涌出，另一方面膨胀橡胶圈与钻孔孔壁之间的摩擦力为整套装置进一步提供锚固力；外接端头(2)上通过法兰连接高压闸阀(15)，在孔口装置锚固紧密且与钻孔内壁无涌水流出后，关闭高压闸阀(15)实现封水，在高压闸阀(15)后接入注浆管路即可注浆封堵钻孔内的高压涌水。

7.一种如权利要求1-5中任一项所述装置的加工工艺，其特征在于包括如下步骤：步骤一，使用套丝机在钢管的一端加工出螺纹作为注浆内管(1)步骤二，在注浆内管(1)的另一端焊接平顶椎体形扩大端头(2)；步骤三，选择内径比注浆内管(1)外径大5～10mm，外径比钻孔孔径小10～30mm的钢管制作膨胀卡扣(3)：将其一端沿圆周切4～6条缝，每条切缝尾端钻直径为4～6mm的圆孔，然后套在注浆内管(1)外，切缝一端紧靠扩大端头(2)；

步骤四，在注浆内管(1)外、膨胀卡扣(3)后依次组装钢垫片一(4)、膨胀橡胶圈一(8)、钢垫片二(5)、膨胀橡胶圈二(9)、钢垫片三(6)、膨胀橡胶圈三(10)、钢垫片四(7)；

步骤五，在注浆内管(1)外、钢垫片四(7)后依次组装外管(11)、钢垫片五(12)；步骤六，在注浆内管(1)外、外管(11)后安装旋转加压轮(13)；步骤七，在注浆内管(1)外、旋转加压轮(13)后安装带法兰盘的外接端头(14)；步骤八，在外接端头(14)的末端通过法兰连接高压闸阀(15)。

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一种隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置、方法及加工工艺

技术领域

[0001]本发明属于隧道工程施工技术领域，尤其涉及到一种隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置、方法及加工工艺。背景技术

[0002]隧道建设过程中为获取开挖工作面前方的地质信息，通常采用超前地质钻探进行超前地质预报。岩溶地区修建隧道，当隧道埋深大，隧道开挖范围内岩溶管道发育较强时，管道内地下水水头较高。因冲击钻施工速度快，隧道超前探孔多采用冲击钻钻进，但冲击钻多数情况下为裸孔钻进，无孔口防护装置，当其击穿高压富水岩溶管道时，发生钻孔高压涌水的可能性极大。

[0003]钻孔高压涌水现有的孔口处理装置多为在直型注浆锚杆外缠绕套袋或注浆模袋，通过注入气体使套袋膨胀，或者通过注浆小管使模袋膨胀，充填注浆锚杆与钻孔孔壁之间的空隙，以提供孔口处理装置与钻孔孔壁之间的锚固力，并防止涌水从钻孔孔壁与锚杆之间的空隙涌出。实现注浆锚杆与钻孔孔壁之间锚固稳定和封闭后，再通过注浆锚杆注浆封堵钻孔内的高压涌水。

发明内容

[0004]本发明的目的在于提供一种隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置、方法及加工工艺，以提供一种快速、高效的处理隧道钻孔揭露型高压涌水的装置和方法。[0005]本发明是这样实现的：

[0006]一种隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置，包括注浆内管，在注浆内管入孔端焊接扩大端头，在注浆内管外组装膨胀卡扣、膨胀橡胶圈、外管和旋转加压轮；在注浆内管外伸端组装外接端头，外接端头上通过法兰连接高压闸阀。[0007]其中，所述膨胀橡胶圈包括膨胀橡胶圈一、膨胀橡胶圈二和膨胀橡胶圈三；在所述注浆内管外、所述膨胀卡扣后依次组装钢垫片一、膨胀橡胶圈一、钢垫片二、膨胀橡胶圈二、钢垫片三、膨胀橡胶圈三、钢垫片四。[0008]进一步的，所述扩大端头为中空的平顶椎体形结构。所述膨胀卡扣采用钢管制成，内径比注浆内管外径大5～10mm，外径比钻孔孔径小10～30mm。所述膨胀卡扣一端沿圆周切4～6条缝，每条切缝尾端钻直径为4～6mm的圆孔，套在注浆内管外，切缝一端紧靠扩大端头。

[0009]本发明的封堵方法是通过旋转旋转加压轮使外管挤压膨胀橡胶圈和卡扣管，卡扣管通过扩大端头时膨胀而锚固在钻孔孔壁；卡扣管膨胀锚固紧密后，继续旋转旋转加压轮，膨胀橡胶圈在外管挤压作用下膨胀，填充装置与钻孔孔壁之间的空隙，一方面使地下水只能从注浆内管中涌出，另一方面橡胶圈与钻孔孔壁之间的摩擦力为整套装置进一步提供锚固力。在注浆内管外伸端组装外接端头，外接端头上通过法兰连接高压闸阀，在孔口装置锚固紧密且与钻孔内壁无涌水流出后，可关闭闸阀实现封水，在闸阀后通过法兰盘、变径接头

