CN108405584B - 一种污染土壤及地下水的高压注入装置及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种污染土壤及地下水的高压注入装置及车辆，高压注入装置包括：气体提供装置、第一药液提供装置、第二药液提供装置、第一药液注入装置、第二药液注入装置、注入部和气体压缩装置；通过气体提供装置和第一药液提供装置，将第一药液注入到第一药液注入装置中；通过气体提供装置和第二药液提供装置，将第二药液注入第二药液注入装置；进而通过第一药液注入装置和/或第二药液注入装置将第一药液和/或第二药液输送给注入部，气体压缩装置将气体输送给注入部，进而通过注入部将气体、第一药液和/或第二药液注入土壤中，解决了现有的管式破岩装置导致的地面刚度和地耐力降低而发生的表面隆起和相邻构造物的稳定性被破坏的问题。
Description
技术领域
本发明涉及土壤污染治理和高压喷射装置领域，特别涉及一种污染土壤及地下水的高压注入装置及车辆。
背景技术
破碎技术(fracturing)是一种土壤修复技术，向地盘内高压喷射水或空气，扩张土内间隔或形成新的破碎间隔，提高土壤的透过性，提高污染物质的提取及处理效率。它分为根据注入介质注入高压空气的空气破碎技术和注入水或泥浆的液压破碎技术。其中，
(1)空气破碎，将空气灌入破碎井(fracturing wells)，每隔规定深度间歇地吹入压缩空气(短时间，约20秒)，破碎地盘。
(2)水压破碎，注入流体可为水、沙、胶混合的浆。注入流体的压力超过一定界限后开始破碎，被破碎的空隙可以维持空隙、或者填充沙子等透过性强的物质。
破碎技术的条件包括：(1)气体或液体的注入材料的量远大于在土壤内的透水系数(intrinsic permeability)；(2)注入压力大于等于注入深度的所有压力(土壤压力、地下水的水深压力、地下水流速)。
注入方式包括：渗透注入、割裂注入和割裂渗透注入等。其中，渗透注入方式不改变土粒子的排列，多用于土质为沙土的领域，在透水系数为10-1cm/sec～10-2cm/sec时容易渗透，在透水系数为10-3cm/sec时会发生割裂。割裂注入方式多用于土质为沾土的领域。割裂渗透注入方式多用于在沙土中需提高注入速度的情形。
但是，现有的管式破岩装置会导致地面刚度和地耐力降低，进而发生表面隆起和相邻构造物的稳定性被破坏的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种污染土壤及地下水的高压注入装置及车辆，以解决现有的管式破岩装置导致的地面刚度和地耐力降低而发生的表面隆起和相邻构造物的稳定性被破坏的问题。
为了解决上述技术问题，依据本发明实施例的一个方面，提供了一种污染土壤及地下水的高压注入装置，包括：气体提供装置、第一药液提供装置、第二药液提供装置、第一药液注入装置、第二药液注入装置、注入部和气体压缩装置；
所述气体提供装置的气体输入端与气体源连通，所述气体提供装置的气体输出端分别与所述第一药液提供装置、所述第二药液提供装置、第一药液注入装置、第二药液注入装置的气体输入端连通；
所述第一药液提供装置的液体输出端与所述第一药液注入装置的液体注入端连通，所述第二药液提供装置的液体输出端与所述第二药液注入装置的液体注入端连通；所述气体压缩装置的气体输出端、所述第一药液注入装置的液体输出端和/或所述第二药液注入装置的液体输出端与所述注入部连通，注入部的至少部分插入到土壤中；
通过所述气体提供装置和所述第一药液提供装置，将第一药液注入到第一药液注入装置中；通过所述气体提供装置和所述第二药液提供装置，将所述第二药液注入第二药液注入装置；通过所述第一药液注入装置和/或所述第二药液注入装置将所述第一药液和/或所述第二药液输送给所述注入部，所述气体压缩装置将气体输送给所述注入部，通过所述注入部将气体、第一药液和/或第二药液注入土壤中。
可选地，所述第一药液提供装置包括：用于存储第一液体的第一药液存储箱和第一移送泵；
所述第一药液存储箱的液体输入端用于输入第二液体，通过所述第一药液存储箱将所述第一液体与所述第二液体混合形成第一药液；所述第一药液存储箱的液体输出端分别与所述第一移送泵的液体输入端和所述第一药液注入装置连通；
所述第一移送泵的液体输出端与所述第一药液注入装置连通，所述第一移送泵的气体输入端与所述气体提供装置的气体输入端连通。
