CN102325945A - 喷射注浆设备 - Google Patents

Abstract

装置用于形成具有非圆形横截面的固结土柱，并且包括井架（2，8），沿着平行于所述井架的轴线可移动并且可平移的旋转部件（3），从所述旋转部件（3）临时地能够被打开的一串中空杆（4），以及在一个或多个预定角范围内改变所述旋转部件的转速的装置。转子（21）被直接固定到所述一串杆中的其中一个杆并且操作地耦接到产生控制信号以响应于转子角位置改变旋转部件的转速的装置（20）。贯通夹具（10）被安装到旋转部件的可旋转心轴并且设置为具有锁定构件，该锁定构件可被激活以夹紧杆并且使杆与旋转部件成一体，并且可被去激活以释放杆从而允许旋转部件相对于杆移动。

Description

喷射注浆设备

技术领域

本发明涉及一种喷射注浆设备。

背景技术

被称作“喷射注浆”的技术在于，通过在非常高的压力下将胶凝浆喷射经过布置在管状杆柱的底部的喷口，固结土壤部分。喷射注浆系统随着时间已被开发以便满足该领域的所有需求，并且被区分用于所使用的多种流体（只有胶凝浆、胶凝浆加空气、胶凝浆加空气和水）、和用于改变固结土的直径从几十厘米到大于3m的操作参数。实施该处理的方法可被分为“连续的”或“分段的”。

在连续方法中，喷射主要通过组合杆的旋转和平移运动来发生；杆的转速、胶凝流体的压力、上升速率以及流率与待被产生的（圆）柱的直径、固结土所需的阻力、以及所选择的喷射注浆类型（单-、双-或三-流体类型）相关。

分段撤回式喷射方法与连续的方法不同，因为固结浆的喷射通过交替以下步骤来发生：在不拉出杆的情况下仅使杆旋转预设的一段时间，以及撤回步骤，执行成以便将喷口定位到上工作台。因此，柱状处理导致包括许多分段的固结土“弓形”。该系统的限制涉及仪器在机器的板上的部分，这更为复杂，并且在保持处理操作参数设定方面表现出更大的可变性。另一方面，旋转头部可能以与连续方法相比更快的方式被移动。然而，涉及到前述的头部冲程的“重启”限制仍然没有改变。

为了在使用喷射注浆法的背景中执行固结操作，通常达到15和50米之间范围的深度。对旋转头部(在本领域被定义为“旋转”，因为在钻孔过程中，它传递杆旋转所需的钻孔扭矩)可用的垂直行程通常都不足够，因为更普遍尺寸的设备零件典型地具有长度范围在4-7米的井架（mast）。有些特定的喷射注浆设备可能具有直至15-18m的冲程，但是这牵涉到重量、运输成本的问题，它们要求大的空间和好的平整土壤以及组装时间。而且，钻孔机，其不再是自动装配的，需求辅助起重机以便井架的所有处置步骤。

因此，为了达到设计深度，必须将杆增加到钻柱。然而，这是耗时和耗成本的操作，因为增加和移除杆的操作涉及将土壤引入到管道中的风险，并且因此涉及引发同一管道堵塞的风险。

在一些情况下，为了增加处理深度，使用井架延伸部，其容许容纳杆柱，所述杆柱比滑动有旋转部件的井架能够容纳的更长。在这种情况下，杆在旋转部件里穿过，旋转部件通过锁定装置拖拉杆。

在这种情况下，钻探和处理操作以杆的更多次“重启”来实施，从而达到指定的深度。当旋转头部达到引导井架的顶端点时，所谓的杆的“重启”被执行：钻柱被锁定并通过井架底座处的夹紧组件被临时悬垂。然后旋转头部执行向下的回行冲程，然后以新的上升和喷射步骤（喷射注浆）再次启动。

