CN108978632A - 土层中具有加热作用的注浆管及加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土层中具有加热作用的注浆管及加热方法，注浆管包括空心管和微波加热装置；空心管中含有两个沿管长方向贯通的第一孔和第二孔，所述第一孔用来传输加固浆液，所述第二孔底端用封闭片封闭；所述微波加热装置包含依次连接的电源、整流电路、磁控管和可调聚焦波导管，所述磁控管和可调聚焦波导管可以在第二孔内上下移动，所述微波由可调聚焦波导管的第二端指向空心管外侧壁发射。本发明的有益效果是可以提高需要注浆的砾卵石层区域的温度，从而加快加固浆液的凝结硬化，通过可调聚焦波导管既可以聚焦微波且加大微波穿透深度、也可以在单位时间内加大微波辐射面积，可以监测注浆管周围水流速度变化、温度变化以及注浆填充孔隙效果。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程研究领域,尤其涉及一种土层中具有加热作用的注浆管及加热方法。
背景技术
砾卵石层中进行开挖时容易失稳，因此可以在砾卵石层中注浆，而凝固后的浆液可以加固砾卵石层。但若砾卵石层中富含流动的地下水，则注入的浆液往往被地下水冲走，注入的浆液难以快速有效凝结，难以填充砾卵石层的透水孔隙，造成砾卵石层中注浆加固困难。而提高温度可以加快加固浆液的凝结硬化，因此需要可以提高注浆管周围砾卵石和水流温度的装置，从而加快砾卵石层中加固浆液的凝结硬化。
发明内容
本发明为了提高需要注浆的砾卵石层区域的温度，加快加固浆液的凝结硬化，本发明提供了一种具有加热作用的注浆管及加热方法。
本发明的技术方案：一种土层中具有加热作用的注浆管，其特征是：其包括空心管和微波加热装置；所述空心管中含有两个沿管长方向贯通的第一孔和第二孔，所述第一孔用来传输加固浆液，所述第二孔底端用封闭片封闭；所述微波加热装置包含依次连接的电源、整流电路、磁控管和可调聚焦波导管，所述可调聚焦波导管为中空管，所述可调聚焦波导管的第一端与磁控管连接，磁控管发出的微波由可调聚焦波导管的第二端输出，可调聚焦波导管的第二端上有开口调节装置，可调聚焦波导管的第二端的开口大小可调节，当第二端开口调小时可以聚焦微波从而加大微波穿透深度，当第二端开口调大时可以在单位时间内加大微波辐射面积；所述磁控管和可调聚焦波导管可以在第二孔内上下移动，所述微波由可调聚焦波导管的第二端指向空心管外侧壁发射。
优选的，所述可调聚焦波导管的第二端指向的空心管外侧壁的材料为聚四氟乙烯。
优选的，可调聚焦波导管的第二端上的开口调节装置包含第一叶片、转轴、第二叶片、第三叶片、第四叶片和磁致伸缩驱动器，所述磁致伸缩驱动器包含磁致伸缩杆、驱动电源和导线，所述导线绕在磁致伸缩杆外侧，驱动电源与导线连接，当导线通电产生磁场时可以使磁致伸缩杆伸长；所述第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片环绕可调聚焦波导管侧壁依次排列，第一叶片、转轴和可调聚焦波导管的侧壁依次连接，第一叶片可绕转轴旋转，且第一叶片旋转时可分别沿第二叶片和第四叶片侧壁滑动，所述第二叶片、第三叶片和第四叶片依次固定连接且与可调聚焦波导管的侧边固定，第一叶片与第三叶片用磁致伸缩驱动器中的磁致伸缩杆连接，当磁致伸缩杆伸长时第一叶片转动从而使可调聚焦波导管的第二端上的开口增大。
优选的，所述注浆管配有水流动监测装置，所述水流动监测装置包含依次连接的数据采集分析系统、光纤解调仪和分布式温度光纤，分布式温度光纤沿注浆管长度方向贴在注浆管外壁，分布式温度光纤可以同时监测注浆管侧壁上任意点的温度变化，当地下水流动速度增大时会降低注浆管侧壁温度，因此由分布式温度光纤测得的温度变化可以监测地下水流动速度的变化，若由温度监测得到温度升高时可知地下水流动速度降低且可知注入的加固浆液封堵在砾卵石层的孔隙中，而由温度监测得到温度不变可知地下水流动速度不变且可知注入的加固浆液被地下水冲走且没有封堵住砾卵石层中的孔隙，因此水流动监测装置可以监测注入的加固浆液对砾卵石层中孔隙的封堵程度，也可以监测注浆管外的温度。
