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1、第三章 注浆设备及器具第1页，共44页，编辑于2022年，星期二第一节 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。第2页，共44页，编辑于2022年，星期二一、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；第3页，共44页，编辑于2022年，星期二单
2、液系统第4页，共44页，编辑于2022年，星期二双液系统第5页，共44页，编辑于2022年，星期二第6页，共44页，编辑于2022年，星期二第7页，共44页，编辑于2022年，星期二第8页，共44页，编辑于2022年，星期二二、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。第9页，共44页，编辑于2022年，星期二高压旋喷注浆设备及器具第10页，共44页，编辑于2022年，星期二第二节 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。第11页
3、，共44页，编辑于2022年，星期二钻机的选择第12页，共44页，编辑于2022年，星期二二、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。第13页，共44页，编辑于2022年，星期二合金钻头第14页，共44页，编辑于2022年，星期二合金钻头第15页，共44页，编辑于2022年，星期二金刚石钻头第16页，共44页，编辑于2022年，星期
4、二金刚石钻头第17页，共44页，编辑于2022年，星期二第三节 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1/41/5倍，以保证注浆工作的顺利进行。第18页，共44页，编辑于2022年，星期二注浆泵的要求 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
5、工艺和保证注浆质量的要求。第19页，共44页，编辑于2022年，星期二注浆泵的要求 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2034MPa，额定流量为85L/min左右。第20页，共44页，编辑于2022年，星期二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
6、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。第21页，共44页，编辑于2022年，星期二静压注浆泵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
7、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。第22页，共44页，编辑于2022年，星期二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。第23页，共44页，编辑于2022年，星期二高压旋喷注浆用泵 国内高压水泵种类较多，输送的介质为水、油
8、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24页，共44页，编辑于2022年，星期二第四节 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（7090）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。第25页，共44页，编辑于2022年，星期二一、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，
9、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。第26页，共44页，编辑于2022年，星期二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7075。第27页，共44页，编辑于2022年，星
10、期二单管止浆塞 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0.50.8MPa为宜。第28页，共44页，编辑于2022年，星期二三爪式单管止浆塞 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。第29页，共44页，编辑于2022年，星期二三爪式单管止浆塞第30页，共44
11、页，编辑于2022年，星期二二、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。第31页，共44页，编辑于2022年，星期二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
12、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1011MPa）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。第32页，共44页，编辑于2022年，星期二2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
13、泵压水至一定压力时（约45MPa），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。第33页，共44页，编辑于2022年，星期二单管水力膨胀式止浆塞 第34页，共44页，编辑于2022年，星期二第五节 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。第35页，共44页，
14、编辑于2022年，星期二一、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。第36页，共44页，编辑于2022年，星期二孔口球阀混合器 第37页，共44页，编辑于2022年，星期二第六节 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
15、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4060r/min，转速大小需根据搅拌叶轮直径选定；搅拌能力为1015m3/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。第38页，共44页，编辑于2022年，星期二立式水泥搅拌机结构第39页，共44页，编辑于2022年，星期二其他注浆设备二、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
16、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0.61MPa，风量为35m3/min。四、管路材料（一）压力表 （二）阀门第40页，共44页，编辑于2022年，星期二注浆流量计第41页，共44页，编辑于2022年，星期二空压机第42页，共44页，编辑于2022年，星期二压力表第43页，共44页，编辑于2022年，星期二（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38层帆布缠裹浸胶制。第44页，共44页，编辑于2022年，星期二