CN111719561A - 一种脉冲式注浆机、一种双液注浆施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脉冲式注浆机、一种双液注浆施工方法，采用梅花桩型布置注浆孔中间区域一点注浆的方式进行注浆，注浆密实无死角，注浆效果好，注浆压力小效率高，混合浆液凝结速度较快的情况下也不容易堵仓。使用脉冲式注浆机高低压错峰注浆实现预混，混合管二次混合，振动器三次深混，注浆速度可控，在浆体水下抗分散性好、粘聚性高的情况下，提高了混合效率和均匀程度。设计的A、B组分单液，单液组份可工作时间长，当双液混合后，水下抗分散性好，凝结硬化速度快，满足铁路隧道地基脱空区域水下快速修补的需求，且双液注浆不会因为凝结速度过快堵管而影响到施工。可通过控制A组分和B组分的比例可调整混合浆液的可工作时间。
Description
技术领域
本发明属于铁路隧道道床脱空区域的水下注浆修补、快速抢修工程领域，尤其涉及一种脉冲式注浆机、一种双液注浆施工方法，尤其是速凝可调型水泥基水下抗分散快硬注浆材料施工方法。
背景技术
快速抢修工程面临的工况极为复杂，很多都涉及到水下注浆修补，比如铁路隧道道床脱空修复、水下墩柱加固、地下止水帷幕注浆等。以铁路隧道道床脱空区域的水下修复工程为例，现有的注浆修复技术按材料主要分为两大类：有机高聚物注浆技术和水泥基注浆技术。有机高聚物注浆技术具有硬化快、膨胀系数大等优点，但存在修补费用高、注浆过程控制精细复杂、界面结合不稳定、固结体强度低、耐久性差等问题。水泥基注浆技术具有无污染、成本低、强度高等优点，但存在水下硬化速度慢，抗分散性差、早期强度低的问题，无法满足天窗期快速修复通车的需求，而采用快硬胶凝单组分只解决了硬化速度慢的问题，同样不适合水下施工，且需现拌现用，容易堵管影响施工。
另外，现有的双液注浆施工方法，不能使双组份混合均匀，影响浆料的使用效果，而且容易造成堵管，影响施工进程。
根据上述现有技术存在的问题，针对铁路隧道道床脱空区域水下注浆修补、快速抢修工程，有必要研发一种成本低、施工效率高、注浆效果好、水下不分散、固结体强度高、凝结硬化速度快，工作时间可调的注浆施工工法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脉冲式注浆机，多组分注浆液能够实现三次深混，注浆速度可控，在浆体水下抗分散性好、粘聚性高的情况下，提高了混合效率和均匀程度。
本发明的目的在于提供一种双液注浆施工方法，注浆密实无死角，注浆效果好，而且，提高了混合效率和均匀程度，不会因为凝结速度过快造成堵管而影响到施工；并且，采用设计的A、B组分，可调整混合浆液的可工作时间，既解决了凝结速度慢、强度低、水下抗分散性差等问题，又不会因为凝结速度过快造成堵管而影响到施工。
本发明具体技术方案如下：
一种脉冲式注浆机，所述的脉冲式注浆机，包括多个储存罐，每个储存罐上分别设置压力装置，每个储存罐分别与混合管一端连通，混合管上套装振动器，振动器与电机调频器连接，每个储存罐和混合管之间分别设置流量控制阀，混合管另一端与混合浆液注浆管连通。
每个储存罐分别通过管路与混合管一端连通，单液从储存罐经过管路进入混合管；混合管可拆卸。
每个管路上分别设置一个流量控制阀，流量控制阀设置在靠近储存罐一侧位置的结构。
所述的压力装置、流量控制阀分别与控制部件连接。
所述的混合浆液注浆管连接注浆枪头，两者连通，浆液通过混合浆液注浆管达到注浆枪头，实现注浆。
所述的控制部件设置为能够控制压力装置调整和控制储存罐内部压力的结构，以控制注浆压力，使储存罐内的浆液进入管路，到达混合管，再通过混合浆液注浆管达到注浆枪头，实现注浆。
所述的控制部件设置为能够控制流量控制阀开启及调节开启频率变化的结构。
所述振动器与电机调频器连接，以调整振动器振动频率，进而实现对混合管内浆料的振动频率的控制。
采用混合管套装振动器的组合方式进行浆液混合，通过振动器带混合管同步振动以实现浆液静态混合和高频分散的双重混合。
每个管路与同一个混合管连接。
混合管内壁设置多个导流阻尼片，不同方向的导流阻尼片设置为向不同方向延伸的结构。
通过流量控制阀控制注浆频率为20-40次/min；
控制注浆速度为2-10L/min；
所述的混合管管内径为φ25-35mm；
振动器的频率为1000-2000Hz。