优选的，所述注浆管配有加固效果监测装置，所述加固效果监测装置包含电磁波发射天线和电磁波接收天线，所述电磁波发射天线安放在注浆管侧壁底部，所述电磁波接收天线安放在注浆管侧壁上部，所述电磁波发射天线和电磁波接收天线与数据采集分析系统连接。电磁波发射天线发射的电磁波在砾卵石层中会发生反射，由电磁波接收天线接收反射的电磁波，注入加固浆液前记录发射和反射的时间间隔t1，注入加固浆液后也记录发射和反射的时间间隔t2，若加固浆液封堵住砾卵石层中孔隙则时间间隔t1和t2会有差别，因此通过比较时间间隔t1和t2的差别来监测加固效果。
一种土层中具有加热作用的注浆管的加热方法包括，包含如下步骤：
步骤1：将注浆管插入砾卵石层中，由空心管中的第一孔注入加固浆液，空心管第二孔中的磁控管发出的微波由可调聚焦波导管的第二端输出且加热空心管外的砾卵石层，可以收缩磁致伸缩杆从而将可调聚焦波导管的第二端上的开口减小，从而聚焦微波且加大微波穿透深度；也可以伸长磁致伸缩杆从而将可调聚焦波导管的第二端上的开口增大，从而在单位时间内加大微波辐射面积；将注浆管绕其长轴方向旋转，这样可以在水平面上进行360度加热。
步骤2：监测水流及加固浆液封堵孔隙情况：分布式温度光纤可以同时监测注浆管侧壁上光纤所在直线上任意点的温度变化，当地下水流动速度增大时会降低注浆管侧壁温度，因此由温度监测得到地下水流动速度降低时可知注入的加固浆液封堵在砾卵石层的孔隙中，而由温度监测得到地下水流动速度不变时则表明注入的加固浆液被地下水冲走且没有封堵住砾卵石层中的孔隙；电磁波发射天线发射的电磁波在砾卵石层中会发生反射，由电磁波接收天线接收反射的电磁波，注入加固浆液前记录发射和反射的时间间隔t1，注入加固浆液后也记录发射和反射的时间间隔t2，若加固浆液封堵住砾卵石层中孔隙则时间间隔t1和t2会有差别，因此通过比较时间间隔t1和t2的差别来监测加固效果。
本发明的有益效果是可以提高需要注浆的砾卵石层区域的温度，从而加快加固浆液的凝结硬化，通过可调聚焦波导管既可以聚焦微波且加大微波穿透深度、也可以在单位时间内加大微波辐射面积，可以监测注浆管周围水流速度变化、温度变化以及注浆填充孔隙效果。
附图说明
图1为本发明的注浆管纵断面的示意图；
图2为本发明的注浆管俯视图；
图3为本发明的磁致伸缩驱动器的示意图；
图4为本发明的可调聚焦波导管的纵断面示意图；
图5为本发明的可调聚焦波导管的三维示意图；
图6为本发明的电磁波发射天线和电磁波接收天线布置的示意图；
图中1.空心管，2.第一孔，3.第二孔，4.封闭片，5.电源，6.整流电路，7.磁控管，8.可调聚焦波导管，9.可调聚焦波导管的第一端，10.可调聚焦波导管的第二端，11.可调聚焦波导管的第二端指向的空心管外侧壁，12.第一叶片，13.第二叶片，14.第三叶片，15.第四叶片，16.磁致伸缩杆，17.驱动电源，18.导线，19.数据采集分析系统，20.光纤解调仪，21.分布式温度光纤，22.电磁波发射天线，23.电磁波接收天线，24.转轴。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1-图6中一种土层中具有加热作用的注浆管，其包括空心管1和微波加热装置；所述空心管1中含有两个沿管长方向贯通的第一孔2和第二孔3，所述第一孔2用来传输加固浆液，所述第二孔2底端用封闭片4封闭；所述微波加热装置包含依次连接的电源5、整流电路6、磁控管7和可调聚焦波导管8，所述可调聚焦波导管8为中空管，所述可调聚焦波导管8的第一端9与磁控管7连接，磁控管7发出的微波由可调聚焦波导管8的第二端10输出，可调聚焦波导管8的第二端10的开口大小可调节，当第二端10开口调小时可以聚焦微波从而加大微波穿透深度，当第二端10开口调大时可以在单位时间内加大微波辐射面积；所述磁控管7和可调聚焦波导管8可以在第二孔3内上下移动，所述微波由可调聚焦波导管8的第二端10指向空心管1外侧发射；
