用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管及施工方法

摘要

本发明公开了一种用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管，包括由内至外依次嵌套的注浆内管、注浆外管和外端套管，注浆内管和外管的管壁上均开设有花孔，外端套管的末端为冠形钻头，注浆外管外壁上绑扎有与其形成一体的膜袋，注浆内管的末段外壁上固定有上螺旋形刀片，注浆内管的末端固定有小尺寸旋转钻头，应用时，冠型钻头和小尺寸旋转钻头共同配合旋转钻进。同时还公开了施工工艺，采用膜袋定域重点注浆加固技术，对软弱破碎带进行重点加固，并采用二次球柱形注浆扩散与加固方法，本发明注浆效果好，且注浆内管与外端套管可循环重复利用，施工便捷，经济实用，无需多次复钻，既有效加固了珊瑚砂等岛礁软弱地基，又减少了对岛礁软弱地基的扰动。

权利要求

1.一种用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管的施工方法，所述组合钻注管包括由内至外依次嵌套的注浆内管、注浆外管和外端套管，所述注浆内管和外管的管壁上均开设有花孔，外端套管的末端为冠形钻头，注浆外管外壁上绑扎有与其形成一体的膜袋，注浆内管的末段外壁上固定有上螺旋形刀片，注浆内管的末端固定有小尺寸旋转钻头，应用时，冠型钻头和小尺寸旋转钻头共同配合旋转钻进，特征在于，施工方法包括以下步骤：步骤1：地基勘探，标记孔位；

步骤2：组合钻注管预制、组合，将组合钻注管运输至施工现场，并检查各部位，采用略小直径塑料套管对注浆外管进行局部封孔，将外端套管、注浆内管与注浆外管组合，使用封口钢扣固定；

步骤3：钻孔，采用钻注机设备将组合钻注管钻进到预计深度，组合钻注管一边旋转一边加压钻至预定深度，利用外端冠形钻头和小尺寸旋转钻头对岛礁软弱地层岩土体进行钻进破碎；

步骤4：回收外端套管，拆除钻注组合管上端口的封口钢扣，将外端套管低速反向旋转提升直至取出；

步骤5：对膜袋进行定域注浆，进行岛礁破碎区域重点加固；向注浆外管与注浆内管间环形空腔泵注水玻璃浆液，向注浆内管泵注水泥基单液浆；水泥基单液浆与水玻璃在膜袋处快速混合凝结膨胀，使各段膜袋充填，对岛礁软弱地层溶洞空腔、破碎区域进行定域重点注浆加固，待膜袋达到预定充填效果时停止膜袋注浆；

步骤6：反向旋转上升注浆内管，进行清管；检查膜袋注浆效果，待双液浆凝固后，反向旋转提升注浆内管，并注入一定量清水冲洗，注浆内管的螺旋形刀片对钻注组合管内浆液凝固体进行破碎，并将封孔塑料套管破碎，确保注浆外管花孔全部开放，为下一工序做准备；

步骤7：下放注浆内管并进行二次补注浆，边注浆边提升；再次下放注浆内管至设计深度，注浆内管从地基深处一边缓慢反向提升一边泵注浆液，直至注浆内管完全取出，此过程对岛礁不良地质进行了二次全范围注浆加固；

步骤8：回收外端套管和注浆内管进行下一孔位的钻孔准备。

2.如权利要求1所述的施工方法，其特征是，步骤2中，组合钻注管钻进岛礁软弱地层前，将各部件组合完成，且对注浆外管非膜袋绑扎管段的花孔使用直径略小的塑料套管进行内封闭，仅开放注浆外管上有膜袋管段的花孔，实现对附带膜袋外管段的浆液有效引流，提高对膜袋注浆的精准性；将局部封孔后的注浆外管与其他部件组合成一体，外端套管、注浆外管和注浆内管上端口通过封口钢扣焊接固定为一体，使注浆外管固定在外端套管内部，注浆内管固定在注浆外管内部，组合钻注管准备完成即可连接钻机。