可选地，所述第一药液提供装置还包括：设置在所述第一药液存储箱和第一移送泵之间的第一阀和第二阀，两端分别与所述气体提供装置的气体输出端和第一移送泵的气体输入端连通的第三阀，两端分别与所述第一移送泵的液体输出端和所述第一药液注入装置连通的第四阀，以及与所述第一移送泵的液体输出端连通的第一压力测量装置。
可选地，所述第二药液提供装置包括：用于存储第三液体的第二药液存储箱、用于存储第四液体的第三药液存储箱和第二移送泵；
所述第二药液存储箱的液体输入端用于注入第五液体，所述第二药液存储箱设置有搅拌部，所述第二药液存储箱将第三液体和注入的第五液体通过搅拌部进行搅拌形成第六液体；所述第二药液存储箱的液体输出端通过第一管道与所述第二移送泵的液体输入端连通；
所述第三药液存储箱的液体输入端用于注入第七液体，所述第七液体与所述第四液体混合形成第八液体，所述第三药液存储箱的液体输出端与所述第一管道的一端连通，所述第一管道的另一端与所述第二移送泵连通；所述第一管道用于将所述第六液体和第八液体混合形成第二药液，所述第一管道还与第二药液注入装置的液体输入端连通；
所述第二移送泵的气体输入端与所述气体提供装置的气体输出端连通，所述第二移送泵的液体输出端与所述第二药液注入装置连通，所述第二移送泵将所述第二药液注入所述第二药液注入装置中。
可选地，所述第二药液提供装置还包括：依次设置在所述第二药液存储箱的液体输出端和所述第二移送泵的液体输入端之间的第六阀、第七阀和第八阀，两端分别与所述气体提供装置的气体输出端和第二移送泵的气体输入端连通的第九阀，两端分别与所述第二药液注入装置的液体输入端和所述第二移送泵的液体输出端连通的第十阀；
所述第二药液提供装置还包括：依次设置在所述第三药液存储箱的液体输出端和所述第一管道一端之间的第十一阀和第十二阀以及与所述第二移送泵的液体输出端连通的第二压力测量装置。
可选地，所述第一药液注入装置包括：用于存储所述第一药液的第三药液存储箱和第三移送泵；
所述第四药液存储箱的液体输入端与所述第一药液提供装置的液体输出端连通，所述第四药液存储箱的液体输出端与所述第三移送泵的液体输入端连通；
所述第三移送泵的液体输入端还与所述第一药液注入装置连通，所述第三移送泵的气体输入端与所述气体提供装置的气体输出端连通，所述第三移送泵的液体输出端分别与所述第一药液注入装置的液体输出端和所述注入部连通；
所述第二药液注入装置包括：用于存储所述第二药液的第五药液存储箱和第四移送泵；
所述第五药液存储箱的液体输入端与所述第二药液提供装置的液体输出端连通，所述第五药液存储箱的液体输出端与所述第四移送泵的液体输入端连通；
所述第四移送泵的液体输出端还与所述第二药液提供装置连通，所述第四移送泵的气体输入端分别与所述注入部和所述气体提供装置的气体输出端连通。可选地，所述第一药液注入装置还包括：依次设置在所述第四药液存储箱的液体输出端和所述第三移送泵的液体输入端之间的第二十阀和第二十一阀、与所述第一药液提供装置的液体输出端连通的第二十二阀、两端分别与所述注入部和所述第三移送泵的液体输出端连通的第二十三阀，依次设置在所述气体提供装置的气体输出端和所述第三移送泵的气体输入端之间的第二十四阀、第一流体调和器以及第二十五阀、在第一药液提供装置的液体输出端和第三移送泵的液体输入端之间的第二十六阀，以及与所述第三移送泵的液体输出端连通的第三压力测量装置。
可选地，所述第二药液注入装置还包括：依次设置在所述第五药液存储箱的液体输出端和所述第四移送泵的液体输入端之间的第三十阀和第三十一阀、与所述第二药液提供装置的液体输出端连通的第三十二阀、与所述第四移送泵的液体输出端连通的第三十三阀，依次设置在所述气体提供装置的气体输出端和所述第四移送泵的气体输入端之间的第三十四阀、第二流体调和器和第三十五阀，以及与所述第四移送泵的液体输出端连通的第四压力测量装置。
可选地，所述第一药液和第二药液分别为过氧化氢、硫酸亚铁、高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸钙或高锰酸镁溶液。
依据本发明实施例的另一方面，还提供了一种车辆，包括如上所述的污染土壤及地下水的高压注入装置。
本发明的实施例具有如下有益效果：