优选的，如图1所示，所述的脉冲式注浆机用于双液注浆时，所述的脉冲式注浆机包括两个储存罐，每个储存罐分别通过管路与同一个混合管一端连通，每个储存罐上分别设置压力装置，每个管路上分别设置一个流量控制阀，流量控制阀设置在靠近储存罐一侧位置的结构。通过控制部件调整控制流量控制阀的启闭频率以调整注浆频率，通过控制部件调整压力装置以控制单液注浆压力，在一定压力下以流量控制阀单次开启时间及角度来控制注浆速度。两种单液的注浆频率保持一致，通过控制部件调整两个储存罐的压力装置的高低压，通过调整注浆压力来控制注浆速度，开始同步注浆时，使其高低压错峰注浆，两种单液交替进入混合管，这相当于两种单液在混合之前提前进行了第一次的预混；而且，同频率高低压错峰注浆能够保证两种单液混合均匀，而且能够精确控制两者用量比。混合后的浆液再通过混合管进行第二次混合；振动器与电机调频器连接，通过电机调频器控制混合管上设置的振动器的振动频率，进行第三次深度混合，充分保证了浆体的混合均匀程度，以达到混合浆液快硬早强，凝结时间可控的目的。
一种双液注浆施工方法，利用上述脉冲式注浆机进行注浆，具体包括以下步骤：
S1、确定地基脱空的注浆充填区域后，定位钻孔；
S2、将双组份注浆液分别置于脉冲式注浆机不同的储存罐中，控制脉冲式注浆机同频率高低压错峰注浆，注浆枪头出浆后，开始注浆，至完成。
步骤S1所述钻孔是指进行梅花桩型定位钻孔；
优选的，步骤S1中，由弹性波雷达确定地基脱空区域及其深度后，根据区域面积大小，进行梅花桩型定位钻孔，使各个注浆孔与脱空区域连通。
进一步的，步骤S1中，钻孔得到的注浆孔孔径为25-35mm，孔密度为8-12个/m2，孔间距为0.30-0.35m，钻孔深度应使注浆孔与脱空区域连通；
步骤S1中，定位钻孔后，进行清理；优选的，使用高压水枪进行清理，使各个注浆孔与脱空区域连通。
步骤S1中，设置与脱空区域连通的梅花桩型注浆孔，相较于单排孔注浆，能够使浆体在空腔层均匀分布，浆体更容易填充脱空区域边侧夹缝死角位置，且注浆孔间距更近，中心区域选取一个注浆孔进行一点注浆的注浆压力更小，注浆效率更高，不容易因混合浆液的凝结速度快而导致堵仓。
步骤S2中，将双组份注浆液分别置于脉冲式注浆机的两个储存罐中，开启脉冲式注浆机排除空气使管路饱满出浆后停机，将个管路与混合管连接，利用控制部件控制压力装置和流量控制阀，使两种单液以同频率高低压错峰注浆，使两种单液通过管路进入混合管中，通过电机调频器调整振动器振动频率，通过振动器带动混合管同步振动以实现双组份浆液静态混合和高频分散的双重混合，使两种单液充分混合均匀，混合后的混合浆液通过混合浆液注浆管到达注浆枪头，即可对注浆孔开始注浆，从注浆充填中心区域选取一个注浆孔开始一点注浆，两侧出浆孔出饱和浓浆后，用木塞或者孔盖依次进行堵塞，直至完成整个区域的注浆充填。
优选的，通过流量控制阀控制注浆频率为20-40次/min；
控制注浆速度为2-10L/min；
所述的混合管管内径为φ25-35mm；
振动器的频率为1000-2000Hz。
进一步的，注浆完成后停机，并观察浆体回落情况，如果浆体回落则进行补浆。
步骤S2所述双组份注浆液分别为A组分单液和B组分单液；
A组分单液为水泥基水下抗分散注浆料、B组分单液为水泥基速凝激发材料。
步骤S2中，所述A组分单液是指A组分加水得到；所述B组分单液是指B组分加水得到；
所述A组分包括以下质量百分比原料：
胶凝材料80％～90％、活性掺合料3％～10％、膨胀剂3％～7％、高性能水下抗分散剂2％～3％、聚羧酸高性能减水剂0.1％～0.3％；
A组分上述各原料总和为100％；
所述B组分包括以下质量百分比原料：
快硬胶凝材料80％～90％、活性掺合料4％～10％、膨胀剂3％～7％、高性能水下抗分散剂2％～ 3％、聚羧酸高性能减水剂0.1％～0.3％、缓凝剂0.1％～0.2％、早强剂0.1％～0.2％、触变剂0.1％～ 0.15％、界面浸润剂0.05％～0.1％；
B组分上述各原料总和为100％。
A组分单液和B组分单液质量比为(0.3～1):1。
通过将注浆材料分为A、B两种组分，分别配制的单液可以保持较长的工作时间，可以提前进行配制，为注浆施工节省时间。A、B两种组分配制的浆液按质量比为(0.3～1):1混合后凝结硬化速度快，初凝时间为(5～10)min，终凝时间为(10～15)min。双组分的注浆方式有效避免了施工过程中的发生堵管、清理注浆设备，导致天窗期注浆效率降低情况的发生。
A组分所述胶凝材料为强度等级42.5、42.5R、52.5或52.5R的普通硅酸盐水泥中的一种或几种。