在该技术的一些主要应用领域，要求建立幕墙,其由部分重叠的喷射注浆构件形成（表面挖掘用的隔墙、用于筑坝的不透水的防护罩、临近的被埋面板、堰之间的不透接合部）。在这些情况中，具有水平截面的一系列固接土柱的实施会是成本有效的，其中所述水平截面不是圆形的，而替代地是细长的，典型地在幕墙或堰的对准方向上是细长的，以便具有更高水平的不透连接部的确定性。此外，细长的形状减少了为完成隔墙所需构件的数目，并因此减少了所需的接头的数目、相邻的“柱”的重叠部分的数目，同时由于待被注入孔中的固结材料的减少节约了时间和成本。

EP1862596A1公开了一种系统来实施具有细长形状的由旋转头部（或“旋转部件”）形成的固结土柱，其在旋转时驱动在其端部处终止的喷射头（或“监视器”）的杆柱，喷射头设置有用于将固结浆注入土壤的喷口。一种设备，包括固定到旋转头的旋转部分并且面对与旋转头部固定部分集成的近程传感器的突片，允许通过调制钻孔机液压回路的调节来激活不同的处理模式，以根据头部的瞬时角位置增加或减慢转速。固结土壤构件的水平尺寸随喷嘴的比能而变，并因此（在保持压力和流率恒定的情况下）随暴露到喷射的时间而变。在这种情况下，除了上升速度之外，暴露的时间由转速给定，以所述转速喷嘴碰撞待被固结的土壤本体。因此，转速与输入到土壤中的比能成反比。高比能值允许实施更大的处理直径。

在EP1862596A1中，喷口的角位置通过检测旋转部位角位置而得到。这个系统会在旋转部件和杆之间的角滑动运动发生时损失精度。这种问题在由于需要增加处理深度而使用井架延伸部时发生，该井架延伸部允许容纳比滑动有旋转部件的井架能够容许的更长的杆柱。在这种情况下，杆穿“过”旋转部件的内部，而不再直接固定到其上。因此，钻探运动从旋转部件到杆的传送通过第三构件的内插而发生，第三构件被称为贯通夹或者夹喷嘴，其从旋转部件接收旋转并将旋转通过基于楔的夹紧系统传递给杆，楔通过摩擦将这些旋转分量传给杆（其通常具有很好的圆柱形和光滑的外轮廓）。

在一些情况下，例如在杆上的夹的不充分夹紧的动作下，或者相同夹紧的松弛，这由于冲击和振动，或者由于这类地下操作的典型的突然过载（会瞬间停止工具，从而在运动传动系统上产生大的惯性），或者又由于位于楔表面上的齿的逐渐磨损，与杆直接接触，在所有这些情况下，在杆和夹楔之间的滑动发生，从而在杆和旋转部件之间发生滑动。将明白，在圆柱形柱的情况下，该缺点没有涉及惩罚，虽然具有细长构件，集成到杆的喷口位置的评价误差，产生了在水平方向上被拉长到不希望的方向的柱；这涉及相邻面板的不充分的共同穿透和连接，具有地下结构的不能透过的所致的损失。在这些缺陷被注意到的情况下，可以通过实施额外的钻探操作以及幕墙处理来修复。相反，在该缺陷没有被注意到的情况下，待被实施的结构的结构完整性可能要被折中，对成本具有很大的影响。

