喷射装置与喷射方法 在岩石中修筑隧道和石室时，必需将岩石裂缝密封好，才能抵御水的渗透和地下水下沉，或者在隧道或石室用于存储或输送流体的情况下，阻止流体泄漏。常见的密封方法是用高压将水泥或其它密封材料，比如塑料、喷射进钻孔内。
现在有好几种装置能进行这种喷射。专利说明书SE-B-413929及其相应文本US-A-4260295公开了一种样机。据这两个文件，该样机使用了一种可以在喷射结束后脱离实际喷射装置、留在钻孔内的喷嘴。此喷嘴上有一个唇形密封件或一个用弹性材料制成的可扩张套筒，它密封地紧贴在周围的钻孔壁上，一方面可以固定喷嘴，另一方面可以保证喷射时喷嘴和钻孔壁间的被喷射材料不发生泄漏。因此，该密封件或套筒可以使喷射过程中钻孔内保持高压。
在仅用于岩石缝隙密封时，这种现有技术装置作用很好。但是在修筑隧道或石室时，很多情况下必须将岩栓固定到岩壁上。使用上述专利说明书所述的现有技术装置进行密封之后，将紧挨着用于密封岩石缝隙的钻孔旁钻另一个孔。不幸的是，经常发生水漏进新钻孔内的现象，需要重新喷射。如果隧道或石室周围岩石中的水压较高，而且岩石有许多大大小小的裂缝，这个问题就会特别明显。在这种情况下，必须反复执行喷射步骤，直到钻孔达到足够的密封度，钻孔内将插入岩栓，并且需要干燥。达到干燥后，就可以对岩栓进行固定，固定方法是将岩栓制成伸缩栓(如US-A-4290515所述)，或者先把水泥砂浆喷入钻孔，再塞入岩栓。后一个步骤比较复杂，因为在许多情况下岩栓可能比较长，如果岩石裂缝多而且石质差，通常需要3-4米长。难度的增加主要是因为喷入的水泥砂浆量必须严格符合钻孔和岩栓的尺寸，这样才可以使插入的岩栓周围达到完全填充，同时不会在塞入岩栓时把过多的砂浆挤出钻孔外。
根据US-A-4289427，为解决这个问题，曾偿试过在钻孔中插入一根钢缆以替代岩栓的方法。为此，用了一种特型缆绳，它由玻璃纤维制成，有一根或更多纵向延伸的通气管。缆绳在插入钻孔时旋转，同时通过把一个圆形密封盘紧贴在岩壁上的方法使钻孔周围的区域得到密封。用一个喷射装置把密封剂以高压喷入钻孔。密封剂的插入一方面借助于缆绳地旋转，另一方面借助于通过上述通气管释放出钻孔中的过量空气。密封剂凝固后，缆绳即可以与岩石内侧上一种连续式混凝土层的铸件相连接，起到固定作用。
诚然，这种现有技术可以用于缆绳的固定，但是它不适用于岩栓的固定。而且，由于自然原因，岩石表面较粗糙，所以在密封圈与相邻的岩石表面之间很难达到理想的密封度。
因而，本发明的目的在于提供一种可以把一枚岩栓固定在岩壁的一个钻孔内，并且同时喷入一种密封剂的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种同步地进行岩栓的固定和岩石的密封及通过喷入一种密封剂而对岩层进行密封的方法。
本发明的另一个目的在于通过同步地进行岩层的密封和岩栓的固定，使一块岩石的喷射需求降到最小。
根据本发明，这些及其它一些目的是分别通过如独立权利要求1和2所述的方法和装置来实现的。从属权利要求具体定义了本发明的一些最佳实施例。
总之，本发明提出的概念是，通过一个喷嘴将密封材料喷出，以此实现同步地对钻孔周围的缝隙实施密封和把岩栓固定在钻孔内。喷嘴的构成为一个带通孔的密封套筒和一个止回阀装置，喷射结束后喷嘴将留在钻孔内。岩栓穿过阀嘴的通孔和止回阀装置而插入。根据本发明，止回阀装置的一个密封件由一个岩栓形成，另一个密封件由一个密封座形成。密封座可变形地以密封方式紧贴在岩栓上。在密封座弹性变形过程中，密封材料穿过岩栓和密封套筒间的间隙，再穿过止回阀装置喷射出。
下面对如本发明所述方法及装置的两个实施例进行了更为详细的说明，请参看下列附图：
图1是根据本发明制造的喷嘴的一个实施例的纵剖面图；
图2显示的是该喷嘴在钻孔中同步地进行岩栓的固定和喷射剂的喷射；
图3显示的是如本发明所述喷嘴的另一个实施例。
图中所示创造性喷射装置的实施例由一个细长套筒10构成，该套筒的一端外部有螺纹，另一端与一个外凸缘11紧紧地连接在一起或合成一体。一个由弹性材料制成的管状密封件12滑移到套筒10上。该密封件两端各有一枚垫圈13，垫圈13最好以紧固方式连接在密封件的端面上。
压力转换套筒15安装在套筒10和拧在套筒10上的螺母14之间。密封座16以硫化方法固定在凸缘11的外缘上(在图1中固定在左侧)。密封座由弹性材料制成，具有一个通孔17，通孔至少有一部分的直径小于套筒10的内径。在所示实施例中，密封座的通孔17自出口端呈锥状逐渐扩大，通孔里形成了两个内向的密封凸缘18。这些密封凸缘的截面不一定呈半圆状，可以设计成向内突出的密封唇口。