B组分所述快硬胶凝材料为强度等级42.5、52.5的快硬硫铝酸盐水泥中的一种或几种。 A组分中的普通硅酸盐水泥和B组分中的快硬硫铝酸盐水泥按照一定比例混合后，快硬硫铝酸盐水泥消耗了Ca(OH)2，降低了水泥碱度，加快了普通硅酸盐水泥中硅酸钙的水化作用，水化加速的同时，快硬硫铝酸盐水泥中的无水硫铝酸钙与石膏反应生成钙矾石，出现快速凝结甚至闪凝，混合浆体的早期强度明显提高。通过调整A、B组分的混合比例，还可以控制水化反应的促进程度，进而精确调控混合浆体的凝结时间。
A组分和B组分中所述活性掺合料为微珠粉、硅灰或硬石膏粉中的一种或几种。活性掺合料的滚珠效应能提高浆液的流动性，并且自身的高活性可以提高固结体强度，硬石膏中的无水硫酸钙同样能促进胶凝材料生成钙矾石，加快凝结速度。其中微珠粉比表面积≧ 900m2/kg，28d活性指数≧90％，硅灰中SiO2含量≧85％，28d活性指数≧85％，硬石膏粉SO3含量≧48％。
A组分和B组分中所述膨胀剂为塑性膨胀剂和硬化期膨胀剂的混合物，塑性膨胀剂：硬化期膨胀剂质量比＝1～2：100。塑性膨胀剂为偶氮二甲酰胺，硬化期膨胀剂为活性反应时间小于300s的氧化镁膨胀剂。塑性膨胀剂能使浆体在未硬化时内部产生大量均匀的微孔，在注浆区域的岩层缝隙及死角形成膨胀压力，提高了注浆密实度。注浆浆体硬化后，氧化镁膨胀剂能使固结体长龄期持续产生微膨胀，补偿了水泥基注浆材料的后期收缩。
A组分和B组分中所述高性能水下抗分散剂为羟丙基甲基纤维素醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、沸石粉复配的混合物，质量比为羟丙基甲基纤维素醚：聚丙烯酰胺：聚乙烯醇：沸石粉＝15～20：5～10：5～10：100。抗分散剂主要起到提高注浆材料水下抗分散性能的作用，新拌注浆浆体可以看成是表面带有双电层固相颗粒的分散体系，水解后带电荷的抗分散剂会同水泥颗粒发生中和反应并改变水泥颗粒表面的电位，降低水泥颗粒表面排斥使得水泥颗粒间的距离变小，电荷中和作用还增加了抗分散剂与水泥颗粒间的吸引势能，抗分散剂和水泥颗粒在范德华力的作用下形成稳定的絮凝体。聚丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素醚均是具有长链结构的有机高分子化合物，长链上具有大量的官能团，这些官能团能够吸附大量的水泥颗粒，这些水泥颗粒能够形成聚团并稳定的存在。高聚合度的粘接性聚乙烯醇与亲水性的纤维素醚有很好的粘结力，可以优化絮凝效果；沸石粉一方面具有多孔结构，吸附性较强，能够增大水泥浆体的内聚力，避免水下作业时浆体被水冲刷分散，另一方面，沸石粉含有一定量的活性二氧化硅和三氧化二硅，能与水泥的水化产物氢氧化钙作用，生成胶凝物质，在此发明早期水化反应极快的水泥基材料中，胶凝作用明显。抗分散剂中所使用的羟丙基甲基纤维素醚粘度规格为4～20万，聚丙烯酰胺分子量为800～2000万，聚乙烯醇为分子量17～22万的高聚合度聚乙烯醇。复配的高性能水下抗分散剂抗分散性能优异，与减水剂的解絮作用冲突小。
A组分和B组分中聚羧酸高性能减水剂胶砂减水率≧20％。
B组分中缓凝剂为葡萄糖酸钠、酒石酸、硼酸或柠檬酸中的一种或几种。缓凝剂可以调节A、B组分的凝结时间，使两种组分配制的浆液在混合之前有足够的可工作时间。
B组分中早强剂为碳酸锂或氯化锂中的一种或几种。早强剂可以加速水泥水化速度，促进A、B组分混合后固结体早期强度的发展，并且对后期强度无显著影响，既具有早强功能，同时兼备一定的减水功能。
B组分中触变剂为硅酸镁铝、聚酰胺蜡、偏高岭土或钠基膨润土中的一种或几种。触变剂可提高浆体触变性，改善其自流平自密实特性。在搅拌和注浆过程中，触变剂能提高浆体的流动性能，停止注浆时，受到碱性或硫酸盐的激发，触变剂能促进浆体在不受扰动情况下硅铝化合物由解聚转变为聚合的状态，会形成类似于地壳中一些天然矿物的铝硅酸盐网络状结构，提高了早期强度。
B组分中所述界面浸润剂为乙烯基三乙氧基硅烷或异丁基三乙氧基硅烷中的一种或几种。界面浸润剂可在无机物质和有机物质的界面之间架起"分子桥"，把两种性质悬殊的材料连接在一起，提高了高性能水下抗分散剂和水泥基材料的复合粘结强度。
所述的双组份注浆液的制备方法，包括以下步骤：
1)A组分制备：将A组分中配方量的胶凝材料、活性掺合料、膨胀剂和高性能水下抗分散剂搅拌混合后，然后再加入配方量的聚羧酸高性能减水剂搅拌混匀，即得A组分；
