CN112536320B - 适用于深层污染场地的近水平原位修复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤治理修复工程技术领域，尤其涉及一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统及方法。所述修复系统包括钻机本体、钻喷一体化短节、导向钻头和导向仪器，所述钻喷一体化短节的前后两端分别与所述钻杆和所述导向钻头可拆卸连接，通过钻喷一体化短节可控制泥浆或修复液的喷射方向，可实现钻进与旋喷的无缝衔接。本发明所述原位修复方法通过在深层污染场地按需施工一组或多组多分支水平孔，并将修复药剂以高压旋喷的方式注入污染土壤之中，完成修复作业。该方法能够提高单台钻机在深层污染土壤中的修复控制面积，降低修复成本和设备搬迁次数，显著提高修复效率。

Description

适用于深层污染场地的近水平原位修复系统及方法

技术领域

本发明涉及土壤治理修复工程技术领域，尤其涉及一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统及方法。

背景技术

全国正在着力强化建设用地风险管控和治理修复。根据土壤治理修复工程的位置划分，可分为原位修复技术与异位修复技术。而对于污染深度大、难开挖的污染场地，更倾向于采用原位修复技术。原位土壤修复技术主要分为原位土壤物理法、原位土壤化学法和原位土壤生物修复法，分别具有效果好、易操作、没有二次污染的优点。

中国发明专利“土壤及地下水原位注入——高压旋喷注射原位修复系统及方法”（申请号：201610464626.7）公开了一种土壤及地下水原位注入——高压旋喷注射原位修复系统及方法，系统包括高压注浆泵、旋喷钻机、高压喷射三重钻杆内外管、药剂喷嘴等。按照三角形布点法，保证药剂扩散半径覆盖全部修复区域，实现修复药剂与土壤及地下水的充分混合；现场快速检测药剂残留、污染物浓度的参数，以检验原位修复效果。该发明专利是从垂直方向进行原位修复。

中国实用新型专利“一种土壤原位修复专用高压旋喷药剂注入装置”（申请号：201921680831.2）公开了一种土壤原位修复专用高压旋喷药剂注入装置，包括高压旋喷桩机、配药桶、增压泵、柱塞泵、储气罐和空压机。该实用新型能有效提高注入压力，注入药剂更加均匀，渗透性能打打提升，且集成化程度高，可以连续作业。该发明专利是从垂直方向进行原位修复。

中国发明专利“高压旋喷注射原位修复系统及方法”（申请号：201911342579.9）公开了一种高压旋喷注射原位修复系统及方法，其系统包括控制系统和高压旋喷钻机系统，其方法包括建立数据模型。该发明可进行定压、定量精准注射，确保药剂扩散效果；还可通过控制系统实现实时自动优化调整注射。该发明专利是从垂直方向进行原位修复。

中国发明专利“导向水平旋喷施工的钻头及其施工方法”（申请号：200910311455.4）公开了一种导向水平施工的钻头及其施工方法，包括钻头主体、固定连接在钻头主体头部的楔子板和镶在钻头主体侧壁凹槽探棒。该发明可确定钻头的打设方向和喷嘴的具体位置，使能在必要时改变钻进方向、自动纠偏、高精度、长距离地施作水平旋喷桩。该发明专利只是实施一个水平方向的主钻孔，未有涉及多分支孔的方案，也未涉及土壤修复领域。

中国发明专利“一种旋喷随钻定向导向装置”（申请号：201810747651.5）提供了一种旋喷随钻定向导向装置，为旋喷施工提供钻进导向提钻旋喷一体化的施工装置，其优点在于，实现钻喷一体化提高施工效率，降低施工成本，定位导向监测系统以及导向装置的应用提高成桩质量，控制成桩角度位置偏差，提高咬合桩咬合成功率，降低咬合桩密度，进一步提高施工效率。该发明专利只是实施一个水平方向的主钻孔，未有涉及多分支孔的方案，也未涉及土壤修复领域。