3.如权利要求1所述的施工方法，其特征是，步骤5中，注浆内管中水泥基单液浆在流经绑扎膜袋管段时，通过注浆内管的花孔流出，与注浆外管内注入的水玻璃浆液在膜袋处充分混合，水泥基单液浆与水玻璃浆液发生迅速胶凝反应后，迅速充填膜袋并使之快速膨胀，使膜袋与注浆外管间形成一层浆屏层。

4.如权利要求1所述的施工方法，其特征是，钻孔时，外端套管、注浆外管和注浆内管上端口通过封口钢扣焊接固定为一体。

5.如权利要求1所述的施工方法，其特征是，所述小尺寸旋转钻头包括钻身和末端的钻尖，钻身内部中空且与注浆内管内腔连通，钻身上开有花孔，钻身外壁上固定有下螺旋形刀片。

6.如权利要求1所述的施工方法，其特征是，所述冠形钻头为金刚石材质的环状锯齿钻头，其外径略大于外端套管管身外径，其内径与外端套管管身内径一致。

7.如权利要求1所述的施工方法，其特征是，所述外端套管和注浆内管的管身材质均为钢管；所述注浆外管为PVC管。

8.如权利要求1所述的施工方法，其特征是，所述膜袋的材料为合成纤维布。

9.如权利要求1所述的施工方法，其特征是，所述注浆内管的花孔开设位置对应所述注浆外管管身上的膜袋绑扎管段。

说明书

用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管及施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种海洋岩土工程技术，尤其是一种用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管及施工方法。

背景技术

[0002] 南沙群岛是我国南海海域中最宝贵的陆地资源，在海洋资源开发和领海保护中成为重要的立足点和前方基地，加快岛礁软弱地层注浆加固技术研究，有利于我国岛礁地下
工程的建设和运营维护。南海岛礁工程地基主要包括松散珊瑚砂及弱胶结礁灰岩等，珊瑚
砂是一种钙质砂，由海洋生物如贝壳、珊瑚、海藻等沉积形成，主要成分是碳酸钙和其他难
溶碳酸盐类物质，具有易破碎、颗粒易胶结、孔隙率高、形状不规则等特点，其密度比普通石
英砂大，渗透性较强。礁灰岩主要成分为碳酸钙，由珊瑚、藻类、生物碎屑、有孔虫等胶结而
成，具有高孔隙度、低强度等特点。由于海水侵蚀，礁灰岩礁体存在溶洞空腔以及未胶结的
松散生物碎屑，地基存在不均匀性，礁灰岩地基软弱地带强度普遍较低。

[0003] 加固岛礁软弱珊瑚砂地层较为成熟的几种技术为分层碾压法、强夯法、振冲法。注浆加固地基是岩土工程中采用最广泛的一种地基加固方式，通常采用往地层中注入水泥浆
来达到改良地层的目的，适用于建设、维护以及工程抢修时地基处理，是一种较经济实用的
方法，在珊瑚地基已有一些应用实例，该方法对钙质砂地基抗渗性、稳定性和耐久性起到显
著增强效果，但仍缺少相关研究。

[0004] 由于岛礁不良地质条件的特殊性，目前岛礁地下工程注浆加固技术面临较大困难，主要表现为：第一，岛礁地下水位较高，岛礁深处礁灰岩通常不均匀，存在裂隙、空洞、地
下水流等情况，若采用全孔一次性注浆，在软弱破碎地层中加固范围较小，在加固和堵水方
面作用具有局限性；第二，珊瑚砂软弱、孔隙率高、压缩性高，若采用分段前进式注浆，需要
反复扫孔，对珊瑚砂地层扰动大，效率低且成本高；第三，若采用常规的后退式注浆则需要
下管和安装止浆系统，工艺复杂；第四，如果仅仅注入水泥单液浆，往往会被裂隙、空洞中海
水流走，达不到预期注浆效果，如果注入水泥‑水玻璃双液浆，虽然双液浆凝结时间短，但注
浆可控性有限，面临难以精准加固预定位置等难题。