2)B组分制备：将B组分中配方量的的快硬胶凝材料、活性掺合料、膨胀剂和高性能水下抗分散剂搅拌混合后，然后再加入B组分中配方量的剩余物料搅拌混匀，即得B组分。
3)制备好的A组分、B组分加水搅拌时，水料质量比应相同，为(0.25～0.28)：1，分别得到A组分单液和B组分单液。
优选的制备方法为：
1)A组分制备：将A组分中配方量的胶凝材料、活性掺合料、膨胀剂和高性能水下抗分散剂用混料机搅拌5-10min，然后再加入配方量的聚羧酸高性能减水剂搅拌5min，即得A组分；
2)B组分制备：将B组分中配方量的的快硬胶凝材料、活性掺合料、膨胀剂和高性能水下抗分散剂用混料机搅拌5-10min，然后再加入B组分中配方量的剩余物料继续搅拌5min，即得B组分。
3)制备好的A组分、B组分加水搅拌时，水料质量比应相同，为(0.25～0.28)：1，分别得到A组分单液和B组分单液。
两种组分的胶凝材料分别为普通硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥，均为水泥基材料，不同于现有的常规有机高聚物注浆材料和水泥-水玻璃双液注浆材料。两种组分配制的浆液掺入了高性能水下抗分散剂，能够使浆体在水下注浆时不被冲散，在隧道渗水区域的施工不受影响。配制的浆液掺有缓凝剂，具有1～1.5h的可工作时间，还可视具体的施工进度安排，通过调整缓凝剂掺量来调节浆液的可工作时间。因此可以在注浆施工之前配制，为快速抢修施工作业节约了时间。混合之后，又因两种浆液的水泥体系不同，混合后会快速产生水化反应硬化凝结，满足快速抢修的需求。同时，通过调整两种浆体的注浆比例，能够实时调整混合后的浆体的硬化凝结速度。
所述双组份注浆液均为水泥基材料，相较于有机高聚物注浆材料，易于施工，材料成本低，与无机的混凝土界面结合稳定，耐老化性能好，安全无毒无污染。
所述的双组份注浆液A、B组分混合后凝结硬化快，且双组份注浆的方式更为灵活，注浆施工效率高，不易堵管，可根据现场施工需求调整A、B组分的注浆比例以精准调整凝结时间。混合前，A、B组分配制的两种浆液初凝时间较长，混合后浆液初凝时间5～10min，混合后浆体可工作时间5-10min，终凝时间≤15min,悬浊物含量≤100mg/L，通过进一步调整A、B组分的比例，可更大范围的调控混合浆体的可工作时间和凝结时间。
所述的双组份注浆液固结体强度高。有机高聚物注浆材料在铁路隧道道床抢修天窗期内强度一般只在1MPa以内，水泥-水玻璃双液注浆材料也只能达到3MPa以内，而本发明注浆材料通过设计的原料和配比，强度极高，30min抗压强度≥15MPa，3d抗压强度≥30MPa，完全满足运营铁路隧道天窗抢修后的行车条件。
所述的注浆材料水下抗分散性好，配制的浆液在水下注浆的过程中也不易被冲散，能够在空腔区内起到排水填充密实的效果。30min水陆抗压强度比≥80％，3d水陆抗压强度比≥ 85％。
本发明使用脉冲式注浆机进行注浆，因A、B组分制备的水泥基水下抗分散快硬注浆浆液中添加了絮凝材料，用以提高浆液的水下抗分散性能，所以该浆液比普通的水泥浆粘聚性大，注浆阻力较大，蠕动式注浆机难以精确控制A、B组分比例，螺杆式注浆机注浆摩擦阻力大时易发热，造成浆液快硬堵泵。脉冲式注浆机在控制注浆速度的同时，可通过控制高低压错峰来实现A、B组分的两种单液交替进入混合设备，相当于对浆液提前进行了预混。
因A、B组分均为水泥基材料，且混合后凝结硬化速度较快，其他的混合方式效率较低且不容易清理，影响施工效率。单液在压力装置的压力下进入混合管内，流动的过程中冲击混合管内不同方向的导流阻尼片，注浆液在混合管中形成三维非稳态、不规则带旋转的湍流，还会在断面方向产生剧烈的涡流，有很强的剪切力作用于浆液，使单液在流动的过程中混合均匀。采用可拆卸的混合管进行浆液混合，能高效的进行A、B组分混合，同时方便注浆过程中堵管进行疏通和注浆结束后的清理。而套设在混合管外的振动器，可以通过高频振动来进一步分散混合浆液，且浆液在高频振动下不易粘附于混合管壁，降低了注浆阻力，提高了注浆效率。
采用本发明所述的A、B组分的单液，水泥基水下抗分散注浆料A组分单液可工作时间≥ 1h，水泥基速凝激发材料B组分单液可工作时间≥1h。所以，可以提前配制浆液，注浆前再对双组份进行混合，施工更为灵活快捷。上述A、B组分的单液只有双液混合的时候才会快速硬化，减少了浆液在配制期间的水化反应，能有效避免混合浆液凝结过快导致堵管影响施工进度的情况。
