CN104747208B - 一种注浆加固浆液扩散调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注浆加固浆液扩散调控方法，包括1)通过注浆加固基本单元，完成第一阶段的注浆加固动作，实现围岩注浆加固目的；2)利用浆液针刺型扩散判断单元，对注浆过程的全过程进行监控判断，若发现加固浆液针刺型扩散情况，则将响应指令传递给浆液柱球面扩散调控单元；3)浆液柱球面扩散调控单元在接到浆液发生了针刺型扩散的判断结论及动作指令后，将浆液扩散模式调整为柱球型扩散模式，则继续注浆；4)在第一阶段的注浆完成后，利用注浆加固效果评价单元对注浆加固效果进行评价，根据得到的评价结果对注浆加固基本单元、浆液针刺型扩散判断单元和浆液柱球面扩散调控单元的参数进行调整，利用调整后的参数进行第二阶段的注浆加固。

Description

一种注浆加固浆液扩散调控方法

技术领域

本发明涉及一种注浆加固方法及工艺，尤其涉及一种用于裂隙发育的破碎围岩条件下的矿山巷道、水电硐室、隧道、地铁围岩的柱球面浆液扩散注浆加固方法及工艺体系。

背景技术

随着我国基础设施建设的迅速发展，越来越多的工程如矿山硐室、巷道，水利水电，铁路、公路、地铁隧道等工程面临恶劣地质条件。尤其是在围岩裂隙发育的情况下，围岩整体性差、承载能力不足，极易造成塌方、冒顶、片帮等工程事故，造成的人员伤亡事故频发，给工程的顺利施工、矿山资源的安全高效开采、施工人员的人身安全带来极大危害。以矿山巷道工程为例，在煤矿生产的五大灾害之中，由于围岩破碎导致的冒顶事故占煤矿总死亡事故的40％以上，顶板事故造成人员伤亡比率几乎占井下所有事故死亡人数的一半，是造成人员伤亡的最主要的矿井灾害。因此，破碎型围岩的稳定性控制是我国的基础设施的进一步安全高效推进需要解决的首要问题。

经过多年的现场工程经验的积累，注浆加固成为此类问题的有效解决途径之一。首先，注浆加固采用的是一种先进的围岩控制理念，它的核心作用在于通过浆液的填充和粘结作用，主动形成并维护围岩的自承结构，充分发挥围岩的自身承载能力，节省材料，经济高效，让围岩自身承载，符合新奥法的支护理念；其次，破碎围岩裂隙发育密集，岩块被切割严重，常用的锚杆或锚索在此类围岩中的锚固失效问题极易发生，围岩稳定性得不到保障，而注浆加固则可通过对围岩裂隙的填充从根本上解决该问题，保证围岩锚固效果；再次，围岩裂隙是地下水的天然通道，当破碎围岩遇水后则结构面强度急剧降低、稳定性下降，造成围岩失稳问题，浆液在加固围岩的同时也封堵了水流通道，防止地下水对围岩软化效应的出现。注浆加固通过以上方面的综合作用，在破碎围岩支护工程中得到广泛应用。

然而，在裂隙岩体注浆加固工程中，也暴露出一些问题严重制约着注浆加固的进一步发展和应用，其中尤其以注浆工程隐蔽性造成的浆液扩散范围不易掌控问题最为突出。在裂隙岩体注浆过程中，浆液的柱球面扩散(以注浆孔为中心轴柱面扩散，以注浆孔底端为球心球面扩散)能够形成理想的围岩加固圈，也是注浆加固设计的基础理论模型，如专利附图2、图3所示。然而针刺型扩散(多数或全部浆液沿着优势扩散通道向某一两个方向扩散较远且流量较大，使得最终的浆液扩散形成类似针刺的形态)却是实际工程中常见的一种浆液扩散模式，如本专利附图所示。这种浆液扩散模式的形成是因为在注浆孔周围的围岩裂隙中存在浆液扩散的优势通道(如张开度相对更大的结构面或者裂隙)，此优势通道浆液扩散阻力最小，浆液通过该优势通道所需的压力最小，所以注浆过程中注浆孔中的浆液将首先沿着该优势通道扩散；当该优势通道裂隙被填满从而注浆压力上升时，浆液才会沿着次级通道扩散；然而在裂隙发育严重的围岩中注浆时，经常遇到浆液压力从开始到结束一直保持在很低的水平，浆液仅沿优势通道扩散的情况，甚至有时浆液仅沿一个方向扩展至注浆孔外10m～20m以外而注浆孔周边其它方向围岩裂隙没有任何浆液填充的情况。在此条件下，虽然注浆量很大，但是对围岩裂隙的整体填充率却很低，无法在围岩中形成连续的充填加固区域，不能达到预期加固效果，而且还浪费了材料。