在本发明实施例中，污染土壤及地下水的高压注入装置通过注入部对土壤进行冲压和粉碎，并将高压气体、第一药液和/或第二药液注入污染土壤中，通过高压气体快速地将第一药液和/或第二药液输送到污染土壤内部，可增加注入部与污染土壤的碰撞力以及第一药液和/或第二药液与污染土壤中污染物反应的机会，这样可使得地面结构的损坏达到最小化，解决了现有的管式破岩装置导致的地面刚度和地耐力降低而发生的表面隆起和相邻构造物的稳定性被破坏的问题，可更加有效地对污染土壤进行修复。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种污染土壤及地下水的高压注入装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种高压注入第一药液和/或第二药液后药液传递半径的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种渗透系数变化的结果的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种穿透深度和穿透时间的结果的示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
参见图1，本发明实施例提供了一种污染土壤及地下水的高压注入装置,该高压注入装置包括：气体提供装置1、第一药液提供装置2、第二药液提供装置3、第一药液注入装置4、第二药液注入装置5、气体压缩装置6和注入部7。其中，
该气体提供装置1的气体输入端与气体源连通，气体提供装置1的气体输出端分别与第一药液提供装置2、第二药液提供装置3、第一药液注入装置4、第二药液注入装置5的气体输入端连通；
该第一药液提供装置2的液体输出端与第一药液注入装置4的液体注入端连通，第二药液提供装置3的液体输出端与第二药液注入装置5的液体注入端连通；气体压缩装置6的气体输出端、第一药液注入装置4的液体输出端和/或第二药液注入装置5的液体输出端与注入部7连通，注入部7的至少部分插入到土壤中；
通过气体提供装置1和第一药液提供装置2，将第一药液注入到第一药液注入装置4中；通过气体提供装置1和第二药液提供装置3，将第二药液注入第二药液注入装置5；通过第一药液注入装置4和/或第二药液注入装置5将第一药液和/或第二药液输送给注入部7，气体压缩装置6将气体输送给注入部7，通过注入部7将气体、第一药液和/或第二药液注入土壤中。
需要说明的是，所述第一药液和第二药液分别为过氧化氢、硫酸亚铁、高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸钙或高锰酸镁溶液。可以提前准备一种或多种药液，并根据情况选择使用药液，例如，可根据土壤中需要处理的污染物的种类来确定需要向土壤中注入的药液，可以理解的是，可根据土壤物理特性来选择向土壤中注入第一药液和/或第二药液，当然并不仅限于此。
可选地，染土壤及地下水的高压注入装置的扩散半径可为0.5m～3.5m，药剂的注射压力可为20MPa～30MPa，压缩空气注射压力可为0.3MPa～0.8MPa，药剂注射流量可为20L/min～120L/min。需要说明的是，以上有关该高压注入装置的注射参数的描述只是示例并非限定。
在本发明实施例中，污染土壤及地下水的高压注入装置通过注入部7对土壤进行冲压和粉碎，并将高压气体、第一药液和/或第二药液注入污染土壤中，通过高压气体快速地将第一药液和/或第二药液输送到污染土壤内部，可增加注入部与污染土壤的碰撞力以及第一药液和/或第二药液与污染土壤中污染物反应的机会，这样可使得地面结构的损坏达到最小化，解决了现有的管式破岩装置导致的地面刚度和地耐力降低而发生的表面隆起和相邻构造物的稳定性被破坏的问题，可更加有效地对污染土壤进行修复。
进一步地，注入部7包括喷嘴，该喷嘴包括：用于垂直掘进的推进孔，水平割裂的剪断破碎孔以及螺纹连接的中孔杆(1m～1.5m)，剪断破碎孔的数量可为3～6个，当然并不仅限于此。
在本发明实施例中，该高压注入装置通过使用喷嘴，无需设置管井，可以直接进行挖掘及破碎，因而可缩短修复施工的时间，并可降低修复的成本。
另外，该高压注入装置采用能够较少地受到净化材料(例如，第一药液和/或第二药液)的腐蚀性、粘性等化学物性的材料和结构，该高压注入装置还采用压力驱动方式，且该高压注入装置能够混合或配合使用各种净化材料，该高压注入装置能够适用于各种土壤污染物质。例如，该高压注入装置可适用于低渗透性污染土壤和地下水的原位化学氧化还原、稳定化等修复，当然并不仅限于此。