发明内容

本发明的目的是实施柱状喷射注浆固结操作，其具有非圆形的截面，与目前所能达到的相比具有更高的精度和深度。

这个和其他目的及优点通过具有在随附权利要求中限定的特征的设备来达到。

附图说明

现在将描述本发明的一些优选的但非限制性的实施方式。参考附图，附图中：

图1为用于实施喷射注浆固结操作的设备的正视图；

图2为组件的放大的透视图，该组件具有下部地安装在旋转部件的贯通夹具，以及上部和中间引导台车；

图3A-3C为图1中的设备的旋转部件和上部部件的从不同角度以放大尺寸的视图；

图4为形成图1中的设备部分的贯通夹具的部分截面、透视图；

图5为在钻探运动期间用于驱动杆的贯通夹具的夹紧楔的顶视图以及若干视图中的细节；

图6为具有井架延伸部的引导井架的顶视图，其设置有与杆同轴类型的起重器贯通夹具；

图7为图6的细节的放大图；

图8为图4的贯通夹具以及与其关联的旋转部件的透视图；

图9为用于检测杆的角位置的设备的透视图；

图10为与杆形成整体的环形物的透视图，其承载对于旋转传感器的激活必须的扇片；

图11为承载具有角域区的环形物的转子的顶视图，其中，可观察到通过环形物的相对转动可获得的宽度调节；

图12A-12E为表示用于组装钻柱的序列视图，其中重启操作显而易见；

图13、14以及15为用于间接探测杆的角位置的设备的透视图。

具体实施方式

首先参照图1，自推进车辆1承载在垂直位置竖立的钻探井架2（或“井架”），旋转部件3沿井架2滑动，示出在两个位置，升起（3’’）和下降(3’)。旋转部件用于在执行钻探和喷射注浆处理时将旋转和滑动运动(推拉)传递给一串杆4。旋转部件由关联的液压马达减速器组件5驱动。在图1中所表示的设备的总体结构被认为是总体公知的。因此，在本说明书的下文中，只有对于本发明实施的目的特别重要和关注的那些构件将以详细地方式描述。对于没有被详细地示出的部件和零件的实施，比如旋转头部的控制装置（例如，推拉系统），因此可以参照已知类型的任何喷射注浆装置。

上部台车（trolley）以6来标识，其沿着井架2滑动，并且能够将其运动也延伸到与基部井架2对齐的井架延伸部8（通常被实施为并且在这里表示为栈架）的长度。（多个）井架延伸部8用作将用于所述一串杆的引导件延伸超出基部井架2的长度的功能。这允许在具有总长度大于沿着基部井架2的旋转冲程的一串杆的情况下开始钻探，以在更大的深度执行钻探操作。如果仅使用基部井架2，则将必须中断在上升期间所执行的喷射处理，因为需要移除在钻探时为达到所要求的深度而增加的杆。处理的中断造成的问题在于，同一处理的整体性，以及喷口的角位置（深深地定位于土中，位于监视器上）和所增加的额外杆之间的参照的损失。上部台车6支承供应头7，该供应头7通过软管9将流体和浆引入一系列杆中的最顶端杆的上端。台车组件6，和供应头以及用于多种流体的其他供应和泵送装置，是本领域公知的，从而不需要在这里详细地描述它们。

有时，当基部井架以及井架延伸部的长度大（例如，超过20m）时，可以引入中间台车29，在图2中示出，其被布置在上部台车和旋转部件3之间。这种台车的目的是中断位于旋转部件上的杆自由长度，从而防止由给予的旋转运动而在串（杆）上发生的危险弯曲。为了引导杆4，中间台车29被提供为具有套管30，其使得串（杆）自由轴向以及旋转滑动运动。

在图4中以10来总体示出贯通夹具，其被安装在旋转部件3（在图3中为虚线）的可旋转心轴的底部。贯通夹具10的作用在于，在整个钻探和喷射注浆处理步骤中，使得杆4与心轴形成整体，以及在于，当需要执行杆的“重启”时，在串的全部组装步骤中，将杆从心轴移除，串的全部组装步骤将在以下在图12A-12E的序列被示出时更为清楚地被理解。该贯通夹具包括外部套管11，其通过液压起重器12可提升。该套管形成用于其组装的数对相反的耳13，一端被组装到起重器上，而相反的一端被组装到伸缩套管形状的滑动联接件14以保持套管11水平。该伸缩式调整变得很有必要，因为贯通夹具适于与不同直径的杆一起操作，该不同的直径达到由自由内部通道赋予的最大值，其与夹具的中心套筒15的内直径相等。不同直径的杆需要起重器的不同夹紧冲程，并且，为了保持成比例的作用力以及优化对杆的夹紧操作，系杆14的长度通过其中的伸缩式联接件被调节（例如，使用螺母螺钉系统，其被螺接以减少长度）。沿着中心套筒15提升套管11产生一系列楔形块16抵靠串杆的表面的径向夹紧(块16被楔形的推动支座25径向推动)。这些楔形块16大体适于夹紧仅一个杆直径，因为其表面被设计为封闭至多杆的外表面，从而确保该两个构件之间的最优夹紧，可从图5中看到。因此，所使用的不同的杆直径强制使楔16替换为对于处理使用的专用直径。优越地，贯通夹具有一系列凸凹构件17，其适于与形成在旋转部件端处的相应的凹处（没有示出）耦接，以将来自其的旋转运动传递给夹具。杆轴向运动分量由旋转部件经由推动表面27（推动杆）或紧固螺钉（撤回杆上的推力）传递给贯通夹具。贯通夹具，继而再次经由相同的楔形块16传递杆轴向运动，楔形块16仅通过相接触的表面16a之间的摩擦保持串锁定。为了这个目的，与杆的大体光滑柱面接触的楔形块表面16a处理成使得增加该两个构件之间的夹握：例如，该形状可具有齿形（在图5中可见）或者尖的插入物用于促进杆在楔上的保持。