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等接入注浆管路即可注浆封堵钻孔内的高压涌水。[0010]本发明通过在注浆内管外组装各外侧组件，不需要额外加工注浆小管、注气小管，制作、加工工艺简单。本发明主要材料为钢管、橡胶、闸阀等，在隧道施工现场即可比较容易获得，成本低廉。相较于现有技术通过注浆、注气使注浆管外的模袋或套袋膨胀嵌固装置和空隙封水，本发明仅通过旋转旋转加压轮挤压膨胀卡扣和膨胀橡胶圈使其膨胀即可实现锚固装置和空隙封水，操作简便，且锚固更紧密。此外，相较于现有技术注浆使模袋膨胀并嵌固，本发明提供锚固力不需注浆，无需浆液凝结时间，更加快捷，闸阀、内管等可回收重复使用。

附图说明

[0011]图1是本发明的隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置三维示意图；[0012]图2本发明的隧道钻孔揭露型高压涌水封堵装置剖面图；[0013]图3是注浆内管示意图。[0014]附图标记说明：1-注浆内管，2-扩大端头，3-膨胀卡扣，4-钢垫片一，5-钢垫片二，6-钢垫片三，7-钢垫片四，8-膨胀橡胶圈一，9-膨胀橡胶圈二，10-膨胀橡胶圈三，11-外管，12-钢垫片五，13-旋转加压轮，14-带法兰盘的外接端头，15-高压闸阀。具体实施方式

[0015]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。[0016]本发明的这种装置的加工工艺如下：[0017]步骤一，使用套丝机在钢管的一端(外伸端)加工出螺纹作为注浆内管1。[0018]步骤二，在注浆内管1的另一端(入孔端)焊接平顶椎体形(中空)扩大端头2。[0019]步骤三，选择内径比注浆内管1外径大5～10mm，外径比钻孔孔径小10～30mm的钢管制作膨胀卡扣3：将其一端沿圆周切4～6条缝，每条切缝尾端钻直径为4～6mm的圆孔，然后套在注浆内管1外，切缝一端紧靠扩大端头2。[0020]步骤四，在注浆内管1外、膨胀卡扣3后依次组装钢垫片一4、膨胀橡胶圈一8、钢垫片二5、膨胀橡胶圈二9、钢垫片三6、膨胀橡胶圈三10、钢垫片四7。钢垫片内径及外径与膨胀卡扣3的内、外径相同，膨胀橡胶圈内径与注浆内管1相同，外径与膨胀卡扣3的外径相同。[0021]步骤五，在注浆内管1外、钢垫片四7后依次组装外管11、钢垫片五12，外管11采用内外径与膨胀卡扣3内外径相同的钢管，钢垫片内外径与膨胀卡扣3内外径3相同。[0022]步骤六，在注浆内管1外、外管11后安装旋转加压轮13，其内部需加工与注浆内管1外伸端螺纹匹配的丝扣。[0023]步骤七，在注浆内管1外、旋转加压轮13后安装带法兰盘的外接端头14，其内部需加工与注浆内管1外伸端螺纹匹配的丝扣。[0024]步骤八，在外接端头14的末端通过法兰连接高压闸阀15。

[0025]本发明在贵州省德江至务川高速公路德江隧道注浆堵水工程中得到了成功运用，本发明使用方法及原理如下：

[0026]打开高压闸阀15的阀门，将本发明扩大端头2的一端插入涌水的钻孔内，人员站在装置的两侧向内旋转旋转加压轮13，使旋转加压轮13向钻孔内方向移动将外管11向钻孔内

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挤压。外管11通过各个钢垫片挤压三个膨胀橡胶圈以及膨胀卡扣3，扩大端头2在外力作用下逐渐通过向膨胀卡扣3内部挤压，切缝的一端呈“伞状”膨胀成钢条嵌固在钻孔内壁上，同时三个膨胀橡胶圈在挤压力作用下横向膨胀，挤密其与钻孔内壁之间的空隙，既为装置提供锚固力，又实现装置与钻孔内壁空隙封水的效果。[0027]在实施上述操作，装置锚固稳定，装置与孔壁空隙封水(地下水只能从注浆内管1涌出)后，关闭高压闸阀15的阀门即实现钻孔高压涌水临时封堵，若需要永久封堵，则在高压闸阀15后通过法兰盘、变径接头的部件接入注浆管路注浆封堵即可。[0028]当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

图3

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