[0005] 中国专利申请CN 112942307 A公开了一种松散土层注浆加固方法及滨海岩溶区注浆加固方法，包括以下步骤：在松散土层下入套管，套管底端低于松散土层和灰岩层交界
面设定距离；在套管中下入设置有第一膜袋的第一注浆管；对第一膜袋内进行注浆，直至第
一膜袋与第一套管的内侧面紧密贴合；对第一膜袋上方的第一套管与第一注浆管之间的空
间进行注浆，直至浆液液面与地面平齐；第一膜袋上方的浆液凝固后，通过第一注浆管进行
注浆，浆液注入灰岩层并扩散至松散土层，直至达到设定的注浆终压。该发明能够对松散土
层进行加固，防止地表跑浆漏浆现象，但该发明仍需反复钻孔和扫孔，施工复杂，对松散地
基扰动大，且注浆加固范围较为局限，无法实现对深层地基的大范围加固。

[0006] 中国专利申请CN 110714454 A公开了一种顶板注浆成岩加固设备及其施工方法，包括下套管、上套管、囊袋和注浆管，下套管和上套管的中心线重合且该中心线均沿竖向设
置，囊袋为双层的帽状结构，囊袋下部套在上套管的上端部，下套管上部开设有内外通透的
通孔，注浆管设置在下套管和上套管内部，注浆管上端在通孔处折弯向外穿过通孔与囊袋
上的注浆口连接，下套管上端设置有与上套管连接的切管及上下联动装置。该发明通过给
上套管顶端设囊袋，增加锚固强度的目的，但应用范围小，不适用于深层地基注浆加固。

[0007] 中国专利申请CN 110219685 A公开了一种顶板加固注浆设备及注浆方法。注浆设备包括漏斗状注浆刀头、内套管和外套管，内套管、外套管均为顶端开口，内套管位于外套
管的内部，且内套管顶端与外套管顶端通过圆环形钢板固定连接；内套管的内壁粘结有内
气囊，内气囊的两侧设置有安装孔；漏斗状注浆刀头包括斗体底部和注浆管，斗体底部粘结
在内气囊内壁上，注浆管从安装孔内穿出并延伸到内气囊外壁外侧，外套管上与安装孔相
对应的位置设有可供注浆管穿过的通孔；所述外套管上端的外侧粘结有外气囊；外套管的
底部开设有透气小孔，透气小孔上覆盖有透气挡布，且透气挡布粘贴在外套管底部外壁上。
该发明注浆之后无需再重新打普通锚杆孔，但该设备进行注浆前仍需钻锚固孔并进行孔底
扩孔处理，工序复杂。

[0008] 中国专利申请CN 106381863 A公开了一种对富水沙层注浆加固的钻注复合装置及施工工艺，包括注浆管本体，所述注浆管本体由多节注浆管依次相接而成，每一所述注浆
管在管壁外侧套设有可膨胀的浆液盛装体，所述注浆管的管壁在与浆液盛装体配合处设有
多个出浆孔，浆液自注浆管的出浆孔进入浆液盛装体使浆液盛装体膨胀挤密浆液盛装体及
其周围沙层。该工艺通过在每一节所述注浆管上捆绑浆袋，相邻节的所述注浆管之间设置
有止回阀，保证浆液在充满当前浆袋后，止回阀打开使浆液进入下一个浆袋。该发明的不足
是每一节注浆管中的止回阀易被粘稠的浆液堵塞，导致浆液无法顺利进入下一节注浆管，
并且该发明的注浆顺序为由近及远分节依次注浆，可能会面临注浆管端部浆液压力不足，
无法达到预期加固深度的情况。

[0009] 因此，在岛礁软弱地层采用有效的注浆加固技术，提高地层强度和完整性，成为亟待解决的技术难题。

发明内容

[0010] 本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管及施工方法，组合钻注管能有效减少土体扰动，降低颗粒压碎度，通过钻注
一体工艺形成以组合钻注管为中心、扩散加固半径≥6 m的加固圆柱体，能够极大提高岛礁
地下工程稳定性和长期承载力。