在所示实施例的替代的实施例中，起重器12为两个或者多于两个。

在图6中，记录了贯通夹具10b，其中，起重器12为单个并且与杆同轴。在这种情况下，起重器运动（根据所赋予的控制，在打开期间和在关闭期间）引发楔状推动体25的轴向移位，楔状推动体25传递楔形块16的径向移位以便夹紧到杆4。

在图9中，用于检测关联到装置的杆的角位置的设备是可见的。近距传感器20牢固地固定到用于杆的引导上部台车6；在杆4上，具有扇片的转子21被锁定，在优选实施例中，该转子由两对相反的角扇片21’，21”组成，其中，每一对由相应的环形物22（上部）、23（下部）支撑。在图10中可以看到环形物22的细节，其中管状体具有适于允许杆4的通过的内圆筒形腔，并且在其周边上携载两个截然相对的扇片21’、21”，扇片21’、21”具有宽度减小的角形延伸部，并且大体适于待被执行的处理的类型。也可以看到对于将环形物22角形锁定在杆4上必需的用于插入径向榫销24的螺纹孔。通过相对于杆的表面锁定环形物22和23的径向榫销24，转子21与杆形成整体。该机械锁定或等效系统，或可拆除锁定系统（焊接、钎焊、粘合操作）在杆4和转子21之间建立了精确且安全的连接，单一地确定杆相对于转子、从而相对于扇片21’、22”的角位置。当杆4转动时，传感器20检测在其前面经过的转子扇片的存在（或缺失），并产生（或抑制）指示杆瞬时角位置的电信号。这个信号被提供到控制旋转部件转速的处理齿轮箱（没有示出），使其在喷口被定向为沿待被实施的隔墙的轴线时减速。反之亦然，当杆被定向为更低厚度的柱是充分的方向时，转速增加。

有效地，一旦杆串被安装，成对的扇片21’、21”的位置通过作用榫销24而相对于（多个）喷口的位置来调节。相应地，喷射注浆相对于扇片的位置的出口方向被单一地确定。因此，角宽度可然后通过将环形物23的扇片（例如，21’）重叠到环形物22的扇片（例如，21’）而被调节。如图11所示，在优选但非限制性的实施方式中，最小（min）宽度等于45°的扇片通过完全重叠扇片21’得到。另一方面，如图所示，等于90°的最大（max）宽度延伸部通过保持扇片相邻来得到。可以使用任何中间重叠位置。该宽度指示长度的持续时间，其中，喷嘴具有不同于转子不具有扇片时的速度。

由申请人实施的实验测试显示，扇片的理论定位需要被“偏置”以便说明机器（通常为液压的）的致动操作的滞后。即是，关于处理速度以及对于致动系统的暂时惯性，要求电信号的提前，在第一扇片的随后移位时，其在与杆的旋转方向相反的方向上必须转动若干度数（信号的提前）。一旦达到所要求的速度，它还要求提前（通常不等于前一提前）从而中断最低速度时的喷射。