继续参见图1，可选地，第一药液提供装置2包括：用于存储第一液体的第一药液存储箱21以及第一移送泵22。其中，
第一药液存储箱21的液体输入端用于输入第二液体，通过第一药液存储箱21将第一液体与第二液体混合形成第一药液；第一药液存储箱21的液体输出端分别与第一移送泵22的液体输入端和第一药液注入装置4连通；第一移送泵22的液体输出端与第一药液注入装置4的液体输入端连通，第一移送泵22的气体输入端与气体提供装置1的气体输入端连通。
可选地，第一液体可为固化剂，第二液体可为H202，当然并不仅限于此。
继续参见图1，可选地，第一药液提供装置2还包括：设置在第一药液存储箱21和第一移送泵22之间的第一阀23和第二阀24，两端分别与气体提供装置1的气体输出端和第一移送泵22的气体输入端连通的第三阀25，两端分别与第一移送泵22的液体输出端和第一药液注入装置4连通的第四阀26以及与第一移送泵22的液体输出端连通的第一压力测量装置27。
可选地，第一压力测量装置27用于测量第一药液在移送过程中的压力。第一压力测量装置27可为密闭型的压力计，第一压力测量装置27可选用耐蚀性的材质，例如不锈钢，当然并不仅限于此。
继续参见图1，在第一阀23和第二阀24之间设置有直线配管，所述直线配管可保证从第一药液存储箱21到第一移送泵22导入第一药液的连接部位的配管形状为直线，其中，所述直线配管可为钢管(例如，不锈钢管)等。
可选地，第一药液存储箱21还设置有第一液位测量器28，第一液位测量器28用于测量第一药液的在第一药液存储箱21中的液位。
继续参见图1，可选地，第二药液提供装置3包括：用于存储第三液体的第二药液存储箱30、用于存储第四液体的第三药液存储箱31和第二移送泵32；
第二药液存储箱30的液体输入端用于注入第五液体，第二药液存储箱30设置有搅拌部，第二药液存储箱30将第三液体和注入的第五液体通过搅拌部311进行搅拌形成第六液体；第二药液存储箱30的液体输出端通过第一管道与第二移送泵的液体输入端连通；第三药液存储箱31的液体输入端用于注入第七液体，第七液体与第四液体混合形成第八液体，第三药液存储箱31的液体输出端与第一管道的一端连通，第一管道的另一端与第二移送泵连通；第一管道用于将第六液体和第八液体混合形成第二药液，第一管道还与第二药液注入装置5的液体输入端连通；第二移送泵的气体输入端与气体提供装置1的气体输出端连通，第二移送泵的液体输出端与第二药液注入装置5连通，第二移送泵将第二药液注入第二药液注入装置5中。
其中，搅拌部311包括：马达(Motor)、驱动轴(Shaft)和旋转叶片(Blade)等。搅拌部311可用于第五液体为混合物或需要将第一药液的含量调整为一定浓度时，将第五液体和第三液体均匀混合。
在本发明实施例中，第四液体、第五液体和第七液体可为水，例如，工业用水。第三液体可为硫酸亚铁(FeSO4)溶液，需要说明的是，以上有关第三液体、第四液体、第五液体和第七液体成份的描述只是示例并非限定，可以理解的是，在本发明实施例并不具体限定第三液体、第四液体、第五液体和第七液体的成份。
可选地，继续参见图1，第二药液提供装置3还包括：依次设置在第二药液存储箱30的液体输出端和第二移送泵的液体输入端之间的第六阀33、第七阀34和第八阀35，两端分别与气体提供装置1的气体输出端和第二移送泵的气体输入端连通的第九阀36，两端分别与第二药液注入装置5的液体输入端和第二移送泵的液体输出端连通的第十阀37；
第二药液提供装置3还包括：依次设置在第三药液存储箱31的液体输出端和第一管道一端之间的第十一阀38和第十二阀39以及与第二移送泵的液体输出端连通的第二压力测量装置310。
可选地，第二压力测量装置310用于测量第二药液在移送过程中的压力。第二压力测量装置310可为密闭型的压力计，第二压力测量装置310可选用耐蚀性的材质，例如不锈钢，当然并不仅限于此。
继续参见图1，在第六阀和第七阀之间设置有直线配管，所述直线配管可保证从第二药液存储箱30到第二移送泵的连接部位的配管形状为直线。类似地，在第十一阀38和第十二阀39之间设置有直线配管。其中，所述直线配管可为钢管(例如，不锈钢管)等。
可选地，第二药液存储箱30还设置有第二液位测量器301，第二液位测量器301用于确认第六液体的在第二药液存储箱30中的储存状态。类似地，第三药液存储箱31还设置有第三液位测量器312，第三液位测量器312用于确认第八液体的在第一药液存储箱21中的储存状态。