所述可调聚焦波导管8的第二端10指向的空心管1外侧壁的材料为聚四氟乙烯；
可调聚焦波导管10的第二端10上的开口调节装置包含第一叶片12、转轴24、第二叶片13、第三叶片14、第四叶片15和磁致伸缩驱动器，所述磁致伸缩驱动器包含磁致伸缩杆16、驱动电源17和导线18，所述导线18绕在磁致伸缩杆16外侧，驱动电源17与导线18连接，当导线18通电产生磁场时可以使磁致伸缩杆16伸长；如图5所示所述第一叶片12、第二叶片13、第三叶片14和第四叶片15环绕可调聚焦波导管8侧壁依次排列，第一叶片12、转轴24和可调聚焦波导管8的侧壁依次连接，第一叶片12可绕转轴24旋转，且第一叶片12旋转时可分别沿第二叶片13和第四叶片14侧壁滑动，所述第二叶片13、第三叶片14和第四叶片15依次固定连接且与可调聚焦波导管8的侧边固定连接，第一叶片12与第三叶片14用磁致伸缩驱动器中的磁致伸缩杆16连接，当磁致伸缩杆16伸长时第一叶片12转动从而使可调聚焦波导管8的第二端10上的开口增大；
所述注浆管配有水流动监测装置，所述水流动监测装置包含依次连接的数据采集分析系统19、光纤解调仪20和分布式温度光纤21，分布式温度光纤21沿注浆管长度方向贴在注浆管外壁，分布式温度光纤21可以同时监测注浆管侧壁上任意点的温度变化，当地下水流动速度增大时会降低注浆管侧壁温度，因此由分布式温度光纤21测得的温度变化可以监测地下水流动速度的变化，若由温度监测得到温度升高时可知地下水流动速度降低且可知注入的加固浆液封堵在砾卵石层的孔隙中，而由温度监测得到温度不变可知地下水流动速度不变且可知注入的加固浆液被地下水冲走且没有封堵住砾卵石层中的孔隙，因此水流动监测装置可以监测注入的加固浆液对砾卵石层中孔隙的封堵程度，也可以监测注浆管外的温度；
所述注浆管配有加固效果监测装置，所述加固效果监测装置包含电磁波发射天线22和电磁波接收天线23，所述电磁波发射天线22安放在注浆管侧壁底部，所述电磁波接收天线23安放在注浆管侧壁上部，所述电磁波发射天线22和电磁波接收天线23与数据采集分析系统19连接。电磁波发射天线22发射的电磁波在砾卵石层中会发生反射，由电磁波接收天线23接收反射的电磁波，注入加固浆液前记录发射和反射的时间间隔t1，注入加固浆液后也记录发射和反射的时间间隔t2，若加固浆液封堵住砾卵石层中孔隙则时间间隔t1和t2会有差别，因此通过比较时间间隔t1和t2的差别来监测加固效果。
一种土层中具有加热作用的注浆管的加热方法包括，如下步骤：
步骤1：将注浆管插入砾卵石层中，由空心管1中的第一孔2注入加固浆液，空心管1第二孔3中的磁控管7发出的微波由可调聚焦波导管8的第二端10输出且加热空心管1外的砾卵石层，可以收缩磁致伸缩杆16从而将可调聚焦波导管8的第二端10上的开口减小，从而聚焦微波且加大微波穿透深度；也可以伸长磁致伸缩杆16从而将可调聚焦波导管8的第二端10上的开口增大，从而在单位时间内加大微波辐射面积；将注浆管绕其长轴方向旋转，这样可以在水平面上进行360度加热。
步骤2：监测水流及加固浆液封堵孔隙情况：分布式温度光纤21可以同时监测注浆管侧壁上光纤21所在直线上任意点的温度变化，当地下水流动速度增大时会降低注浆管侧壁温度，若由温度监测得到温度升高时可知地下水流动速度降低且可知注入的加固浆液封堵在砾卵石层的孔隙中，而由温度监测得到温度不变可知地下水流动速度不变且可知注入的加固浆液被地下水冲走且没有封堵住砾卵石层中的孔隙；电磁波发射天线22发射的电磁波在砾卵石层中会发生反射，由电磁波接收天线23接收反射的电磁波，注入加固浆液前记录发射和反射的时间间隔t1，注入加固浆液后也记录发射和反射的时间间隔t2，若加固浆液封堵住砾卵石层中孔隙则时间间隔t1和t2会有差别，因此通过比较时间间隔t1和t2的差别来监测加固效果。
Claims (6)