[0011] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

[0012] 一种用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管，包括由内至外依次嵌套的注浆内管、注浆外管和外端套管，所述注浆内管和外管的管壁上均开设有花孔，外端套管的末端为
冠形钻头，注浆外管外壁上绑扎有与其形成一体的膜袋，注浆内管的末段外壁上固定有上
螺旋形刀片，注浆内管的末端固定有小尺寸旋转钻头，应用时，冠型钻头和小尺寸旋转钻头
共同配合旋转钻进。

[0013] 所述外端套管、注浆外管和注浆内管上端口通过封口钢扣焊接固定为一体。

[0014] 所述冠形钻头为金刚石材质的环状锯齿钻头，其外径略大于外端套管管身外径，优选110mm，其内径与外端套管管身内径一致。所述冠形钻头一方面锯齿锋利有助于所述注
浆组合管的下行，另一方面其内径略大于注浆外管管身外径，起到外端套管反向旋转拔出
时不破坏膜袋的作用。

[0015] 所述外端套管管身材质为钢管，其外径为100‑120 mm，优选108 mm，壁厚为0.5‑1 mm；所述注浆外管管身为PVC塑料管，其外径为80‑100 mm，优选100 mm，壁厚为0.5‑1 mm；所
述注浆内管管身材质为钢管，其外径为30‑50 mm，优选50 mm，壁厚为0.5‑1 mm。

[0016] 所述的小尺寸旋转钻头由尺寸旋转钻头包括钻身和末端的钻尖，钻身内部中空且与注浆内管内腔连通，钻身上开有花孔，钻身外壁上固定有下螺旋形刀片，有利于岩土体中
旋转钻进，有利于减小下行阻力；所述钻尖处于小尺寸旋转钻头尖端，为圆锥形构造，也可
根据不同工况选用不同钻尖类型，采用十字型钻尖或棱型钻尖。

[0017] 所述注浆内管管身段的螺旋形刀片称为上螺旋形刀片，所述小尺寸旋转钻头上的螺旋形刀片称为下螺旋形刀片，均为锋利钢叶片；当所述组合钻注管钻进岛礁不良地质时，
下螺旋形刀片辅助冠形钻头旋转钻进，切割破碎岩体或砂土体；当膜袋充填后，提升注浆内
管时上螺旋形刀片反向旋转切割膜袋段注浆凝固体，利于注浆内管顺利提升。

[0018] 所述膜袋材料优选合成纤维布，可根据工程具体情况选用双层合成纤维布，确保在外端套管拔出土体后膜袋的完好。在所述组合钻注管前进方向，通过膜袋定域重点加固
岛礁软弱破碎区域，当所述组合钻注管钻入到预定深度时，通过充填膜袋，挤密钻进区域珊
瑚砂或破碎岩体，提高地层强度和整体性，达到改良和加固地层作用。同时由于珊瑚砂地层
容易贯通海水，注浆时膜袋可起到控制浆液扩散范围、堵水防渗的作用，对岛礁地基中的溶
洞溶腔、破碎岩体等区域进行重点精准加固，大幅提高注浆有效性。

[0019] 注浆外管花孔设置在注浆外管四周，用于将加注的浆液注入破碎带地层，在绑扎膜袋管段设置花孔，用于将加注浆液混合注入膜袋；所述的注浆内管花孔设置在注浆内管
管身，开设位置对应所述注浆外管上的膜袋绑扎管段，以便有针对性地对膜袋注浆充填。

[0020] 在组合钻注管钻进岛礁软弱地层前，将各部件组合完成，且对注浆外管非膜袋绑扎管段的花孔使用直径略小的塑料套管进行内封闭，仅开放注浆外管上有膜袋管段的花
孔，实现对附带膜袋外管段的浆液有效引流，提高对膜袋注浆的精准性。将局部封孔后的注
浆外管与其他部件组合成一体，所述外端套管、注浆外管和注浆内管上端口通过封口钢扣
焊接固定为一体，使注浆外管固定在外端套管内部，注浆内管固定在注浆外管内部，所述组
合钻注管准备完成即可连接钻机。