继续参见图1，可选地，第一药液注入装置4包括：用于存储第一药液的第四药液存储箱41和第三移送泵42；
第四药液存储箱41的液体输入端与第一药液提供装置2的液体输出端连通，第四药液存储箱41的液体输出端与第三移送泵的液体输入端连通；
第三移送泵42的液体输入端还与第一药液注入装置4连通，第三移送泵42的气体输入端与气体提供装置1的气体输出端连通，第三移送泵42的液体输出端分别与第一药液注入装置4的液体输出端和注入部7连通。
继续参见图1，可选地，第一药液注入装置4还包括：依次设置在第四药液存储箱41的液体输出端和第三移送泵的液体输入端之间的第二十阀43和第二十一阀44、与第一药液提供装置2的液体输出端连通的第二十二阀45、两端分别与注入部7和第三移送泵的液体输出端连通的第二十三阀46，依次设置在气体提供装置1的气体输出端和第三移送泵的气体输入端之间的第二十四阀47、第一流体调和器48以及第二十五阀49、在第一药液提供装置2的液体输出端和第三移送泵的液体输入端之间的第二十六阀410、与第三移送泵的液体输出端连通的第三压力测量装置411，以及在第一药液提供装置2和第三移送泵的液体输入端之间的第二十七阀412。
其中，第一流体调和器48包括：过滤器(Air filter)、压力调整器(Airregulator)等。第一流体调和器48用于将大气中的空气处理为适合空压系统(Pneumaticsystem)的流体媒介。
可选地，第三压力测量装置411可为封闭型的压力计，第三压力测量装置411可选用抗腐蚀的材质。
继续参见图1，可选地，第二药液注入装置5包括：用于存储第二药液的第五药液存储箱51和第四移送泵52。
其中，第五药液存储箱51的液体输入端与第二药液提供装置3的液体输出端连通，第五药液存储箱51的液体输出端与第四移送泵52的液体输入端连通；第四移送泵52的液体输出端还与第二药液提供装置3连通，第四移送泵52的气体输入端分别与注入部7和气体提供装置1的气体输出端连通。
继续参见图1，可选地，第二药液注入装置5还包括：依次设置在第五药液存储箱51的液体输出端和第四移送泵52的液体输入端之间的第三十阀53和第三十一阀54、与第二药液提供装置3的液体输出端连通的第三十二阀55、与第四移送泵52的液体输出端连通的第三十三阀56、依次设置在气体提供装置1的气体输出端和第四移送泵52的气体输入端之间的第三十四阀57、第二流体调和器58和第三十五阀59、与第四移送泵52的液体输出端连通的第四压力测量装置510、两端分别与第二药液提供装置3的液体输出端和第四移送泵52的液体输出端连通的第三十六阀511，以及两端分别与第二药液提供装置3和第四移送泵52的液体输入端连通的第三十七阀512。
继续参见图1，气体压缩装置6包括空气压缩机61，当然并不仅限于此。
继续参见图1，可选地，气体提供装置1包括：第四十阀11、第四十一阀12、第三流体调和器13、第四十二阀14、第四流体调和器15以及第四十三阀16；
第四十阀11的一端与气体源连通，第四十阀11的另一端分别与第四十一阀12的一端、第四十二阀14一端和第四十三阀16一端连通；
第四十一阀12的另一端与第一药液注入装置4的气体输入端和第二药液注入装置5的气体输入端连通；
第四十二阀14另一端与第三流体调和器13的一端连通，第三流体调和器13的另一端分别与第一药液提供装置2的气体输入端和第二药液提供装置3的气体输入端连通；
第四十三阀16另一端与第四流体调和器15的一端连通，第四流体调和器15的另一端与第二药液提供装置3连通。
在本发明实施例中，以上各个部件可采用柔性高压软管连接或注射杆连接，在高压软管与注射杆之间的连接部分可设置软管接头。另外，第一药液存储箱21、第二药液存储箱30、第三药液存储箱31、第四药液存储箱41和第五药液存储箱51由具有耐腐蚀性和耐碱性的材料制成，并且当应用化学氧化方法时，第一药液存储箱21、第二药液存储箱30、第三药液存储箱31、第四药液存储箱41和第五药液存储箱51能够储存表面活性剂、催化剂的混合溶液、氧化剂和pH缓冲液/溶液的混合溶液。
在发明实施例中，通过气体提供装置1、第一药液提供装置2、第二药液提供装置3、第一药液注入装置4、第二药液注入装置5，将有机和/或无机净化材料维持或制成液体状态，通过使用喷嘴直接渗透到污染的土壤中，从而可以清洁和稳定污染的土壤。
同时，本发明实施例还提供了一种车辆，包括如图1所示的污染土壤及地下水的高压注入装置。该高注入装置安装在车辆上，通过车辆搭载的方式为该高注入装置提供动力。