总体来说，对于日益复杂的裂隙岩体注浆加固工程而言，现有的注浆加固方法、技术和工艺仍然存在一定的问题，不能满足难度日益增长的支护需要，影响了深部岩体工程的生产和安全。

发明内容

本发明针对的问题是目前破碎围岩注浆加固工程中存在的浆液针刺型扩散导致浆液分配不合理、材料利用率低等，本发明通过采用一种新型的注浆加固工艺技术体系，提高人力对浆液扩散的控制能力，有效控制浆液的扩散范围及方式，尽量避免浆液在破碎围岩注浆加固中浆液的针刺型扩散，使浆液更多的集中在预定的加固岩体范围内，降低材料浪费，以更低的代价获得更优的围岩控制效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，包括以下步骤：

步骤1通过注浆加固基本单元，对破碎围岩断面中的注浆孔进行注浆加固；

步骤2利用浆液针刺型扩散判断单元，对步骤1中注浆孔的注浆过程实时进行监控判断，若发现加固浆液针刺型扩散情况，则将响应指令传递给步骤3中的浆液柱球面扩散调控单元；若没有发现加固浆液针刺型扩散情况，则继续注浆；

步骤3浆液柱球面扩散调控单元在接到浆液发生了针刺型扩散的判断结论及动作指令后，将浆液扩散模式调整为柱球型扩散模式，且在调整完后继续对该注浆孔进行注浆，直至达到注浆终止标准时，停止该注浆孔注浆，重复步骤1-3，对下一个注浆孔进行注浆，直到在完成该破碎围岩断面的注浆加固工作，进入步骤4；

步骤4利用注浆加固效果评价单元对该破碎围岩断面的注浆加固效果进行评价，根据得到的评价结果对注浆加固基本单元、浆液针刺型扩散判断单元和浆液柱球面扩散调控单元的参数进行调整，利用调整后的参数进行下一阶段的注浆加固。

步骤1中所述的注浆加固基本单元加固的具体步骤如下：

(1-1)利用围岩可注性及注浆参数确定模块来判断注浆加固是否适用于对象围岩，确定围岩的可注性和围岩的注浆参数；

所述的注浆参数包括注浆材料、浆液配比、注浆孔深度及间排距、注浆压力、终止注浆标准等。

(1-2)按照设定的配比，利用浆液配备装置配制出加固浆液；

具体为：通过搅拌桶按设计配比配制浆液材料(如水泥浆液、水泥-水玻璃浆液、化学浆液等，在一般情况下，优先选用水泥浆液作为注浆加固的主料)。搅拌桶可选用电动或风动搅拌桶，容积根据注浆量、注浆流量及现场具体情况确定。

(1-3)利用传输装置将配制好的浆液通过注浆泵的吸浆管吸入注浆泵增压，然后通过出浆管传输至注浆孔；

(1-4)利用注入装置将加固浆液通过注浆管、注浆锚杆等进入预先打好的注浆孔，并进一步向围岩裂隙扩散，最终形成破碎围岩的浆液加固体。

所述的浆液针刺型扩散判断单元的主判据为浆液针刺型扩散判据，其包括两个子判据，即表观观测判据和主控参数判据；所述的两个子判据中的任意一个成立则所述的浆液针刺型扩散判据成立，即扩散类型为针刺型，具体如下：

浆液针刺型扩散判断单元可以在注浆过程中全程进行监控判断，及时发现上述情况并积极响应。所述的浆液针刺型扩散判断单元的主判据为浆液针刺型扩散判据，它包括两个子判据，即表观观测判据、主控参数判据。所述的表观观测判据内容为：注浆过程中发现跑浆现象(浆液从围岩裂隙或注浆孔止浆塞部位中流出)或者窜浆现象(浆液从相邻注浆孔中流出)。所述的主控参数判据的前提是在注浆过程中对注浆加固过程的主控参数进行监测，掌握注浆压力P、注浆量Q、时间t等相关参数，判据内容用一个方程表示：即关于时间t、注浆量Q和时间t对应的注浆压力增量ΔP的函数f(t，Q，ΔP)＝0。函数f＝0的条件可表述为：在时间t内，注浆量Q>[Q]，且注浆压力增量ΔP<[ΔP]，所述的t、[Q]和[ΔP]根据具体工程条件通过经验或试验确定(具体工程的参考值见“具体实施方式”部分)。所述的两个子判据中的任意一个成立则所述的浆液针刺型扩散判据成立，即扩散类型为针刺型。上述判断过程涉及到的硬件主要为：安装在注浆管路尾端的注浆压力表。时间通过时钟获取，注浆量Q通过注浆桶容量变化获取，注浆压力P通过压力表读数获取，进而计算注浆压力增量ΔP。数据的获取及指令的传递可采用计算机编程来执行，也可人为进行。