在使用这种喷射装置时，应先在岩壁上钻一个孔19。钻孔的直径和深度是符合要求的，分别为约64毫米和约3-4米(在本文中通常都是这样)。然后将喷嘴插入钻孔，拧上螺母14，使得套筒12纵向受压后向外扩张，密封地紧贴在岩孔壁上。螺母可以用现有技术方法拧紧，如上文提到的专利说明书US-A-4260295中所示。如果钻孔直径为64毫米，那根管子12的外径可以是57毫米。
用此方法将喷嘴固定在钻孔19中之后，再将岩栓12穿过喷嘴插进去。岩栓20的直径应该小于套筒10的内径，以便在岩栓和套筒之间留下一个环形间隙21。此外，密封座16的通孔17有一个小于岩栓外径的最小直径，这样，密封座16在插入岩栓的过程中就会受到扩张，密封地紧贴在岩栓上。如果密封座16是由橡胶材料制成的，岩栓的直径就应当是22毫米，密封座16最窄的部分就是20毫米。如果岩栓20的直径为22毫米，套筒10内径以32毫米为宜，这样，环形间隙21的宽度就是5毫米。
将岩栓穿过喷嘴塞入钻孔之后，喷射工具22即连接到套筒10。在所示实施例中，岩栓的突出部分完全封闭在喷射设备22中，但是可以将此设备制造成让岩栓穿过设备突出出来。在此情况下，岩栓的突出端周围也应该密封。
借助于喷射工具，将适用的密封材料23，如水泥灌浆挤入喷嘴，密封材料穿过间隙21和密封座16里流出来。在密封材料的的压力作用下，密封座16发生弹性扩张。密封材料23将岩栓20周围的钻孔19填充，并且以通常的方式泄漏到岩孔壁上大大小小的缝隙中，将岩石密封，以防止任何水流渗透钻孔和周围的岩壁。
喷射完成后，喷射工具22即脱离套筒10，并且，正如专利说明书US-A-4260295所述喷射工具的情况一样，喷嘴即被留在钻孔内。
根据本发明，通过提供一种不同于上述美国专利说明书所用的止回阀装置，可以以同一次操作完成喷射和岩栓的固定。根据本发明，止回阀装置的一个部件是一枚岩栓，另一个部件是密封座16。密封座16受到已喷注密封材料的钻孔中压力的作用，该压力将使密封座16密封地紧贴在岩栓上，这样，可以防止密封剂泄漏，使密封剂保留在钻孔中，逐渐硬化或凝固。问题在于密封剂所基于的是无机密封材料还是有机密封材料。最好的密封剂是水泥灌浆，但是流体或半流体塑料材料也可以用于此用途。
图3显示的是如本发明所述喷嘴的另一个实施例。此图中与图1和图2中相对应的部件也用标注了相同的数字。
与图1和图2所述喷嘴一样，本实施例所述的喷嘴上有一个螺纹套筒10。套筒的一端有一个凸缘25，凸缘拧紧在或用其它方式固定在套筒上。密封件12的一个端面贴靠在或以硫化方法固定在此凸缘上。在此密封件的另一端另有一个端凸缘26，它在套筒10上是可移动的。至少一个锁紧垫圈27贴靠在该端凸缘的外侧。这个锁紧垫圈或这些锁紧垫圈与套筒的螺纹相啮合，而且只允许朝着套筒的一个方向(在本例中，朝图纸的左边)移动这个垫圈/这些垫圈。
在密封件12受到扩张，接触到周围的钻孔壁时，其工作过程与图1和图2所示实施例的的工作过程相同。所不同的是这个垫圈或这些垫圈27代替了套筒15和螺母14。
凸缘25，26有一个面对着密封件12的斜切部分28。该斜切部分是对应设计的。斜切的原因是使密封件在扩张过程中能更好地保持在正确的位置。如果斜切角度制作得当，也可能不需要以硫化方法把密封件固定在端凸缘上，尽管以硫化方法固定是推荐的方案。
本实施例与图1和图2所示实施例的另一个不同之处在于，它有一个压力平衡管29，这个压力平衡管穿过密封座16和凸缘25，将套筒10外侧和密封件12内侧之间的间隔30接通到钻孔19位于喷嘴里的部分。在喷射穿过间隙21和通孔17，从而增强了喷嘴后部压力的过程中，喷射材料中的流体材料将通过此接管被挤入间隔30中。借助于凸缘25，26对密封件进行压缩时，此间隔的容积也随之增大。其结果是使流体材料充满间隔30。流体材料基本上是不可压缩的，因而可以使喷嘴更好的固定在钻孔壁上，从而减少了喷嘴被挤向钻孔进口方向的风险。
所以，图3所示实施例是目前最好的。
图3所示喷射装置的其它部件的制造方法与按照图1和图2所示实施例的一样。所以，岩栓20的通孔17可以有内部凸缘或与图1和图2的密封凸缘18相对应的密封凸缘。在图1和图2所示实施例中，密封座16以硫化方法固定在凸缘11上。在图3所示实施例中，密封座16可以以硫化方法、以对应方式固定在凸缘25上，这样，当凸缘25拧紧在套管10上时，凸缘25就与套筒10连接在一起。
凸缘25，26的斜切面28可以阻止密封件12可能发生的移动，在纵向受压时，它将相对于凸缘25和26的径向向外扩张。