为了更加精确地注入第一药液和/或第二药液，需要研究和分析与引起挤压现象的岩土机制有关的因素来确定合适的压力和流量的范围，接下来对注入量、喷射范围和注射速率等的求解过程进行说明。
1.剂量估算的确定；
(1)注入量(或称为喷射量)计算公式为
Q＝V·λ(1+β/100)/100＝V·n·α(1+β/100)/10000
其中，Q＝喷射量；V＝喷射范围的体积；λ＝喷射率(％)；n＝空隙率(％)；α＝填充率(％)；β＝损失率(％)。
(2)喷射量与喷射范围的关系；
实际注入的范围和设计的注入范围大不相同。因此，由于设计时的喷射量Q很可能与实际喷射量不同，因此难以根据空隙率(n)获得的填充率和在可能经历脉动喷射(脉冲形状喷射)的地面情况下的填充率，根据目的来计算商得到喷射量应通过注射试验进行校正。一般来说，由于喷射引起的损耗因子是设计喷射范围的10％至30％。
如上表1所示，传统的液压式破碎机(包括封隔器)在含有低渗透性粘土的地层中效果不佳，并且在超压和流速下注入导致地面的崛起和上部结构的稳定性降低。
表1：通常的按地基、目的、施工方法分类的注入件的注入率
2.射速率和注射压力；
考虑地面特性、注入方法、注入材料以及对邻近结构的影响，可以确定注入速率，以便可以进行均匀注入。特别是，在考虑对邻近结构或周围地面的影响时，有必要限制最大注射压力。
(1)射速率；
一般情况下，溶液型的注入量为8L/min～20L/min，悬浮型注入量为20L/min～30L/min。为了防止由于波动造成的地面破坏，应以较低的注入速率注入凝胶时间较长的注入材料。
(2)注射压力；
一般而言，在设计阶段没有特别检查喷射压力，但在下列情况下应设定最大喷射压力。
1)表面高程；
2)在地下的情况下；
3)在隧道开挖期间，预计隧道灌浆期间由于断裂造成的主要支撑材料受损；
4)如果有相邻的结构；
5)其他设计限制了注射压力。
其中，通常将注入压力控制在比孔隙水压力低3倍至5倍，并且在低于孔隙水压力的压力下理论注入是不可能的。参见如下公式
U<P<(3～5)U(3.7)
其中，P＝注射压力，U＝孔隙水压力。
设置注射压力以保证周围结构的安全性，当可能对结构产生不利影响时，建议增加凝胶时间并用较小的注射压力降低注射速率。
现场喷射试验应在主要建筑物附近进行，或在地下桩存在高度损坏风险的情况下进行，如果现场喷射试验未进行，则应进行预喷射试验以设定适当的喷射压力。
表2所示为直接剪切试验的结果。在剪切试验中，剪切箱直径为60mm时，试验后除去最大粒径为10mm以上的颗粒，注入流量为5L/min，注射压力为300bar时，附着力为0.21kg/cm2～0.27kg/cm2，摩擦角为34.3°～36.2°。直接剪切试验后，粘附力和摩擦角均减小，由于注入破坏，土体结构变形同时减弱。由于达不到破坏标准，因此认为对地基结构或地基的沉降几乎没有担忧。
表2 直接剪切试验的结果
表3显示了化学溶液注射实验的结果，通过表3的数据可以比较注射量和流量。参见表3，每个样品的注射量均为500mL，流出量分别为356mL，367mL和376mL。由此认为注射量和流量之间的差异是由于化学溶液残留在样品中，并且导致裂缝和渗透保持在间隙之间引起的。剩余的化学液体可能与污染物发生反应，并可能具有分解或稳定作用。
表3 化学溶液注射实验的结果
| 位置 | 注射量(ml) | 流量(ml) |
| 1 | 500 | 356 |
| 2 | 500 | 367 |
| 3 | 500 | 376 |
在本发明实施例中，可根据地面的物理特性选择化学溶液适当的压力和流速。但是，如果样品和注射夹具之间的压力不够或者压力和流量不合适，则化学液体流向样品表面。可通过在横截面上暴露的间隙的湿度，确认化学溶液的渗透是可行的。
图2为高压注入第一药液和/或第二药液后药液传递半径的示意图，参见图2所示，中间黑色圆圈是高压注入位置，图2所示的MW为观测井的识别符号，周围空心圆圈是观测井的布置位置。以注入位置为中心共设置了8个观测井，按各距离分为深度1m和2m的两种观察位置，参见图2中相同半径距离的有两个点。
