CN107858870B - 铁路路基加固装置及铁路路基加固系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路路基加固装置及铁路路基加固系统，涉及铁路修护设备技术领域。该铁路路基加固装置包括钻杆、支撑部、护筒及喷嘴，钻杆用于与钻机连接，其内部设有输料腔；支撑部用于连接钻杆与护筒，使护筒套接于钻杆的底部；喷嘴的一端连接于钻杆的外壁，与钻杆的输料腔连通，喷嘴的另一端位于护筒的筒壁笼罩范围内。本发明的铁路路基加固装置，钻杆旋转，钻杆内的浆液由喷嘴喷出，切削并搅拌土体，护筒随钻杆一并旋转，保证高压浆液的破坏范围仅限在护筒内，防止基床表层被破坏，避免道砟落入浆液，避免道床结构被破坏，且对铁路路基的加固准确、均匀，解决了现有的旋喷桩容易破坏道床结构的问题，具有进行推广应用的价值。
Description
技术领域
本发明涉及铁路修护设备技术领域，特别是涉及一种铁路路基加固装置及铁路路基加固系统。
背景技术
目前，对于铁路路基的加固，或采用普通注浆加固，或采用斜向和水平旋喷桩加固。
普通注浆加固的土质适应性差，加固不均匀，效果不理想。
现有的旋喷桩，旋喷压力大，在基床表层浅部进行旋喷时，很容易冲破基床表层，使得道砟掉进旋喷桩内部，破坏道床结构，对道床扰动显著，作业难度大、效率低，易受多种施工因素的制约，质量不易控制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种铁路路基加固装置及铁路路基加固系统，解决现有技术中存在的旋喷桩容易破坏道床结构的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种铁路路基加固装置，包括钻杆、支撑部、护筒及喷嘴；
所述钻杆用于与钻机连接，其内部设有输料腔；
所述支撑部用于连接所述钻杆与所述护筒，使所述护筒套接于所述钻杆的底部；
所述喷嘴的一端连接于所述钻杆的外壁，与所述钻杆的输料腔连通，所述喷嘴的另一端位于所述护筒的筒壁笼罩范围内。
优选地，所述支撑部包块支撑叶片；
所述支撑叶片的一端连接于所述钻杆的外壁，所述支撑叶片的另一端连接于所述护筒的内壁。
该技术方案的技术效果在于：支撑叶片的全部或部分位于筒壁内，随钻杆一并转动，能够切削土体，搅拌水泥浆液与土颗粒，使二者混合均匀。
优选地，所述支撑叶片为长方体状。
该技术方案的技术效果在于：长方体状的支撑叶片结构简单，便于制造。
优选地，所述支撑叶片的侧面平行于所述钻杆的轴线。
该技术方案的技术效果在于：长方体状的支撑叶片所在的平面与钻杆的轴线相互平行，对土体进行切削的面积更大，能够更有效地搅拌水泥浆液与土颗粒。
优选地，所述支撑叶片的侧面与所述钻杆的轴线成夹角。
该技术方案的技术效果在于：长方体状的支撑叶片相对于钻杆倾斜，能够更加省力地切削土体。
优选地，所述支撑叶片为螺旋状。
该技术方案的技术效果在于：螺旋状的支撑叶片能够更好地切削土体，并且能够在切削的同时对土体进行翻动，有利于对水泥浆液与土颗粒的搅拌。
优选地，所述支撑叶片的数量为多个；
多个所述支撑叶片沿所述钻杆的周向均布。
该技术方案的技术效果在于：多个支撑叶片一并随钻杆转动，对土体的切削更加充分。
优选地，所述喷嘴垂直于所述钻杆的轴线。
该技术方案的技术效果在于：喷嘴与钻杆的轴线相互垂直，喷嘴喷出的高压浆液对土体进行切削，切削力矩大，切削作用明显。
优选地，所述喷嘴的一端连接于所述钻杆的外壁，所述喷嘴的另一端向所述钻杆的底部方向倾斜。
该技术方案的技术效果在于：喷嘴相对于钻杆向下倾斜设置，有利于浆液的流出，进而有利于有效地对土体进行切削。