[0021] 在组合钻注管钻进土体到达设计深度后，首先，将组合钻管上端口的封口钢扣拆除，接着低速反向旋转提升外端套管直至将其取出；其次，向注浆外管和注浆内管的环形空
腔内注入水玻璃浆液，向注浆内管内注入水泥基单液浆，注浆内管中水泥基单液浆在流经
绑扎膜袋管段时，通过注浆内管的花孔流出，与注浆外管内注入的水玻璃浆液在膜袋处充
分混合，水泥基单液浆与水玻璃浆液发生迅速胶凝反应后，迅速充填膜袋并使之快速膨胀，
使膜袋与注浆外管间形成一层浆屏层；待膜袋达到预设饱和程度后，控制注浆内管反向旋
转并向上提升，此时所述上螺旋形刀片切割管内浆液凝固体，并破碎封孔塑料套管，该过程
伴随一定量清水冲洗注浆管，使注浆外管花孔全部开放；注浆内管再次下放至设计深度，随
后向注浆内管和注浆外管泵送浆液，可选择注浆方式有：内管注单液浆、内管注双液浆、内
管和外管单、双液交替注浆。

[0022] 膜袋的注浆顺序为由远及近、依次充填。

[0023] 组合钻注管使用时，应将其安装在能够使其旋转上升与下降并加压的钻注机等设备上。

[0024] 本发明还提供用于岛礁软弱地层注浆加固的钻注一体施工方法，包括以下步骤：

[0025] 步骤1：地基勘探，标记孔位。清理地基表层，平整地基，确定钻孔位置并做好标记；

[0026] 步骤2：所述组合钻注管预制、组合。根据工程实际情况，设计本发明提出的组合钻注管的尺寸，选择钢管的材质，在工厂预制并做适当防腐处理；将所述组合钻注管运输至施
工现场，并检查各部位，采用略小直径塑料套管对注浆外管进行局部封孔，将外端套管、注
浆内管与注浆外管组合，使用封口钢扣固定；

[0027] 步骤3：钻孔。采用钻注机等设备将所述组合钻注管钻进到预计深度，组合钻注管一边旋转一边加压钻至预定深度，利用外端冠形钻头和小尺寸旋转钻头对岛礁软弱地层岩
土体进行钻进破碎；

[0028] 步骤4：回收外端套管。拆除组合钻注管上端口的封口钢扣，将外端套管低速反向旋转提升直至取出；

[0029] 步骤5：对膜袋进行定域注浆，进行岛礁破碎区域重点加固。向注浆外管与注浆内管间环形空腔泵注水玻璃浆液，向注浆内管泵注水泥基单液浆；水泥基单液浆与水玻璃在
膜袋处快速混合凝结膨胀，使各段膜袋充填，对岛礁软弱地层溶洞空腔、破碎等区域进行定
域重点注浆加固，待膜袋达到预定充填效果时停止膜袋注浆；

[0030] 步骤6：反向旋转上升注浆内管，进行清管。检查膜袋注浆效果，待双液浆凝固后，反向旋转提升注浆内管，并注入一定量清水冲洗，注浆内管的螺旋形刀片对组合钻注管内
浆液凝固体进行破碎，并将封孔塑料套管破碎（确保注浆外管花孔全部开放），为下一工序
做准备；

[0031] 步骤7：下放注浆内管并进行二次补注浆，边注浆边提升。再次下放注浆内管至设计深度，注浆内管从地基深处一边缓慢反向提升一边泵注浆液，直至注浆内管完全取出，此
过程对岛礁不良地质进行了二次全范围注浆加固；

[0032] 步骤8：回收外端套管和注浆内管进行下一孔位的钻孔准备。

[0033] 本发明有如下有益效果：

[0034] 1本发明适用于岛礁软弱地层等不良地质，珊瑚砂等软弱地层为南海岛礁主要地质，适用范围广，实用性强，能有效解决珊瑚砂等软弱地基松散、掉钻、浆液定域扩散难、加
固效果差、施工效率低等难题，有效保证了岛礁加固地基长期稳定性。

[0035] 2.本发明提出的用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管中，采用三管合一共同钻进的形式，相比单层钢钻管具有更好的安全性和稳定性，且所述外端套管与注浆内管可
多次有效循环利用，是一种操作简便、经济高效实用的方法。