上述专利所公开的原位土壤修复技术是从垂直方向上建立地表与污染土壤之间的通道，存在如下不足之处：（1）有的是钻进与旋喷分步进行，导致修复效率较低；有的即使实现了钻喷一体化，但是只是实施一个水平方向的主钻孔，未有涉及多分支孔的方案，也未涉及土壤修复领域；（2）一个钻孔只能修复钻孔周边的污染土壤，若需扩大修复区域，需要频繁地挪动钻机等设备。

发明内容

有鉴于此，尤其是对于污染深度大、难开挖的污染场地，采用传统的原位土壤修复技术存在效率低、安全风险高等不足之处，本发明提供了一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统及方法。

本发明提供一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，包括钻机本体、导向钻头和导向仪器，所述导向钻头内设有导航仪探管和第一出液端，还包括钻喷一体化短节，所述钻喷一体化短节包括壳体、驱动机构和液体换向单元，所述壳体为圆柱体结构，其内部中空且前端敞口设置，所述壳体的后端设有与所述壳体内部连通的多个第二出液孔，所述壳体的前后两端分别与所述钻杆和所述导向钻头可拆卸连接，所述第一出液端与多个所述第二出液孔连通，所述液体换向单元滑动安装在所述壳体内，所述液体换向单元具有进液端和第二出液端，其中，所述进液端与所述壳体的前端连通，所述第二出液端与多个所述第二出液孔连通，所述壳体在位于所述液体换向单元处设有多个第一出液孔，多个所述第一出液孔沿所述壳体的周向间隔分布，所述驱动机构设置在所述液体换向单元的后方，其与所述液体换向单元连接，其可驱动所述液体换向单元移动至多个所述第一出液孔与所述壳体内部连通或断开。

进一步地，所述液体换向单元包括滑阀和驱动杆，所述滑阀为圆柱体结构，其同轴设置在所述壳体内部的前部，且其外壁与所述壳体的内壁具有第一环状间隙，所述壳体的内部位于所述液体换向单元的后端同轴设有一凸环，所述液体换向单元的前端同轴设有与所述壳体内壁密封且滑动连接的第一翻边，其后端与所述凸环内壁密封且滑动连接，所述第一环状间隙内设有至少一个弹性件，所述弹性件分别与所述第一翻边和所述凸环固定连接，所述滑阀上同轴设有第一进液通道，且所述第一进液通道前端的孔径大于其后端的孔径，所述驱动杆同轴设置在所述滑阀的后端，其前端设有与所述第一进液通道后端相适配的阻流头，所述驱动机构与所述驱动杆的后端连接，其可驱动所述驱动杆前后移动至靠近或远离所述第一进液通道。

进一步地，所述驱动机构包括仓体、电磁波接收单元、电磁波触发线圈和控制单元，所述仓体为圆柱体结构，其同轴并通过固定件安装在所述凸环的后侧，所述仓体的外壁与所述壳体的内壁之间形成第二环状间隙，所述第二环状间隙分别与所述第二出液孔和第一进液通道连通，所述驱动杆、所述电磁波接收单元和所述控制单元均设置在所述仓体内，其中，所述驱动杆的前端穿过所述仓体的前侧伸出所述仓体外，所述电磁波触发线圈环设在所述驱动杆的后端，所述电磁波接收单元和所述电磁波触发线圈均与所述控制单元电连接，地面上设有电磁波发射单元，所述壳体上设有至少一个与所述通道连通的缺口，且每个所述缺口内均填充有环氧树脂材料，所述驱动杆由铁质材料制成。

进一步地，所述仓体由前仓和后仓组成，所述前仓和所述后仓均沿所述壳体的轴向设置，并前后间隔分布并可拆卸连接，所述前仓内设有储液仓，所述储液仓内存储有润滑液，所述电磁波触发线圈绕制于所述储液仓外，所述驱动杆设置在所述前仓内，其前端穿过所述前仓的前侧伸出所述前仓外，其后端穿过所述储液仓伸入所述储液仓内，，所述电磁波接收单元和所述控制单元均设置在所述后仓内。

进一步地，所述电磁波接收单元包括铁氧体磁芯和电磁波接收线圈，所述铁氧体磁芯同轴设置在所述驱动杆的后端，所述电磁波接收线圈绕制于所述铁氧体磁芯外，其与所述控制单元电连接，所述铁氧体磁芯和所述电磁波接收线圈均设置在所述后仓内。