所述的表观观测判据用于发现注浆过程中的跑浆现象或者窜浆现象。

所述的浆液柱球面扩散调控单元，浆液柱球面扩散调控单元为所述的浆液针刺型扩散判断单元的响应，即被所述的浆液针刺型扩散判断单元判定为针刺型扩散的注浆，则应进入所述的浆液柱球面扩散调控单元进行调控，首先采用间歇注浆工艺进行调整；若无效则进入双液调控模块，即打开速凝剂的掺入通道，将单液浆注浆模式切换到双液浆注浆模式。

所述双液调控模块包括3个方面的控制措施，即速凝剂材料及配比的控制、速凝剂掺入定量工艺控制和防堵措施。

所述的速凝剂材料及配比的控制指根据围岩及裂隙发育情况，选定合适的添加剂品种并确定掺入配比；

所述的防堵措施用于通过设置合理的三通位置和吸入清水工艺防止注浆设备或管路出现堵塞现象。在掺入速凝剂和不掺入速凝剂两种注浆模式交替时，通过控制注浆泵的开停间隔和吸水时间来确保速凝浆液不会在注浆孔中凝结，导致堵管或堵孔现象的发生。

所述的速凝剂掺入定量工艺控制是双液调控模块的核心，采用双液注浆泵的A泵输送水泥浆液，B泵输送水玻璃浆液，两种浆液在注浆孔处混合，在达到掺入时长t_a之后，用B泵吸入并输送清水时长为t_b，而后停泵时长t_c，等待速凝浆液初凝固结，重新开泵则直接切换回单液浆注入模式，浆液的扩散模式被调整到非针刺型，浆液继续以柱球面向外扩散。

掺入参数t_a、t_b和t_c需通过室内试验和现场试注试验确定和优化。

所述的注浆终止标准为：单孔注浆量标准或注浆终压标准，二者满足任意一个则可停止注浆；单孔注浆量标准指当前孔的注浆量达到n时，可停止注浆；(n为2～5袋水泥)；注浆终压标准指当前空的注浆量尚未达到单孔注浆量标准且注浆压力持续超过压力p达时间t以上(p取2～10MPa，t取60s)。

上述过程中注浆泵的开启或关停通过启动阀控制，开启或关停的时刻和间隔可计算机编程控制，也可认为进行。

所述的注浆加固效果评价单元包括：

浆液扩散开挖验证，用于在注浆过程中选定不同类型的注浆孔，在注浆结束之后进行开挖验证，量测浆液填充尺寸、范围等数据，计算浆液对裂隙的整体填充率；

围岩裂隙填充探测指通过地质雷达、钻孔电视等探测设备对浆液填充情况进行探测，对注浆前后同一位置的探测图像进行对比分析，推算注浆后浆液对裂隙的填充整体填充率，评价浆液整体填充效果。

岩体强度测试指对注浆加固前后的岩体进行取样试验，测试其强度指标的改善情况。取样采用钻孔取芯钻机，制样及实验采用岩石压缩实验设备。

围岩变形量观测指采用收敛尺或其他距离量测设备，量测硐室围岩轮廓线的收敛量，数值越大则表示围岩变形量越大，注浆效果越差，由此可评价围岩的最终控制效果。

本发明具有以下显着优点：

在尽可能不改变常规注浆加固设备、工艺技术体系的前提下，增设小部分工艺，基本不增加操作难度，不影响注浆效率的前提下，有效提高人力对浆液扩散的控制力，使得浆液更集中于目标区域，提高材料利用率，以更低的代价达到更好的围岩控制效果。