本发明还提供一种铁路路基加固系统，包括钻机及如前述的铁路路基加固装置；
所述钻杆的顶部与所述钻机连接。
本发明提供的铁路路基加固装置及铁路路基加固系统，钻杆旋转，钻杆内的浆液由喷嘴喷出，切削并搅拌土体，护筒随钻杆一并旋转，保证浆液只能喷射在护筒内部，即保证高压浆液的破坏范围仅限在护筒内，防止浆液压力太大而使得切削土体的范围太大，从而防止基床表层被破坏，进而避免道砟落入浆液，避免道床结构被破坏，且对铁路路基的加固准确，加固效果均匀，解决了现有的旋喷桩容易破坏道床结构的问题，适于进行推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种铁路路基加固装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种铁路路基加固装置的整体结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的一种铁路路基加固装置的主视结构示意图；
图4为本发明实施例一提供的一种铁路路基加固装置的俯视结构示意图；
图5为导向孔轨迹的平面示意图；
图6为导向孔轨迹所在的铁路路基的断面示意图；
图7为单线铁路路基加固示意图；
图8为双线铁路路基加固示意图。
附图标记：
100-钻杆；200-支撑部；300-护筒；400-喷嘴；201-支撑叶片；
Ⅰ-道砟；Ⅱ-基床表层；Ⅲ-基床底层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
在本实施例的可选方案中，如图1、图2所示，本实施例提供的一种铁路路基加固装置，包括钻杆100、支撑部200、护筒300及喷嘴400；
钻杆100用于与钻机连接，其内部设有输料腔；
支撑部200用于连接钻杆100与护筒300，使护筒300套接于钻杆100的底部；
喷嘴400的一端连接于钻杆100的外壁，与钻杆100的输料腔连通，喷嘴400的另一端位于护筒300的筒壁笼罩范围内。
现有的用于铁路路基加固的旋喷结构，切削土体完全依靠的是大压力的水泥浆，一般为10-30MPa的压力，这样在基床表层浅部进行旋喷时，很容易造成压力太大而冲破基床表层，使得道砟掉进旋喷桩内部，从而破坏道床结构。
在本实施例中，钻杆100与钻机连接，输送水泥浆液,在与喷嘴400对应处设置护筒300，使得高压浆液的破坏范围仅限在护筒300范围内；并且，实际使用时，可在浆液内掺加速凝剂，保证浆液在从护筒300后方喷出之后处于塑性状态而不是流体状态。
本铁路路基加固装置综合了非开挖导向技术和高压旋喷技术，能够在道砟Ⅰ下部、基床表层Ⅱ进行浅部加固，不会破坏道砟Ⅰ；采用本加固装置，作业难度小、造价成本低，针对既有线路，能够对铁路路基病害区段进行非开挖加固，加固区域准确，加固效果均匀，选择性强、针对性强。
在本实施例的可选方案中，如图3、图4所示，支撑部200包块支撑叶片201；支撑叶片201的一端连接于钻杆100的外壁，支撑叶片201的另一端连接于护筒300的内壁。
在本实施例中，优选地，护筒300的上下两侧均设有支撑部200，使得本加固装置的整体结构更加稳定。
并且，支撑叶片201的部分位于筒壁内，随钻杆100一并转动，能够起到切削土体的作用，特别是护筒300下侧的支撑叶片201，尤其能够搅拌水泥浆液与土颗粒，使二者混合均匀。
在本实施例的可选方案中，支撑叶片201为长方体状。
在本实施例的可选方案中，支撑叶片201的侧面平行于钻杆100的轴线。
在本实施例中，长方体状的支撑叶片201所在的平面与钻杆100的轴线相互平行，能够以更大的面积对土体进行切削，更充分地搅拌水泥浆液与土颗粒。