在将杆的角位置转换为电信号的目的上，其他检测装置可被使用来代替上述的检测装置。在另外的实施方式中，杆旋转速度被处理为以渐进或连续的方式改变，代替离散方式。例如，在另一个实施方式中（如图13所示），检测装置包括摩擦机构，例如抵靠杆按压的橡皮辊35，以经受与串（柱）的旋转相反的旋转。在这种情况下，第二信号发射器31被设置，其固定到非旋转部件（例如，固定到上台车6）并且布置成靠近固定到杆的环形物，假定具有一个或多个凸凹构件或齿32’。在这些凸凹构件的每个的通道中，传感器被激发，所述传感器发射用于校正角度基准的信号，从而消除由第一发射器20积累的可能的滑动误差。这里描述的系统提供了安装连续类型发射器20的优点，因为其不再是通过突起的出现或消失而被脉冲式地激活。因此，在这种情况下，可以采用信号调制技术，其不仅能够改变两个极限值之间的速率并且还能管理随时间变化的所有瞬态。

在其他优选实施方式中，如图14和15所示，杆的角位置的检测装置包括齿轮机构34（图14），或者它包括挠性传动装置，如链条33（图15），其通过与杆整体旋转或随其总是同步的构件接收运动。在这种情况下，也可安装不同类型的编码器20，诸如那些基于电位计的特征来发射与其转子所采取的位置成比例的电信号的装置。杆的角向运动的调节允许得到实际上由不同半径的圆截面组成的任何形状的水平横截面或多或少被压缩和伸长的固结土柱。在另一没有被示出的不同的实施方式中，表示监视器喷口之一的瞬时角位置的信号由受限于监视器的发射器传递给安装在台车上的接收器。所获得的信号被传递给处理和控制装置，其调节杆串的转速。

在图12A-12E中，杆的加载序列被示出。在图12A中，旋转头部3被降低到标志杆2的基部，在位置3’中，随后，供应头7被螺接在第一杆4a的顶部并被固定到上台车6，第一杆4a通过诸如起重机或升降机的辅助设备（未示出）定位。贯通夹具10被关闭，即，起重器致动成使得楔夹持杆并且使其与夹具成一整体。第二夹具18，安装在井架基部，被打开以轴向释放杆；旋转部件被提升，并且杆4a随之提升。第二杆4b布置和锁定在井架上夹具中（图12B）；然后，旋转部件被降低以将第二杆4b螺接到先前固定到旋转部件的杆4a。这些螺接操作通过恰安装在夹具18上的螺接-拧松装置19来执行。一旦杆4a和4b被相互螺接，井架夹具再次打开，并且旋转头部被再次提升，与杆4a和4b一起（提升）。该操作序列被重复直到旋转部件到达沿井架的其最低端冲程(图12C)。此时，可以执行杆的重启步骤。杆被夹紧在井架夹具里。贯通夹具被打开，旋转部件被降低到位于井架2的基部处的其最低端冲程3’（图12D）。然后贯通夹具可以在上个被安装的杆上再次关闭，井架夹具18可被解锁，具有已经螺接的全部杆的旋转部件可以再次被提升，然后新的杆4e可布置在井架夹具中，继续直到当上部台车6到达井架延伸部8的顶端附近。

从上述序列，应明白贯通夹具是如何允许锁定以及自由滑动杆。因此，更简单和最普通的锁定系统通过摩擦系统来实施，所述摩擦系统将贯通夹具连接到杆的平滑柱形外表面。由于操作负荷的直接作用，由于致动系统并不是一直有效，以及处于直接接触的部件的磨损状态，该耦接经受相对旋转和相对滑动运动。

楔和杆之间的这些角滑动运动为正常的现象，应明白，杆的角基准，因此与杆一体的喷口的角基准丧失，并且如果在与旋转部件一体的构件上取得读数，则角位置的检测变得不精确。这引起在处理轴线上更长的旋转，从而使得所处理的土壤构件的重叠减少，其应该互相交叉，但在误差增加时会从相邻的构件彼此脱开。

本发明允许在控制杆的角旋转进而控制（多个）喷口位置的情况下实施非圆形状的深柱。贯通夹具允许增加处理深度，同时保持将固结喷射引导到所期望方向的能力。从经济角度，这个系统允许节约时间；实际上，角旋转对于完整的一转未被保持为恒定的角速度，但是至少在两个扇片中，宽度依赖于所期望的结果，旋转被加速。此外，达到了固结材料节约，因为与相应的圆柱形柱相比，喷射体积大大减少，并且这些有益的效果随着柱深度成比例地增加，所述柱深度通过使用贯通夹具可增加。