[0036] 3.本发明提出的用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管中，采用冠形钻头与小尺寸旋转钻头共同钻进的方式，以钻注组合管自身为掘进工具旋转钻进，能实现反向旋转
提钻，并能实现提钻过程注浆加固施工，创建了新型钻注一体工艺，简化了工序。

[0037] 4.本发明提出的用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管及施工方法中，采用膜袋定域注浆加固技术，结合二次高压喷注扩散及加固方式，本发明中浆液扩散半径R超过6 
m，注浆效果好。通过绑扎在注浆外管上的膜袋注浆，膜袋膨胀挤密软弱岩土体，对软弱破碎
区域进行定域重点加固，注浆堵水效果好；与常规前进式注浆不同，本发明采用新型后退式
注浆，钻注一体，对不同深度、不同区域通过注浆内管喷注进行二次加固，无需多次复钻，有
效加固了珊瑚砂等岛礁软弱地基，减少了对岛礁软弱地基的扰动，既有效解决了常规全孔
一次性注浆加固长度短等问题，又避免了常规分段前进式注浆复钻率高、效率低、成本高等
问题，且优化了常规后退式注浆工艺复杂的问题，采用钻注一体化工艺，一次钻孔成型，接
着提升取出外端套管后通过充填膜袋，从而实现重点破碎区域定域注浆加固，最后旋转提
升注浆内管，实现二次补注浆，能够有效减少复钻量，经济环保，施工便捷。

附图说明

[0038] 图1为本发明的组合钻注管的结构示意图；

[0039] 图2为本发明的组合钻注管底部关键部位的剖面示意图；

[0040] 图3为本发明的施工方式示意图；

[0041] 图4 为本发明的图3中A处部位放大示意图；

[0042] 图5 为本发明的注浆效果俯视图；

[0043] 图6 为本发明的帷幕注浆效果正剖面图。

[0044] 图中标号：

[0045] 1、冠形钻头；2、外端套管管身；3、膜袋；4、钢丝；5、注浆外管花孔；6、注浆外管管身；7、小尺寸旋转钻头；8、封口钢扣；9、注浆内管花孔；10、注浆内管管身；11、钻尖；12、小尺
寸旋转钻头花孔；13、下螺旋形刀片；14、上螺旋形刀片；15、注浆钻孔位置；16、浆液扩散区
域。

具体实施方式

[0046] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0047] 本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术
上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生
的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本
说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明
了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容
下，当亦视为本发明可实施的范畴。

[0048] 如图1、2所示，本发明用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管，包括四部分：外端套管、注浆外管、注浆内管和膜袋。

[0049] 如图1、图2所示，所述外端套管包括外端套管管身2以及固定在其端部的冠形钻头1。所述注浆外管设在外端套管内，注浆外管管身6开设花孔5。所述膜袋3通过钢丝4绑扎于
注浆外管管身6外壁，与注浆外管形成一体，共同套设在外端套管管身2内部。注浆内管包括
注浆内管管身10、小尺寸旋转钻头7；所述注浆内管管身10为钢管，套设于注浆外管内部，管
身开设花孔9且末段管段固定上螺旋形刀片14；小尺寸旋转钻头7焊接于注浆内管管身10端
部。所述组合钻注管通过所述外端套管端部的冠形钻头1和所述注浆内管端部的小尺寸旋
转钻头7共同配合旋转钻进。

[0050] 外端套管管身2材质为钢管，其外径为100‑120 mm，优选108 mm，壁厚为0.5‑1 mm；所述注浆外管6为PVC管，其外径为80‑100 mm，优选100 mm，壁厚为0.5‑1 mm；注浆内管管身
10材质为钢管，其外径为30‑50 mm，优选50 mm，壁厚为0.5‑1 mm。

[0051] 如图2所示，冠形钻头1为金刚石材质的环状锯齿钻头，其外径略大于外端套管管身2外径，优选110 mm，其内径与外端套管管身2内径一致。冠形钻头1一方面锯齿锋利有助
于所述注浆组合管的下行，另一方面其内径略大于注浆外管管身6外径，起到外端套管反向
旋转拔出时不破坏膜袋3的作用。