Rowe Cell(罗细胞)进行的化学溶液注入实验是一种使用化学注入夹具将化学品注入模拟地面的实验。在本发明实施例中，可使用Rowe Cell进行的化学溶液注入实验来验证本发明实施例的高压注入装置的可行性，表4是Rowe Cell的化学溶液注入试验前后的垂直方向透过试验的结果表，参见表4，在距离注入点0.60m，0.80m，1.00m的位置进行化学溶液注入试验，初始渗透系数根据土壤的不均匀性而不同。然而，在断裂测试之后，每个样品的渗透系数由于距离的增加而略微增加。
表4 Rowe Cell的化学溶液注入试验前后的垂直方向透过试验的结果
图3显示了渗透系数变化的结果。图3示出基于在5L/min的注入流量和300bar的注入压力的条件下，根据获得的渗透率变化的结果估计的净化材料的影响半径，并且最大影响半径估计为约1.65m。
图4显示了评估高压喷射装置的穿透深度和穿透时间的结果。图4表示通过喷射液体制剂以5000psi的排出压力和7L/min的化学液体流速，通过喷嘴直接刺穿地面来评价穿透深度和泵送速度随时间的结果。结果表明，虽然土层存在差异，但开挖速度约为28.7cm/min，根据目标土壤的均匀性不同，开挖深度可能不同，通过多次评估，在最大指数下能够推高到8米。
在本发明实施例中，污染土壤及地下水的高压注入装置采用了适用于低透水地基的高压注入压力，并精密地分析破碎原理并调整流量，从而显著降低地基隆起、上部构造物的稳定性被破坏等的可能性，在进行生产工作的产业现场也能发挥稳定且较高的净化效率。
由于本发明实施例的高压注入装置可以直接将污染物质直接供应到污染土壤中，污染物质可以通过直接化学反应而分解或稳定化，因此与其他挖掘净化方法和通过物理现象移动介质的方法相比，可以预期。
另一方面，该高压注入装置可以容易地控制注入的化学剂量、注射压力等，使得有机/无机污染控制材料(例如，第一药液和/或第二药液)可以自由选择并引入到污染地中。
另外，由于高压喷射装置能够将污染的清洁材料直接供应到地面的期望位置，因此可以不区分诸如污染土壤和污染地下水的介质，执行相同的清洁工作，在该高压注入设备中可增加缓速器，可减少由于清洁材料的反应速率造成的损失。
特别是，该高压喷射装置可安装在车辆上以提高进入污染场所的容易性，并可采用车辆搭载提供动力，该高压喷射装置为适合于地面条件的低流量结构，可以显着降低地面上升的影响并提高上部结构的稳定性，该高压喷射装置是一种安全和方便的净化修复设备。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种污染土壤及地下水的高压注入装置，其特征在于，包括：气体提供装置、第一药液提供装置、第二药液提供装置、第一药液注入装置、第二药液注入装置、注入部和气体压缩装置；
所述气体提供装置的气体输入端与气体源连通，所述气体提供装置的气体输出端分别与所述第一药液提供装置、所述第二药液提供装置、第一药液注入装置、第二药液注入装置的气体输入端连通；
所述第一药液提供装置的液体输出端与所述第一药液注入装置的液体注入端连通，所述第二药液提供装置的液体输出端与所述第二药液注入装置的液体注入端连通；所述气体压缩装置的气体输出端、所述第一药液注入装置的液体输出端和/或所述第二药液注入装置的液体输出端与所述注入部连通，注入部的至少部分插入到土壤中；
通过所述气体提供装置和所述第一药液提供装置，将第一药液注入到第一药液注入装置中；通过所述气体提供装置和所述第二药液提供装置，将所述第二药液注入第二药液注入装置；通过所述第一药液注入装置和/或所述第二药液注入装置将所述第一药液和/或所述第二药液输送给所述注入部，所述气体压缩装置将气体输送给所述注入部，通过所述注入部将气体、第一药液和/或第二药液注入土壤中，
所述注入部包括用于垂直掘进的推进孔、用于水平割裂的剪断破碎孔、以及螺纹连接的中孔杆。
2.根据权利要求1所述的高压注入装置，其特征在于，所述第一药液提供装置包括：用于存储第一液体的第一药液存储箱和第一移送泵；
所述第一药液存储箱的液体输入端用于输入第二液体，通过所述第一药液存储箱将所述第一液体与所述第二液体混合形成第一药液；所述第一药液存储箱的液体输出端分别与所述第一移送泵的液体输入端和所述第一药液注入装置连通；
所述第一移送泵的液体输出端与所述第一药液注入装置连通，所述第一移送泵的气体输入端与所述气体提供装置的气体输入端连通。
3.根据权利要求2所述的高压注入装置，其特征在于，所述第一药液提供装置还包括：设置在所述第一药液存储箱和第一移送泵之间的第一阀和第二阀，两端分别与所述气体提供装置的气体输出端和第一移送泵的气体输入端连通的第三阀，两端分别与所述第一移送泵的液体输出端和所述第一药液注入装置连通的第四阀，以及与所述第一移送泵的液体输出端连通的第一压力测量装置。