1.一种土层中具有加热作用的注浆管，其特征在于：其包括空心管和微波加热装置；所述空心管中含有两个沿管长方向贯通的第一孔和第二孔，所述第一孔用来传输加固浆液，所述第二孔底端用封闭片封闭；所述微波加热装置包含依次连接的电源、整流电路、磁控管和可调聚焦波导管，所述可调聚焦波导管为中空管，所述可调聚焦波导管的第一端与磁控管连接，磁控管发出的微波由可调聚焦波导管的第二端输出，可调聚焦波导管的第二端上有开口调节装置，可调聚焦波导管的第二端的开口大小可调节，当第二端开口调小时可以聚焦微波从而加大微波穿透深度，当第二端开口调大时可以在单位时间内加大微波辐射面积；所述磁控管和可调聚焦波导管可以在第二孔内上下移动，所述微波由可调聚焦波导管的第二端指向空心管外侧发射。
2.根据权利要求1所述的一种土层中具有加热作用的注浆管，其特征在于：所述可调聚焦波导管的第二端指向的空心管外侧壁的材料为聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种土层中具有加热作用的注浆管，其特征在于：可调聚焦波导管的第二端上的开口调节装置包含第一叶片、转轴、第二叶片、第三叶片、第四叶片和磁致伸缩驱动器，所述磁致伸缩驱动器包含磁致伸缩杆、驱动电源和导线，所述导线绕在磁致伸缩杆外侧，驱动电源与导线连接，当导线通电产生磁场时可以使磁致伸缩杆伸长；所述第一叶片、第二叶片、第三叶片和第四叶片环绕可调聚焦波导管侧壁依次排列，第一叶片、转轴和可调聚焦波导管的侧壁依次连接，第一叶片可绕转轴旋转，且第一叶片旋转时可分别沿第二叶片和第四叶片侧壁滑动，所述第二叶片、第三叶片和第四叶片依次固定连接且与可调聚焦波导管的侧边固定，第一叶片与第三叶片用磁致伸缩驱动器中的磁致伸缩杆连接，当磁致伸缩杆伸长时第一叶片转动从而使可调聚焦波导管的第二端上的开口增大。
4.根据权利要求1所述的一种土层中具有加热作用的注浆管，其特征在于：所述注浆管配有水流动监测装置，所述水流动监测装置包含依次连接的数据采集分析系统、光纤解调仪和分布式温度光纤，分布式温度光纤沿注浆管长度方向贴在注浆管外壁，分布式温度光纤可以同时监测注浆管侧壁上任意点的温度变化。
5.根据权利4所述的一种土层中具有加热作用的注浆管，其特征在于：所述注浆管配有加固效果监测装置，所述加固效果监测装置包含电磁波发射天线和电磁波接收天线，所述电磁波发射天线安放在注浆管侧壁底部，所述电磁波接收天线安放在注浆管侧壁上部，所述电磁波发射天线和电磁波接收天线与数据采集分析系统连接。
6.根据权利1-4所述的一种土层中具有加热作用的注浆管的加热方法，其特征在于：包含如下步骤：
步骤1：将注浆管插入砾卵石层中，由空心管中的第一孔注入加固浆液，空心管第二孔中的磁控管发出的微波由可调聚焦波导管的第二端输出且加热空心管外的砾卵石层，可以收缩磁致伸缩杆从而将可调聚焦波导管的第二端上的开口减小，从而聚焦微波且加大微波穿透深度；也可以伸长磁致伸缩杆从而将可调聚焦波导管的第二端上的开口增大，从而在单位时间内加大微波辐射面积；将注浆管绕其长轴方向旋转，这样可以在水平面上进行360度加热。
步骤2：监测水流及加固浆液封堵孔隙情况：分布式温度光纤可以同时监测注浆管侧壁上光纤所在直线上任意点的温度变化，当地下水流动速度增大时会降低注浆管侧壁温度，因此由温度监测得到地下水流动速度降低时可知注入的加固浆液封堵在砾卵石层的孔隙中，而由温度监测得到地下水流动速度不变时则表明注入的加固浆液被地下水冲走且没有封堵住砾卵石层中的孔隙；电磁波发射天线发射的电磁波在砾卵石层中会发生反射，由电磁波接收天线接收反射的电磁波，注入加固浆液前记录发射和反射的时间间隔t1，注入加固浆液后也记录发射和反射的时间间隔t2，若加固浆液封堵住砾卵石层中孔隙则时间间隔t1和t2会有差别，因此通过比较时间间隔t1和t2的差别来监测加固效果。
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