[0052] 如图2所示，小尺寸旋转钻头7由钻尖11、小尺寸旋转钻头花孔12以及下螺旋形刀片13构成，利于岩土体中旋转钻进，有利于减小下行阻力；所述钻尖11处于小尺寸旋转钻头
7的尖端，为圆锥形构造，也可根据不同的工程情况选用不同的钻尖类型，采用十字型钻尖
或棱型钻尖。

[0053] 如图2所示，注浆内管管身10末段管段的螺旋形刀片称为上螺旋形刀片14，所述小尺寸旋转钻头7上的螺旋形刀片称为下螺旋形刀片13，均为锋利钢叶片；当所述钻组合钻注
管钻进岛礁软弱地层时，下螺旋形刀片13辅助冠形钻头1旋转钻进，切割破碎岩体或砂土
体；当膜袋3充填后，提升注浆内管时上螺旋形刀片14反向旋转切割膜袋3段注浆凝固体，利
于注浆内管顺利提升。

[0054] 膜袋3的材料优选合成纤维布，可根据工程具体情况选用双层合成纤维布，确保在外端套管拔出土体后膜袋的完好。在所述组合钻注管前进方向，通过膜袋3定域重点加固岛
礁软弱破碎区域，当所述组合钻注管钻入到预定深度时，通过充填膜袋3，挤密钻进软弱区
域，提高地层强度和整体性，达到改良和加固地层的作用。同时由于珊瑚砂等软弱地层容易
贯通海水，在向珊瑚砂等软弱地基深处注浆时，膜袋3可起到控制浆液扩散范围，堵水防渗
的作用，对岛礁软弱地层中的溶洞空腔、破碎岩体进行重点部位精准加固，提高注浆有效
性。

[0055] 注浆外管花孔5设置在注浆外管管身6四周，用于将加注的浆液注入破碎带地层，在绑扎膜袋3的管段设置的注浆外管花孔5用于将加注的浆液混合注入膜袋3；注浆内管花
孔9设置在注浆内管管身10四周，开设位置对应所述注浆外管管身6上的膜袋3绑扎管段，目
的是有针对性地对膜袋3进行注浆充填。

[0056] 在组合钻注管钻进岛礁软弱地层前，将各部件组合完成，且对注浆外管非膜袋绑扎管段的花孔5使用直径略小的塑料套管进行内封闭，仅开放注浆外管上有膜袋管段的花
孔，实现对注浆外管内浆液的引流，提高对膜袋3注浆的精准性。将局部封孔后的注浆外管
与其他部件组合成一体，所述外端套管、注浆外管和注浆内管上端口通过封口钢扣8焊接固
定为一体，使注浆外管固定在外端套管内部，注浆内管固定在注浆外管内部，所述组合钻注
管准备完成即可连接钻机。

[0057] 如图3所示，组合钻注管到达钻进设计深度后，首先，将组合钻注管上端口的封口钢扣8拆除，接着低速反向旋转提升外端套管直至将其取出；其次，如图4所示，向注浆外管
和注浆内管的环形空腔内注入水玻璃浆液，向注浆内管内注入水泥基单液浆，注浆内管水
泥基单液浆在流经绑扎有膜袋的管段时，通过注浆内管的花孔流出，与注浆外管注入的水
玻璃浆液在膜袋处充分混合并迅速发生胶凝反应，双液浆迅速充填膜袋使之膨胀，使得膜
袋与注浆外管之间形成一层浆屏层；待膜袋达到预设饱和程度后，注浆内管反向旋转提升，
此时所述上螺旋形刀片切割管内浆液凝固体，并破碎封孔塑料套管，并注入一定量水进行
清洗管孔，使注浆外管花孔全部开放；下一步注浆内管再次下放至设计深度，随后向注浆内
管和注浆外管较大压力泵注浆液，可选择注浆方式有：内管注单液浆、内管注双液浆、内管
和外管单‑双液交替注浆。本发明中二次高压泵注过程浆液扩散半径R超过6 m。