4.根据权利要求1所述的高压注入装置，其特征在于，所述第二药液提供装置包括：用于存储第三液体的第二药液存储箱、用于存储第四液体的第三药液存储箱和第二移送泵；
所述第二药液存储箱的液体输入端用于注入第五液体，所述第二药液存储箱设置有搅拌部，所述第二药液存储箱将第三液体和注入的第五液体通过搅拌部进行搅拌形成第六液体；所述第二药液存储箱的液体输出端通过第一管道与所述第二移送泵的液体输入端连通；
所述第三药液存储箱的液体输入端用于注入第七液体，所述第七液体与所述第四液体混合形成第八液体，所述第三药液存储箱的液体输出端与所述第一管道的一端连通，所述第一管道的另一端与所述第二移送泵连通；所述第一管道用于将所述第六液体和第八液体混合形成第二药液，所述第一管道还与第二药液注入装置的液体输入端连通；
所述第二移送泵的气体输入端与所述气体提供装置的气体输出端连通，所述第二移送泵的液体输出端与所述第二药液注入装置连通，所述第二移送泵将所述第二药液注入所述第二药液注入装置中。
5.根据权利要求4所述的高压注入装置，其特征在于，所述第二药液提供装置还包括：依次设置在所述第二药液存储箱的液体输出端和所述第二移送泵的液体输入端之间的第六阀、第七阀和第八阀，两端分别与所述气体提供装置的气体输出端和第二移送泵的气体输入端连通的第九阀，两端分别与所述第二药液注入装置的液体输入端和所述第二移送泵的液体输出端连通的第十阀；
所述第二药液提供装置还包括：依次设置在所述第三药液存储箱的液体输出端和所述第一管道一端之间的第十一阀和第十二阀以及与所述第二移送泵的液体输出端连通的第二压力测量装置。
6.根据权利要求1所述的高压注入装置，其特征在于，所述第一药液注入装置包括：用于存储所述第一药液的第四药液存储箱和第三移送泵；
所述第四药液存储箱的液体输入端与所述第一药液提供装置的液体输出端连通，所述第四药液存储箱的液体输出端与所述第三移送泵的液体输入端连通；
所述第三移送泵的液体输入端还与所述第一药液注入装置连通，所述第三移送泵的气体输入端与所述气体提供装置的气体输出端连通，所述第三移送泵的液体输出端分别与所述第一药液注入装置的液体输出端和所述注入部连通；
所述第二药液注入装置包括：用于存储所述第二药液的第五药液存储箱和第四移送泵；
所述第五药液存储箱的液体输入端与所述第二药液提供装置的液体输出端连通，所述第五药液存储箱的液体输出端与所述第四移送泵的液体输入端连通；
所述第四移送泵的液体输出端还与所述第二药液提供装置连通，所述第四移送泵的气体输入端分别与所述注入部和所述气体提供装置的气体输出端连通。
7.根据权利要求6所述的高压注入装置，其特征在于，所述第一药液注入装置还包括：依次设置在所述第四药液存储箱的液体输出端和所述第三移送泵的液体输入端之间的第二十阀和第二十一阀、与所述第一药液提供装置的液体输出端连通的第二十二阀、两端分别与所述注入部和所述第三移送泵的液体输出端连通的第二十三阀，依次设置在所述气体提供装置的气体输出端和所述第三移送泵的气体输入端之间的第二十四阀、第一流体调和器以及第二十五阀、在第一药液提供装置的液体输出端和第三移送泵的液体输入端之间的第二十六阀，以及与所述第三移送泵的液体输出端连通的第三压力测量装置。
8.根据权利要求6所述的高压注入装置，其特征在于，所述第二药液注入装置还包括：依次设置在所述第五药液存储箱的液体输出端和所述第四移送泵的液体输入端之间的第三十阀和第三十一阀、与所述第二药液提供装置的液体输出端连通的第三十二阀、与所述第四移送泵的液体输出端连通的第三十三阀，依次设置在所述气体提供装置的气体输出端和所述第四移送泵的气体输入端之间的第三十四阀、第二流体调和器和第三十五阀，以及与所述第四移送泵的液体输出端连通的第四压力测量装置。
9.根据权利要求1所述的高压注入装置，其特征在于，所述第一药液和第二药液分别为过氧化氢、硫酸亚铁、高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸钙或高锰酸镁溶液。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的污染土壤及地下水的高压注入装置。
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