本发明A、B组分中，水下抗分散剂增加了浆液的水下抗分散性，减水剂提高了浆体的流动度，快硬激发胶凝材料能在与A组分的胶凝材料混合后快速凝结硬化，以满足快速修补的需求，缓凝剂保证了B组分配制的浆液的可工作时间。
进一步的，注浆完成后停机，并观察浆体回落情况，如果浆体回落则进行补浆。
与现有的技术相比，本发明的增益效果是：
一、本发明的单液组份可工作时间长，当双液混合后，水下抗分散性好，凝结硬化速度快，满足铁路隧道地基脱空区域水下快速修补的需求，且双液注浆不会因为凝结速度过快堵管而影响到施工。
二、本发明采用梅花桩型布置注浆孔中间区域一点注浆的方式进行注浆，注浆密实无死角，注浆效果好，注浆压力小效率高，混合浆液凝结速度较快的情况下也不容易堵仓。
三、本发明使用脉冲式注浆机高低压错峰注浆实现预混，混合管二次混合，振动器三次深混，注浆速度可控，在浆体水下抗分散性好、粘聚性高的情况下，提高了混合效率和均匀程度。
四、本发明的双组份注浆材料均为水泥基材料，强度高，成本低，界面结合稳固，耐久性好，通过控制A组分和B组分的比例可调整混合浆液的可工作时间。
附图说明
图1为脉冲式注浆机结构图；
图中：1-压力装置，2-储存罐，3-流量控制阀，4-管路，5-控制部件，6-注浆枪头，7-混合管，8-振动器，9-电机调频器，10-混合浆液注浆管；
图2为混合管内部截面图，7-混合管,11-导流阻尼片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出详细的实施方式和具体操作过程，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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种脉冲式注浆机，本发明所述的脉冲式注浆机，包括多个储存罐2，每个储存罐2上分别设置压力装置1，每个储存罐2分别与混合管7一端连通，混合管7上套装振动器8，振动器(8)与电机调频器9连接，每个储存罐2和混合管7之间分别设置流量控制阀3，混合管7另一端与混合浆液注浆管10连通。
每个储存罐2分别通过管路4与混合管7一端连通，单液从储存罐2经过管路4进入混合管7。
所述的压力装置1、流量控制阀3分别与控制部件5连接。
所述的混合浆液注浆管10连接注浆枪头6，两者连通，浆液通过混合浆液注浆管10达到注浆枪头6，实现注浆。
所述的控制部件5设置为能够控制压力装置1调整和控制储存罐2内部压力的结构，以控制注浆压力，使储存罐2内的浆液进入管路4，到达混合管7，再通过混合浆液注浆管10 达到注浆枪头6，实现注浆。所述的控制部件5设置为能够控制流量控制阀3开启及调节开启频率变化的结构。
所述振动器8与电机调频器9连接，以调整振动器8振动频率，进而实现对混合管7内浆料的振动频率的控制。
采用混合管7套装振动器8的组合方式进行浆液混合，通过振动器8带混合管7同步振动以实现浆液静态混合和高频分散的双重混合。
通过流量控制阀3控制注浆频率为20-40次/min；
控制注浆速度为2-10L/min；
所述的混合管7管内径为φ25-35mm；
振动器8的频率为1000-2000Hz。
优选的，如图1所示，所述的脉冲式注浆机用于双液注浆时，所述的脉冲式注浆机包括两个储存罐2，每个储存罐2分别通过管路4与同一个混合管7一端连通，每个储存罐2上分别设置压力装置1，每个管路4上分别设置一个流量控制阀3，流量控制阀3设置在靠近储存罐2一侧位置的结构。通过控制部件5调整控制流量控制阀3的启闭频率以调整注浆频率，通过控制部件5调整压力装置1以控制单液注浆压力，在一定压力下以流量控制阀3单次开启时间及角度来控制注浆速度。两种单液的注浆频率保持一致，通过控制部件5调整两个储存罐2的压力装置1的高低压，通过调整注浆压力来控制注浆速度，开始同步注浆时，使其高低压错峰注浆，两种单液交替进入混合管7，这相当于两种单液在混合之前提前进行了第一次的预混；而且，同频率高低压错峰注浆能够保证两种单液混合均匀，而且能够精确控制两者用量比。混合后的浆液再通过混合管7进行第二次混合，流动的过程中冲击混合管内不同方向的导流阻尼片，注浆液在混合管中形成三维非稳态、不规则带旋转的湍流，还会在断面方向产生剧烈的涡流，有很强的剪切力作用于浆液，使单液在流动的过程中混合均匀；振动器8与电机调频器9连接，通过电机调频器9控制混合管7上设置的振动器8的振动频率，进行第三次深度混合，充分保证了浆体的混合均匀程度，以达到混合浆液快硬早强，凝结时间可控的目的；注浆液再通过混合浆液注浆管10达到注浆枪头6，实现注浆。