[0058] 实施例1：

[0059] 参见图3中步骤（1）‑（7），本发明还提供用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管及施工方法。

[0060] 前期准备工作：将所述组合钻注管运输至施工现场，并检查各部位，采用略小直径塑料套管对注浆外管进行局部封孔，使得注浆外管仅开放膜袋绑扎段的花孔，接着将外端
套管、注浆内管与注浆外管组合，使用封口钢扣固定；

[0061] 步骤（1）：钻孔。采用旋转钻注设备将所述组合钻注管钻进到预计深度，组合钻注管一边旋转一边加压打至预定深度，利用外端冠形钻头和小尺寸旋转钻头对珊瑚砂等岛礁
软弱地层岩土体进行钻进破碎；

[0062] 步骤（2）：回收外端套管。拆除组合钻注管上端口的封口钢扣，将外端套管低速反向旋转提升直至取出；

[0063] 步骤（3）：对膜袋注浆，进行破碎带定域重点加固。如图4所示，向注浆外管与注浆内管之间的环形空腔内泵送水玻璃浆液，向注浆内管管身泵送水泥基单液浆，水泥基单液
浆与水玻璃浆体积比优选3:1‑5:1，水泥浆液与水玻璃浆液在膜袋处迅速混合凝结，使各段
膜袋充填，对岛礁软弱地层空洞破碎处进行局部重点注浆加固，待膜袋达到预定充填效果
时停止注浆；

[0064] 步骤（4）：反向旋转上升注浆内管，进行清管。检查膜袋注浆效果，待浆液凝固后，反向旋转提升注浆内管，并伴随注入一定量清水，注浆内管上的螺旋形刀片对所述组合钻
注管内的浆液凝固体进行清理，并将封孔塑料套管破碎，使注浆外管花孔全部开放，为下一
工序做准备；

[0065] 步骤（5）：再次下放注浆内管至设计深度。

[0066] 步骤（6）‑（7）:向注浆内管内泵送纯水泥浆液，注浆内管从地基深处一边缓慢提升一边反向旋转注浆，直至注浆内管完全取出，此过程对岛礁软弱地层进行了二次全范围注
浆加固。

[0067] 如图5所示，步骤（6）‑（7）中浆液扩散半径R超过6 m，注浆内管和外端套管可多次有效循环使用，进行下一孔位的注浆加固，如图6为对岛礁软弱地层进行帷幕注浆的效果
图。

[0068] 实施例2：

[0069] 参见图3中步骤（1）‑（7），本发明还提供用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管及施工方法。

[0070] 实施例2的前期准备工作、步骤（1）‑（5）同实施例1。

[0071] 步骤（6）‑（7）:向注浆内管内泵送水泥基单液浆，向注浆外管与注浆内管间环形空腔注入水玻璃浆，水泥基单液浆与水玻璃浆体积比优选1:1‑3:1。注浆内管从地基深处一边
缓慢提升一边反向高压喷注，直至注浆内管完全取出，此过程对岛礁软弱地层进行了二次
全范围注浆加固。

[0072] 如图5所示，步骤（6）‑（7）中浆液扩散半径R最大可超过6 m，注浆内管和外端套管可多次有效循环使用，进行下一孔位的注浆加固，如图6为对岛礁软弱地层进行帷幕注浆的
效果图。

[0073] 实施例3：

[0074] 参见图3中步骤（1）‑（7），本发明还提供用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管及施工方法。

[0075] 实施例3的前期准备工作、步骤（1）‑（5）同实施例1。

[0076] 步骤（6）‑（7）:向注浆内管内泵送水泥‑水玻璃双液浆，水泥浆液与水玻璃浆液体积比优选1:1‑3:1。注浆内管从地基深处一边反向旋转注浆一边提升，直至注浆内管完全取
出，此过程对岛礁软弱地层进行了二次全范围注浆加固。

[0077] 如图5所示，步骤（6）‑（7）中浆液扩散半径R约为3‑6 m，注浆内管和外端套管可回收进行多次有效循环使用，进行下一孔位的注浆加固，如图6为对岛礁软弱地层进行帷幕注
浆的效果图。

[0078] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不
需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。