从实施角度来说，技术领域已知，其中需要钻探和有关的喷射注浆处理在接近水平的挖掘方向上被实施。在这种情况下，所使用的钻探机可为图中所示的（两种）类型，但是使用相对于垂直（方向）旋转的井架2操作，或者可为专用在隧道应用中的机器，通常公知为定位器，其具有专用的并且在与隧道轴线平行的方向可移动的井架。

在上下文中，为了实施深钻探操作，会需要通过使用延伸部和贯通夹具来执行柱状处理。上述发明也可以应用于这种类型的工作，无需对所描述的内容做任何修改。

Claims (13)

1. 一种喷射注浆设备，用于形成具有非圆形横截面的固结土柱，包括：

-井架（2，8），

-旋转部件（3），其沿平行于所述井架的轴线是能够移动的并且在围绕所述轴线旋转时能够控制，

-一串中空杆（4），其从所述旋转部件（3）临时地能够解锁，

-供给装置，其通过所述一串中空杆将固结流体浆喷射到土壤中，和

-用于在围绕所述轴线的至少一个预定角范围内改变所述旋转部件的转速的装置，

其特征在于，其还包括：

-转子（21），其直接地固定到所述一串杆的其中一个杆，并且操作地耦接到至少一个信号发生设备（20），安装到所述设备的非旋转部件（6），适于产生控制信号以便响应于转子的角位置来改变所述旋转部件的转速，和

-贯通夹具（10），其被安装到所述旋转部件的能够旋转的心轴，设置有锁定装置，所述锁定装置能够被激活以便夹紧杆并且使其与所述旋转部件成一体，并且能够被去激活以释放所述杆从而允许所述旋转部件相对于所述杆移动。

2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述贯通夹具包括：

主体（15），具有限定用于所述杆4的通道的圆筒形腔，

多个块（16），其成角度地分布在所述腔的周围并且能够移动到径向最内位置以至少部分突入到所述腔从而啮合和夹紧所述杆的外表面，

至少一个主体（25），其具有相对于所述轴线的尖锥形或圆锥形或倾斜表面并且作用在所述块（16）上；以及

至少一个驱动器（12），以移动所述一个主体或多个主体（25）从而将所述块（16）移位到所述径向最里的位置。

3. 根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述贯通夹具具有凸凹表面（17），适于与所述旋转部件的心轴的相应接触表面耦接，以将来自其的旋转运动传递给夹具。

4. 根据权利要求1或2或3的设备，其特征在于，所述贯通夹具具有位于与所述旋转部件的心轴的界面处并且被定向为横向于所述轴线以将轴向推力传递到心轴的表面（27）。

5. 根据前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，所述夹具通过轴向连接装置（26）连接到所述旋转部件的心轴从而将轴向拉力传递给所述心轴。

6. 根据前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，所述转子包括至少两个角形扇片，其相互角形位置是能够调节的。

7. 根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述转子（21）包括能够被固定在杆上的两个环形物（22，23），并且其中，每个环形物具有相应一对完全相反的角形扇片（21’，22’’）。

8. 根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述两个环形物（22，23）中的至少一个能够通过能够移动的紧固装置（24）固定到所述杆。

9. 根据权利要求1到6中任何一项所述的设备，其特征在于，所述杆（4）将其旋转运动传递到至少一个被驱动转子（35，35’，35’’），所述被驱动转子具有基本平行于所述杆的轴线的轴线，并且操作地关联到至少一个信号发生装置（20）。

10. 根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述杆（4）和所述被驱动转子（35，35’，35’’）是直接耦接的，例如通过带齿的轮。

11. 根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述杆（4）以及所述被驱动转子（35，35’，35’’）是间接耦接的，例如通过带齿的带。

12. 根据权利要求9所述的设备，其特征在于，存在至少一个第二信号发生设备（31），其在所述杆的每一转发射至少一个信号，通过这样，由所述第一信号发生装置（20）积累的可能的误差调整规零。

13. 根据前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，所述信号被发送给控制单元以便记录、显示以及处理所处理的信号。

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