在本实施例的可选方案中，支撑叶片201的数量为多个，多个支撑叶片201沿钻杆100的周向均布。
在本实施例中，多个支撑叶片201一并随钻杆100转动，对土体的切削更加充分；优选地，支撑叶片201的数量为3个，相邻支撑叶片201周向间隔120°，结构稳定。
在本实施例的可选方案中，喷嘴400垂直于钻杆100的轴线。
在本实施例中，在钻杆100的轴线方向上，喷嘴400与多个支撑叶片201之一对齐，使得喷嘴400所受到的土体的冲击力能够减少，有利于喷嘴400的位置稳定性，从而能够使得旋喷加固作业能够稳定地进行；喷嘴400与钻杆100的轴线相互垂直，喷嘴400喷出的高压浆液对土体进行切削，切削力矩大，切削作用明显。
在本实施例的可选方案中，所述护筒300的底部可设置有铲状凸起，用于切削土体。
需要说明的是，在应用本装置加固铁路路基时，预先设计好路基内导向孔轨迹，在路基外侧架设水平定向钻机，按照设计轨迹从路基边坡开孔进行导向钻进，形成导向孔，钻出路基边坡后更换钻头和高压泥浆泵，即更换为本装置，进行旋喷并回拖钻杆100，形成固结体对路基进行加固。
整个过程均在线下进行，并且孔径小，给浆压力可控，加固范围明确，对上部轨道扰动小，不干扰行车，列车可以正常运行。
具体地，如图5所示，AB段为第一造斜区段，BC段为加固区段，CD段第二造斜区段；α、β分别为钻杆100钻入角度和钻出角度；L1、L2分别为第一造斜区段和第二造斜区段长度，L为加固区长度；R1、R2分别为一造斜区段和第二造斜区段的造斜半径；h为钻孔点到钢轨正下方的水平距离。如图6所示，B为路基面宽度的一半，h1为加固体圆心到路基表面的高度，m为坡高比，h为加固体中心到路基边坡的水平距离，图1、2中的h、A代表的意义一致。如图7和图8所示，A为造斜区，B为加固区。
路基内导向孔轨迹设计方法为：
第一步，根据路基病害位置，确定加固区高度h1；
第二步，根据路基边坡坡高比1：m，计算h、△h，其中，h＝B+m·h1、
第三步，通过公式确定造斜半径，为了方便造斜，优选L1≥10m，α取10°-30°，第二造斜区的参数设计与第一造斜区一致；
第四步，加固区长度由病害区长度确定，从而完成导向孔轨迹设计。
钻机钻进以及旋喷工艺方法为：
在线下路基边坡一侧进行导向钻进，钻进轨迹在水平面内沿着轨道纵向，钻进轨迹分为三段，即第一造斜段、直线段、第二造斜段；
结合图5进行说明，A、D两点为路基边坡在同一水平线的两点，B、C两点处于钢轨的正下方；在A点确定：距离病害区的水平距离为L1，沿着边坡距离路基表面的距离为△h；在A点附近架设钻机，以一定的入射角α进行造斜钻进，钻进过程中钻杆100的位置以及钻头的方向均可以通过传感器获得，钻头到达B点后进行直线钻进直到C点，调整钻头进行第二段造斜钻进，到达D点以后，钻杆100钻出路基，完成导向孔成孔。加固区域为位于钢轨正下方的BC段。导向孔成孔之后，在钻杆100端部(D处)更换旋喷钻头，在A点附近更换高压注浆泵进行高压给浆，D端孔口进行封闭，防止浆液外流，边旋喷边回拖钻杆100，泥土与浆液在喷射流的作用下进行搅拌，最后形成固结体，钻杆100从A口拖出，并封闭A口完成旋喷加固。
路基加固的施工工序总结为：
第一步，导向孔轨迹设计；
第二步，确定路基开孔位置；
第三步，机具布置；
第四步，导向钻进成孔；
第五步，更换钻头旋喷回拖钻杆100；
第六步，孔口封堵现清理。
实施例二：
在本实施例的可选方案中，本实施例提供的一种铁路路基加固装置，包括钻杆100、支撑部200、护筒300及喷嘴400；钻杆100用于与钻机连接，其内部设有输料腔；支撑部200用于连接钻杆100与护筒300，使护筒300套接于钻杆100的底部；喷嘴400的一端连接于钻杆100的外壁，与钻杆100的输料腔连通，喷嘴400的另一端位于护筒300的筒壁笼罩范围内。