实施例2
一种双液注浆施工方法，包括以下步骤：
S1、确定地基脱空的注浆充填区域后，定位钻孔并清理。所述钻孔是由弹性波雷达确定地基脱空区域及其深度后，根据区域面积大小，按一定的密度进行梅花桩型定位钻孔，并使用高压水枪进行清孔，使各个注浆孔与脱空区域连通。注浆孔孔径为25-35mm，孔密度为8-12 个/m2，孔间距为0.30-0.35m，钻孔深度应使注浆孔与脱空区域连通；设置与脱空区域连通的梅花桩型注浆孔进行注浆，相较于单排孔注浆，能够使浆体在空腔层均匀分布，浆体更容易填充脱空区域边侧夹缝死角位置，且注浆孔间距更近，中心区域选取一个注浆孔进行一点注浆的注浆压力更小，注浆效率更高，不容易因混合浆液的凝结速度快而导致堵仓。
S2、利用本发明脉冲式注浆机注浆，所使用的脉冲式注浆机包括两个储存罐2，其中一个储存罐2装A组分单液，另一个储存罐2装B组分单液，启脉冲式注浆机排除空气使管路 4饱满出浆后停机，将每个储存罐2分别通过管路4与同一个混合管7一端连通，每个储存罐2上分别设置压力装置1，每个管路4上分别设置一个流量控制阀3，流量控制阀3设置在靠近储存罐2一侧位置的结构。通过控制部件5调整控制流量控制阀3的启闭频率以调整注浆频率，通过控制部件5调整压力装置1以控制单液注浆压力，在一定压力下以流量控制阀 3单次开启时间及角度来控制注浆速度。两种单液的注浆频率保持一致，通过控制部件5调整两个储存罐2的压力装置1的高低压，通过调整注浆压力来控制注浆速度，开始同步注浆时，使其高低压错峰注浆，控制注浆频率为30次/min，A组分单液注浆速度为3L/min，，B 组分单液注浆速度为6L/min开始同步注浆时，两种单液交替进入混合管7，这相当于两种单液在混合之前提前进行了第一次的预混；而且，同频率高低压错峰注浆能够保证两种单液混合均匀，而且能够精确控制两者用量比，使A组分单液和B组分单液注浆质量比为0.5:1，混合后的浆液再通过混合管7进行第二次混合；振动器8与电机调频器9连接，通过电机调频器9控制混合管7上设置的振动器8的振动频率，进行第三次深度混合，混合管7管内径为φ30mm，高频振动器频率为2000Hz，充分混合后的注浆液通过混合管7达到混合浆液注浆管10，通过注浆枪头6，实现注浆。
所述的A组分单液水泥基水下抗分散注浆料、B组分单液为水泥基速凝激发材料。
步骤S2中，所述A组分单液是指A组分加水得到；所述B组分单液是指B组分加水得到；
所述A组分包括以下质量百分比原料：
胶凝材料80％、活性掺合料10％、膨胀剂7％、高性能水下抗分散剂2.7％、聚羧酸高性能减水剂0.3％；所述B组分包括以下质量百分比原料：快硬胶凝材料80％、活性掺合料9.5％、膨胀剂7％、高性能水下抗分散剂2.7％、聚羧酸高性能减水剂0.3％、葡萄糖酸钠0.2％、碳酸锂0.1％、硅酸镁铝0.1％、异丁基三乙氧基硅烷0.1％。所述胶凝材料为强度等级52.5的普通硅酸盐水泥；所述快硬胶凝材料为强度等级42.5的快硬硫铝酸盐水泥；所述活性掺合料为比表面积≧900m2/kg、28d活性指数≧90％的微珠粉；所述膨胀剂为偶氮二甲酰胺和活性反应时间为180s的氧化镁膨胀剂复配而成，质量比为偶氮二甲酰胺：氧化镁膨胀剂＝1：100；所述高性能水下抗分散剂由粘度为10万的羟丙基甲基纤维素醚、分子量为1000万的聚丙烯酰胺、分子量为20万的聚乙烯醇、沸石粉复配而成，质量比为羟丙基甲基纤维素醚：聚丙烯酰胺：聚乙烯醇：沸石粉＝15：5：5：100；所述聚羧酸高性能减水剂胶砂减水率≧20％。
A组分单液和B组分单液的制备方法，包括以下步骤：
1)A组分制备：先将按配方量的胶凝材料、活性掺合料、膨胀剂和高性能水下抗分散剂用混料机搅拌5min，然后再加入配方量的聚羧酸高性能减水剂搅拌5min，即得A组分。
2)B组分制备：先将按配方量的快硬胶凝材料、活性掺合料、膨胀剂和高性能水下抗分散剂用混料机搅拌5min，然后再加入配方量的剩余物料搅拌5min，即得B组分。
3)制备好的A、B组分加水搅拌时，水料质量比应相同，为0.25：1，分别得到A组分单液和B组分单液。
S3、注浆枪头出浆后，从注浆充填中心区域选取一个注浆孔开始一点注浆，两侧出浆孔出饱和浓浆后，用木塞或者孔盖依次进行堵塞，直至完成整个区域的注浆充填。注浆过程中，如发现有出浆管以外的缝隙冒浆、漏浆，应采用快硬水泥进行嵌缝、表面封堵等方法进行处理。注浆完成后停机，并观察浆体回落情况，如果浆体回落则进行补浆。