该破碎围岩注浆加固浆液柱面扩散的调控方法及工艺体系的适用对象为破碎岩体，适用的工程领域包括矿山巷道及硐室、公路铁路隧道、地铁隧道、水电硐室及隧道、边坡等工程的围岩支护及控制。

附图说明

图1为本发明破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法主要构成示意图；

图2为硐室注浆加固的理想效果示意图；

图3为沿图2所示硐室环向A-A的剖面图；

图4为注浆加固浆液针刺型扩散模式下的硐室的注浆加固效果示意图；

图5为沿图4硐室环向B-B的剖面图。

图中:1—围岩；2—硐室轮廓线；3—注浆孔；4—浆液饱和填充区；5—硐室的有效填充边界；6—浆液的优势扩散通道；7—单孔浆液柱球面扩散终面。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明，实施例为煤矿巷道破碎围岩注浆加固。

注浆加固技术是围岩稳定性控制领域(煤矿巷道、隧道、地铁、水电工程等)的常用技术，材料、设备、工艺发展成熟。因此针对目前注浆加固技术领域中存在的问题及技术难题进行创新和改进，具有明确的实用价值和重要的工程意义。本发明的适用对象为破碎岩体，适用的工程领域包括矿山巷道及硐室、公路铁路隧道、地铁隧道、水电硐室及隧道、边坡等工程的围岩支护及控制。

参照附图，本发明较佳的具体实施方式是：

1、基本构成

本发明的破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，由图1所示注浆加固基本单元、浆液针刺型扩散判断单元、浆液柱球面扩散调控单元、注浆加固效果评价单元构成。

注浆加固基本单元，是完成注浆加固工作的主体，能够单独完成常规的注浆加固动作，实现常规要求下的围岩注浆加固目的；

浆液针刺型扩散判断单元，用于对注浆过程中全程进行监控判断，及时发现加固浆液针刺型扩散情况，并根据判断结论将响应指令传递给所述的其他三个单元进行执行；

浆液柱球面扩散调控单元，用于在接到浆液发生了针刺型扩散的判断结论及动作指令后，将浆液扩散模式调整为柱球型扩散；

注浆加固效果评价单元，用于对注浆加固效果进行评价并将结果反馈给注浆加固基本单元、浆液针刺型扩散判断单元和浆液柱球面扩散调控单元，三个所述的单元根据接收的结果进行指令调整和动作优化。上述四个单元具体调控的方法如下：

步骤1通过注浆加固基本单元，对破碎围岩断面中的注浆孔进行注浆加固；

步骤2利用浆液针刺型扩散判断单元，对步骤1中注浆孔的注浆过程实时进行监控判断，若发现加固浆液针刺型扩散情况，则将响应指令传递给步骤3中的浆液柱球面扩散调控单元；若没有发现加固浆液针刺型扩散情况，则继续注浆；

步骤3浆液柱球面扩散调控单元在接到浆液发生了针刺型扩散的判断结论及动作指令后，将浆液扩散模式调整为柱球型扩散模式，且在调整完后继续对该注浆孔进行注浆，直至达到注浆终止标准时，停止该注浆孔注浆，重复步骤1-3，对下一个注浆孔进行注浆，直到在完成该破碎围岩断面的注浆加固工作，进入步骤4；

步骤4利用注浆加固效果评价单元对该破碎围岩断面的注浆加固效果进行评价，根据得到的评价结果对注浆加固基本单元、浆液针刺型扩散判断单元和浆液柱球面扩散调控单元的参数进行调整，利用调整后的参数进行下一阶段的注浆加固。

2、注浆加固基本单元及针刺型扩散

注浆加固基本单元由围岩可注性及注浆参数确定模块、浆液配备模块、传输模块、注入模块构成，注浆加固基本单元是完成注浆加固工作的主体。

围岩可注性及注浆参数确定模块，用于判断注浆加固是否适用于对象围岩，确定围岩的可注性，并确定围岩的注浆参数；包括注浆材料、浆液配比、注浆孔深度及间排距、注浆压力、终止注浆标准等。

(1)注浆参数：注浆孔深度2.5m，间排距1.6m，注浆压力2MPa，注浆量3袋水泥，水泥单液浆水灰比0.6，减水剂添加量2％左右。

(2)注浆设备：双液浆注浆泵、压力表、风动搅拌桶、高压注浆管路、阀门、注浆锚杆(直径20mm长度2m)等；

(3)材料：新鲜水泥，水，减水剂，水玻璃作为添加剂备用；

(4)注浆工艺：常规注浆工艺。

浆液配备模块：通过搅拌桶按设计配比配制浆液材料(如水泥浆液、水泥-水玻璃浆液、化学浆液等，在一般情况下，优先选用水泥浆液作为注浆加固的主料)。搅拌桶可选用电动或风动搅拌桶，容积根据注浆量、注浆流量及现场具体情况确定。