在本实施例的可选方案中，支撑部200包块支撑叶片201；支撑叶片201的一端连接于钻杆100的外壁，支撑叶片201的另一端连接于护筒300的内壁。
在本实施例中，护筒300的下侧设有支撑部200，并且，支撑叶片201的全部位于筒壁内，随钻杆100一并转动，能够起到切削土体的作用，还能够搅拌水泥浆液与土颗粒，使二者混合均匀。
在本实施例的可选方案中，支撑叶片201为长方体状。
在本实施例的可选方案中，支撑叶片201的侧面与钻杆100的轴线成夹角。
在本实施例中，相对于钻杆100的轴线倾斜的支撑叶片201，能够更加省力地切削土体。
在本实施例的可选方案中，喷嘴400的一端连接于钻杆100的外壁，喷嘴400的另一端向钻杆100的底部方向倾斜。
在本实施例中，喷嘴400相对于钻杆100向下倾斜设置，有利于浆液的流出，进而有利于有效地对土体进行切削。
具体地，喷嘴400可为两种结构形式：一是，喷嘴400整体为直线状，向下倾斜；二是，喷嘴400的出口端为弯曲状，且出口朝向斜下方。
实施例三：
在本实施例的可选方案中，区别于实施例一或实施例二，支撑叶片201为螺旋状。
在本实施例中，具体地，支撑叶片201的形状类似为螺旋桨叶片的形状，能够更好地切削土体，并且能够在切削的同时对土体进行翻动，有利于对水泥浆液与土颗粒的搅拌。
实施例四：
在本实施例的可选方案中，本实施例提供的一种铁路路基加固系统，包括钻机及如实施例一、实施例二或实施例三所述的铁路路基加固装置；钻杆100的顶部与钻机连接。
在本实施例中，钻机带动钻杆100转动，对铁路路基进行旋喷加固。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种铁路路基加固装置，其特征在于，包括钻杆、支撑部、护筒及喷嘴；
所述钻杆用于与钻机连接，其内部设有输料腔；
所述支撑部用于连接所述钻杆与所述护筒，使所述护筒套接于所述钻杆的底部；
所述喷嘴的一端连接于所述钻杆的外壁，与所述钻杆的输料腔连通，所述喷嘴的另一端位于所述护筒的筒壁笼罩范围内；
所述护筒的上下两侧均设有所述支撑部；
所述支撑部包括支撑叶片；
所述支撑叶片的一端连接于所述钻杆的外壁，所述支撑叶片的另一端连接于所述护筒的内壁；
所述支撑叶片的部分位于所述筒壁内，随所述钻杆一并转动，所述护筒下侧的所述支撑叶片能够起到切削土体的作用。
2.根据权利要求1所述的铁路路基加固装置，其特征在于，所述支撑叶片为长方体状。
3.根据权利要求2所述的铁路路基加固装置，其特征在于，所述支撑叶片的侧面平行于所述钻杆的轴线。
4.根据权利要求2所述的铁路路基加固装置，其特征在于，所述支撑叶片的侧面与所述钻杆的轴线成夹角。
5.根据权利要求1所述的铁路路基加固装置，其特征在于，所述支撑叶片为螺旋状。
6.根据权利要求1所述的铁路路基加固装置，其特征在于，所述支撑叶片的数量为多个；
多个所述支撑叶片沿所述钻杆的周向均布。
7.根据权利要求1所述的铁路路基加固装置，其特征在于，所述喷嘴垂直于所述钻杆的轴线。
8.根据权利要求1所述的铁路路基加固装置，其特征在于，所述喷嘴的一端连接于所述钻杆的外壁，所述喷嘴的另一端向所述钻杆的底部方向倾斜。
9.一种铁路路基加固系统，其特征在于，包括钻机及如权利要求1至8任一项所述的铁路路基加固装置；
所述钻杆的顶部与所述钻机连接。
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