对比例1
一种速凝可调型水泥基水下抗分散快硬注浆材料双液注浆施工方法，其施工步骤与实施例1相比，区别在于所述步骤S2中A组分单液和B组分单液注浆质量比为0.2:1，其余同实施例2。
对比例2
一种速凝可调型水泥基水下抗分散快硬注浆材料双液注浆施工方法，其施工步骤与实施例1相比，区别在于所述步骤S2中A组分单液和B组分单液注浆质量比为2:1，其余同实施例2。
对比例3
一种速凝可调型水泥基水下抗分散快硬注浆材料双液注浆施工方法，其施工步骤与实施例1相比，区别在于所述步骤S2中高频振动器频率为0Hz，其余同实施例2。
注浆过程中，有以下情况时应停止注浆：
A、注浆压力过大且不回落时，应停止注浆，进行扫孔洗孔，疏通堵塞的连通孔后继续注浆。
B、因浆体粘稠或者凝结速度过快而堵塞混合装置时，应停止注浆，拆卸混合装置并进行清理后方可继续注浆。
C、因地下空腔过大过深，持续注浆时间过久超过浆体凝结时间时，可停止注浆，转从下一循环注浆孔继续注浆。
因故停止注浆时，应尽可能缩短中断时间，如中断时间超过浆体凝结时间，应对混合装置进行清理，并重新洗孔注浆。
各个实施例和对比例混合后的注浆材料性能检测结果如下表1。
表1各个实施例和对比例混合后的注浆材料性能
由表1结果可知，本发明的实施例2相较于对比例1-3而言，通过调整注浆材料中A、B 组分混合的比例，可以实现混合浆液的速凝快硬，混合后浆液初凝时间5～10min，终凝时间≤15min,30min抗压强度≥15MPa，进一步调整A、B组分的比例，可更大范围的调控混合浆体的凝结时间，水下抗分散剂保证了浆液的水下抗分散性，满足铁路隧道地基脱空区域的水下注浆修补、快速抢修工程的需求,且本发明的注浆机在注浆过程中对浆体进行了三次深度混合，充分保证了浆体的混合均匀程度，以达到混合浆液快硬早强，凝结时间可控的目的，避免了因浆体粘稠混合不均导致的凝结时间延长、强度数据离散无效以及悬浊物超标等问题。
Claims (20)
1.一种脉冲式注浆机，其特征在于，所述脉冲式注浆机，包括多个储存罐(2)，每个储存罐(2)上分别设置压力装置(1)，每个储存罐(2)分别与混合管(7)一端连通，混合管(7)上套装振动器(8)，振动器(8)与电机调频器(9)连接，每个储存罐(2)和混合管(7)之间分别设置流量控制阀(3)，混合管(7)另一端与混合浆液注浆管(10)连通。
2.根据权利要求1所述的脉冲式注浆机，其特征在于，每个储存罐(2)分别通过管路(4)与混合管(7)一端连通。
3.根据权利要求1或2所述的脉冲式注浆机，其特征在于，所述的压力装置(1)、流量控制阀(3)分别与控制部件(5)连接。
4.根据权利要求1或2所述的脉冲式注浆机，其特征在于，所述的混合浆液注浆管(10)连接注浆枪头(6)。
5.根据权利要求2所述的脉冲式注浆机，其特征在于，每个管路(4)上分别设置一个流量控制阀(3)，流量控制阀(3)设置在靠近储存罐(2)一侧位置的结构。
6.根据权利要求1或2所述的脉冲式注浆机，其特征在于，混合管(7)内壁设置多个导流阻尼片(11)，导流阻尼片(11)设置为向不同方向延伸的结构。
7.根据权利要求6所述的脉冲式注浆机，其特征在于，导流阻尼片(11)的长度是混合管(7)内径的1/10-1/5。
8.一种双液注浆施工方法，其特征在于，利用权利要求1-7任一项所述的脉冲式注浆机进行注浆，具体包括以下步骤：
S1、确定地基脱空的注浆充填区域后，定位钻孔；
S2、将双组份注浆液分别置于脉冲式注浆机不同的储存罐2中，控制脉冲式注浆机同频率高低压错峰注浆，注浆枪头6出浆后，开始注浆，至完成。
9.根据权利要求8所述的双液注浆施工方法，其特征在于，步骤S1所述钻孔是指进行梅花桩型定位钻孔。
10.根据权利要求8或9所述的双液注浆施工方法，其特征在于，步骤S1中，钻孔得到的注浆孔孔径为25-35mm，孔密度为8-12个/m2，孔间距为0.30-0.35m，钻孔深度应使注浆孔与脱空区域连通。
11.根据权利要求8或9所述的双液注浆施工方法，其特征在于，步骤S2中，将双组份注浆液分别置于脉冲式注浆机的两个储存罐(2)中，开启脉冲式注浆机排除空气使管路(4)饱满出浆后停机，将两个管路(4)与混合管(7)连接，利用控制部件(5)控制压力装置(1)和流量控制阀(3)，使两种单液以同频率高低压错峰注浆，使两种单液通过管路进入混合管(7)中，通过电机调频器(9)调整振动器(8)振动频率，通过振动器(8)带动混合管(7)同步振动以实现双组份浆液静态混合和高频分散的双重混合，使两种单液充分混合均匀，混合后的混合浆液通过混合浆液注浆管(10)到达注浆枪头(6)，即可对注浆孔开始注浆，从注浆充填中心区域选取一个注浆孔开始一点注浆，两侧出浆孔出饱和浓浆后，用木塞或者孔盖依次进行堵塞，直至完成整个区域的注浆充填。