传输模块指配制好的浆液通过注浆泵的吸浆管吸入注浆泵增压，然后通过出浆管传输至注浆孔；注浆泵可选用单液浆或双液浆注浆泵；注浆泵的流量、工作压力应满足围岩注浆参数的要求。

注入模块指浆液通过注浆管、注浆锚杆等进入预先打好的注浆孔，并进一步向围岩裂隙扩散，最终形成破碎围岩的浆液加固体；注入模块中需要控制的关键包括孔口跑浆问题。

仅由该单元即可完成常规要求下的围岩注浆加固工作，该部分是领域内工程技术人员所熟知的，此处不再详细描述。常规注浆加固过程中浆液在围岩中可能会出现针刺型扩散情况，导致浆液填充形成的有效承载结构薄弱，材料利用率低。

浆液的针刺型扩散过程大致如下：

在注浆起始阶段，浆液以注浆孔为中心向外均匀扩散；而后随着浆液优势扩散通道被压力打通，大部分甚至全部浆液开始在优势扩散通道中向外扩散，呈针刺型。因为没有进行调控处理，现场探测发现优势扩散通道的长度可达数米甚至数十米以上，大部分浆液都沿着优势扩散通道进行了扩散，导致最终的有效扩散半径很小(0.5m左右)，各注浆孔的有效填充范围不搭接，使得硐室整体注浆加固效果如图4、图5所示。最终各注浆孔在围岩中的有效填充边界的半径Rd’很小，浆液填充形成的有效承载结构薄弱，材料利用率低。

3、针刺型扩散判断及柱球面扩散调控

为避免上述情况，在注浆过程中可全程通过所述的浆液针刺型扩散判断单元进行监控判断。一旦达到针刺型扩散判据，则确定为针刺型扩散。

浆液针刺型扩散判断单元可以在注浆过程中全程进行监控判断，及时发现上述情况并积极响应。

浆液针刺型扩散判断单元的主判据为浆液针刺型扩散判据，它包括两个子判据，即表观观测判据、主控参数判据，如图1所示。在注浆基本单元的条件下进行注浆加固工作，经过一段时间的经验观察探测和经验总结，发现两个子判据都较为常用。由于部分围岩加固之前就已经在表面产生贯通裂隙，导致注浆过程中出现跑浆现象，有时也出现相邻锚杆窜浆现象，上述情况符合表观观测判据，可直接判断为针刺型扩散；此工程采用的主控参数判据即函数f(t，Q，ΔP)的条件为：在t＝90s的时间内，注浆量Q超过0.5袋水泥，而注浆压力增量ΔP小于0.1MPa，符合该条件即判断为针刺型扩散模式。主控参数判据因工程条件不同而不同。两个子判据中的任意一个成立则针刺型扩散判据成立，及扩散类型为针刺型。

上述判断过程涉及到的硬件主要为：安装在注浆管路尾端的注浆压力表。时间通过时钟获取，注浆量Q通过注浆桶容量变化获取，注浆压力P通过压力表读数获取，进而计算注浆压力增量ΔP。数据的获取及指令的传递可采用计算机编程完成，也可人为进行。

被判定为针刺型扩散的注浆则应进入所述的浆液柱球面扩散调控单元进行调控，首先采用最为简单的间歇注浆方式进行调控，间歇时间td取120s，多次尝试。若间歇注浆效果不明显则采用双液调控模块。在进行双液调控模块工作之前需要确定合理的速凝剂掺入参数。间歇注浆的通过关闭和开启注浆泵启动阀来实现，可采用计算机编程完成，也可人为进行。

根据此工程具体条件，采用的水泥浆液：水玻璃浆液＝1:1(体积比)，将双液浆注浆泵的A、B泵的两个吸浆管分别放入水泥浆液桶和水玻璃浆液桶中即可实现。其中水泥浆液采用常规单液浆即可，水灰比0.6:1左右；水玻璃浆液为水玻璃原液与水1:1混合液，特殊情况再行调整。速凝剂的起始掺入点即为确定为针刺型破坏的时刻，掺入流量与水泥浆液流量相同(1:1体积比混合)、掺入时长ta取15s，吸入清水时长tb取5s，停泵时长tc取5s。