12.根据权利要求11所述的双液注浆施工方法，其特征在于，控制注浆频率为20-40次/min；控制注浆速度为2-10L/min。
13.根据权利要求11所述的双液注浆施工方法，其特征在于，所述的混合管(7)管内径为φ25-35mm；振动器8的频率为1000-2000Hz。
14.根据权利要求11所述的双液注浆施工方法，其特征在于，步骤S2所述双组份注浆液分别为A组分单液和B组分单液；所述A组分单液是指A组分加水得到；所述B组分单液是指B组分加水得到；所述A组分包括以下质量百分比原料：
胶凝材料80％～90％、活性掺合料3％～10％、膨胀剂3％～7％、高性能水下抗分散剂2％～3％、聚羧酸高性能减水剂0.1％～0.3％；
A组分上述各原料总和为100％；
所述B组分包括以下质量百分比原料：快硬胶凝材料80％～90％、活性掺合料4％～10％、膨胀剂3％～7％、高性能水下抗分散剂2％～3％、聚羧酸高性能减水剂0.1％～0.3％、缓凝剂0.1％～0.2％、早强剂0.1％～0.2％、触变剂0.1％～0.15％、界面浸润剂0.05％～0.1％；
B组分上述各原料总和为100％。
15.根据权利要求14所述的双液注浆施工方法，其特征在于，A组分单液和B组分单液质量比为0.3～1:1。
16.根据权利要求14所述的双液注浆施工方法，其特征在于，A组分和B组分中所述膨胀剂为塑性膨胀剂和硬化期膨胀剂的混合物，塑性膨胀剂：硬化期膨胀剂质量比＝1～2：100。
17.根据权利要求14所述的双液注浆施工方法，其特征在于，A组分和B组分中所述高性能水下抗分散剂为羟丙基甲基纤维素醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、沸石粉复配的混合物，质量比为羟丙基甲基纤维素醚：聚丙烯酰胺：聚乙烯醇：沸石粉＝15～20：5～10：5～10：100。
18.根据权利要求14所述的双液注浆施工方法，其特征在于，B组分中触变剂为硅酸镁铝、聚酰胺蜡、偏高岭土或钠基膨润土中的一种或几种。
19.根据权利要求14所述的双液注浆施工方法，其特征在于，B组分中所述界面浸润剂为乙烯基三乙氧基硅烷或异丁基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
20.根据权利要求14所述的双液注浆施工方法，其特征在于，所述的双组份注浆液的制备方法，包括以下步骤：
1)A组分制备：将A组分中配方量的胶凝材料、活性掺合料、膨胀剂和高性能水下抗分散剂用混料机搅拌5-10min，然后再加入配方量的聚羧酸高性能减水剂搅拌5min，即得A组分；
2)B组分制备：将B组分中配方量的快硬胶凝材料、活性掺合料、膨胀剂和高性能水下抗分散剂用混料机搅拌5-10min，然后再加入B组分中配方量的剩余物料继续搅拌5min，即得B组分；
3)制备好的A组分、B组分加水搅拌时，水料质量比应相同，为(0.25～0.28)：1，即得。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN112854223A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-05-28 | 郑州大学 | 一种便携式双液注浆机具及双浆液注浆施工工艺 |
| CN113863281A (zh) * | 2021-11-08 | 2021-12-31 | 浙大城市学院 | 一种适用于双液注浆的注浆装置及方法 |
| CN115059482A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-09-16 | 昆山市交通科技研究中心有限公司 | 一种富水砂层水泥高聚物高压旋喷注浆制备方法 |
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2020
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