速凝剂的掺入方式采用双液注浆泵的A泵输送水泥浆液，B泵输送水玻璃浆液，两种浆液在注浆孔处混合(可以有效防止输送管堵管)。同时，在达到掺入时15s之后需要用B泵吸入并输送清水约5s左右，这是有效的防堵措施。而后停泵5s左右，在双液浆注入过程中和停泵期间，优势扩散通道中的速凝浆液初凝并开始固结，其扩散阻力上升。当再次切换回单液浆注入模式后，浆液的扩散模式被调整到非针刺型，浆液继续以柱球面向外扩散。在注浆加固过程中可能会出现数次单-双液浆注浆模式的来回切换，因为当优势扩散裂隙的导致的针刺型扩散通道被阻塞时，当压力升至一定程度之后次一级的优势扩散通道可能会被打开，导致新的针刺型扩散的出现，如此反复，通过柱球面扩散单元的积极响应和控制，浆液最终可形成近似以注浆孔为圆心轴的圆柱面扩散+以注浆孔底为球心的球面扩散形态。

上述过程中注浆泵的开启或关停通过启动阀控制，开启或关停的时刻和间隔可计算机编程控制，也可认为进行。

4、实施效果评价和对比

注浆加固效果评价单元包括浆液扩散开挖验证、围岩裂隙填充探测、岩体强度测试、围岩变形量观测，通过以上四项工作成果对注浆加固及浆液柱球面扩散调控单元中的相关方法进行调整和优化。

浆液扩散开挖验证指在注浆过程中选定典型的注浆孔(如典型针刺型扩散的注浆孔、非针刺型扩散的注浆孔、通过本方法由针刺型扩散调整为非针刺型扩散的注浆孔)，在注浆结束之后进行开挖验证，量测浆液填充尺寸、范围等数据，计算浆液对裂隙的整体填充率，直观掌握浆液在围岩中的分布情况。

围岩裂隙填充探测指通过地质雷达、钻孔电视等探测设备对浆液填充情况进行探测，对注浆前后同一位置的探测图像进行对比分析，推算注浆后浆液对裂隙的填充整体填充率，评价浆液整体填充效果。

岩体强度测试指对注浆加固前后的岩体进行取样试验，测试其强度指标的改善情况。取样采用钻孔取芯钻机，制样及实验采用岩石压缩实验设备。

围岩变形量观测指采用收敛尺或其他距离量测设备，量测硐室围岩轮廓线的收敛量，数值越大则表示围岩变形量越大，注浆效果越差，由此可评价围岩的最终控制效果。

调控之后达到的柱球面扩散注浆在巷道中的整体填充效果如图3、图4所示，各注浆孔的均匀浆液填充区相互搭接，形成的硐室有效填充边界5明显较针刺型填充的情况更深，得到的有效填充加固区厚度R_d更大。现场试验表明，通过调控之后的单孔注浆加固有效扩散半径R’_d明显大于针刺型扩散的情况，该比值可达到2～5倍甚至更高。上述作用使得浆液更多的集中与需要填充加固的围岩内，形成更为有效的承载结构，相同甚至更少的材料可获得更高的围岩承载力，材料利用率提高，经济性也相应更高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1通过注浆加固基本单元，对破碎围岩断面中的注浆孔进行注浆加固；

步骤2利用浆液针刺型扩散判断单元，对步骤1中注浆孔的注浆过程实时进行监控判断，若发现加固浆液针刺型扩散情况，则将响应指令传递给步骤3中的浆液柱球面扩散调控单元；若没有发现加固浆液针刺型扩散情况，则继续注浆；

步骤3浆液柱球面扩散调控单元在接到浆液发生了针刺型扩散的判断结论及动作指令后，将浆液扩散模式调整为柱球型扩散模式，且在调整完后继续对该注浆孔进行注浆，直至达到注浆终止标准时，停止该注浆孔注浆，重复步骤1-3，对下一个注浆孔进行注浆，直到在完成该破碎围岩断面的注浆加固工作，进入步骤4；

步骤4利用注浆加固效果评价单元对该破碎围岩断面的注浆加固效果进行评价，根据得到的评价结果对注浆加固基本单元、浆液针刺型扩散判断单元和浆液柱球面扩散调控单元的参数进行调整，利用调整后的参数进行下一阶段的注浆加固。

2.如权利要求1所述的破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，其特征在于：所述的步骤1中所述的注浆加固基本单元加固的具体步骤如下：

(1-1)利用围岩可注性及注浆参数确定模块来判断注浆加固是否适用于对象围岩，确定围岩的可注性和围岩的注浆参数；

(1-2)按照设定的配比，利用浆液配备装置配制出加固浆液；

(1-3)利用传输装置将配制好的浆液通过注浆泵的吸浆管吸入注浆泵增压，然后通过出浆管传输至注浆孔；

(1-4)利用注入装置将加固浆液通过注浆管、注浆锚杆进入预先打好的注浆孔，并进一步向围岩裂隙扩散，最终形成破碎围岩的浆液加固体。

3.如权利要求1所述的破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，其特征在于：所述步骤2中的浆液针刺型扩散判断单元的主判据为浆液针刺型扩散判据，其包括两个子判据，即表观观测判据和主控参数判据；所述的两个子判据中的任意一个成立则所述的浆液针刺型扩散判据成立，即扩散类型为针刺型。

4.如权利要求3所述的破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，其特征在于：所述的表观观测判据为：注浆过程中发现跑浆现象，即浆液从围岩裂隙或注浆孔止浆塞部位中流出或者窜浆现象，即浆液从相邻注浆孔中流出。

5.如权利要求3所述的破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，其特征在于：所述的主控参数判据的前提是在注浆过程中对注浆加固过程的主控参数进行监测，掌握注浆压力P、注浆量Q、时间t这几个相关参数，判据具体内容为：

用关于时间t、注浆量Q和时间t对应的注浆压力增量ΔP的函数f(t，Q，ΔP)＝0表示；函数f(t，Q，ΔP)＝0成立的条件为：在时间t内，注浆量Q>[Q]，且注浆压力增量ΔP<[ΔP]，其中[Q]和[ΔP]分别为注浆量和注浆压力增量的设定值；所述的时间t通过时钟获取，注浆量Q通过注浆桶容量变化获取，注浆压力P和注浆压力增量ΔP通过压力表读数获取。

6.如权利要求1所述的破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，其特征在于：所述的浆液柱球面扩散调控单元具体的调控措施如下：

首先采用间歇注浆工艺进行调整，若有效则完成调控；若无效则进入双液调控模块，即打开速凝剂的掺入通道，将单液浆注浆模式切换到双液浆注浆模式。

7.如权利要求6所述的破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，其特征在于：所述的双液调控模块的调控措施包括3个：1)速凝剂材料及配比控制；2)速凝剂定量掺入工艺控制；3)防堵措施。

8.如权利要求7所述的破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，其特征在于：

所述的防堵措施用于通过设置三通位置和吸入清水工艺防止注浆设备或管路出现堵塞现象；在掺入速凝剂和不掺入速凝剂两种注浆模式交替时，通过控制注浆泵的开停间隔和吸水时间来确保速凝浆液不会在注浆孔中凝结，导致堵管或堵孔现象的发生。

9.如权利要求7所述的破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，其特征在于：所述的速凝剂定量掺入工艺控制，采用双液注浆泵的A泵输送水泥浆液，B泵输送水玻璃浆液，两种浆液在注浆孔处混合，在达到掺入时长ta之后，用B泵吸入并输送清水时长为tb，而后停泵时长tc，等待速凝浆液初凝固结，重新开泵则直接切换回单液浆注入模式，浆液的扩散模式被调整到非针刺型模式，浆液继续以柱球面向外扩散。

10.如权利要求1所述的破碎围岩注浆加固浆液柱球面扩散的调控方法，其特征在于：所述的注浆加固效果评价单元包括：

浆液扩散开挖验证，用于在注浆过程中选定不同类型的注浆孔，在注浆结束之后进行开挖验证，量测浆液填充的相关数据，计算浆液对裂隙的整体填充率；

围岩裂隙填充探测，通过探测设备对浆液填充情况进行探测，对注浆前后同一位置的探测图像进行对比分析，推算注浆后浆液对裂隙的整体填充率，评价浆液整体填充效果；

岩体强度测试，对注浆加固前后的岩体进行取样试验，测试其强度指标的改善情况；

围岩变形量观测，采用距离量测设备，量测硐室围岩轮廓线的收敛量，数值越大则表示围岩变形量越大，注浆效果越差，由此评价围岩的最终控制效果。