进一步地，所述液体换向单元包括转阀，所述转阀为圆柱体结构，其同轴设置在所述壳体内部的前部，其前端为敞口结构，其外壁与所述壳体的内壁密封且滑动连接，所述转阀上设有沿其轴向设置的第二进液通道，其后端设有多个与其内部连通的第四出液孔，所述第二进液通道与所述壳体的前端连通，所述第四进液孔与多个所述第二出液孔连通，所述转阀上设有多个所述第一出液孔对应设置的第三出液孔，所述驱动机构与所述转阀连接，其可驱动所述转阀转动至多个所述第三出液孔分别与对应的所述第一出液孔连通或错开，所述第四出液孔的孔径小于所述第一出液孔的孔径。

进一步地，所述驱动机构包括仓体、电机、电磁波接收单元和控制单元，所述仓体为圆柱体结构，其同轴并通过固定件安装在所述转阀的后侧，且其后端与所述第一堵头可拆卸连接，所述仓体的外壁与所述壳体的内壁之间形成第二环状间隙，所述第二环状间隙分别与所述第四出液孔和所述第三出液孔连通，所述电机、所述电磁波接收单元和所述控制单元均设置在所述仓体内，其中，所述电机的驱动轴穿过所述仓体的前侧并与所述转阀的后端固定连接，所述电磁波接收单元和所述电机均与所述控制单元电连接，地面上设有电磁波发射单元，所述壳体上设有多个与所述通道连通的缺口，且每个所述缺口内均填充有环氧树脂材料。

进一步地，所述电磁波接收单元包括铁氧体磁芯和电磁波接收线圈，所述铁氧体磁芯同轴设置在所述驱动杆的后端，所述电磁波接收线圈绕制于所述铁氧体磁芯外，其与所述控制单元电连接。

一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，包括钻机本体、导向钻头和导向仪器，所述导向钻头内设有导航仪探管和第一出液端，还包括如上述钻喷一体化短节，所述壳体的前后两端分别与所述钻杆和所述导向钻头可拆卸连接，所述第一出液端与多个所述第二出液孔连通。

一种适用于深层污染场地的近水平原位修复方法，该方法利用上述用于深层污染场地的近水平原位修复系统进行，其主要包括以下步骤：

S1、将钻机本体置于待修复的深层污染场地地面，将注浆泵与钻杆连通后，依次完成壳体和导向钻头的组装；

S2、启动钻机本体，保持多个第二出液孔与第一出液端处于连通状态，向钻杆内泵入泥浆，并利用导向仪器控制导向钻头向地层定向钻进至预设深度地层后，完成水平主孔的钻进操作；

S3、调整导向钻头的钻进方向，并驱动钻杆带动导向钻头朝预设钻进方向钻进，边钻进边泵入泥浆，待钻至预设位置后，完成第一分支孔的钻取；

S4、启动钻杆回拖操作，向钻杆内泵入修复液，同时保持多个第一出液孔与钻杆处于连通状态，边回拖边选旋喷修复液，待导向钻头回退到所述水平主孔内后，第一分支孔的修复完成；

S5、重复S3-S4的操作，以依次完成第二分支孔，…，第N分支孔的钻进和旋喷操作，其中，N为大于2的自然数，且N支第二分支孔均布在水平主孔的两侧。

S6、继续启动钻杆的回拖操作，边回拖边向水平主孔内旋喷修复液，待导向钻头回退地面后，深层污染场地修复工作完毕，关闭钻机本体，清理工作地面现场。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，其具有定向钻进的功能，可实现钻进与旋喷的无缝衔接，显著提高了修复的效率，还使得深层污染场地的修复作业更加安全；还具有操作方便、实用性强、降低修复成本和增强对修复作业人员的保护等优点。本发明所述一种适用于深层污染场地的近水平原位修复方法，通过分别钻取水平主孔和多个分支孔，提高修复面积，也能达到降低设备搬迁次数和提高修复效率等目的。

附图说明

图1是本发明所述一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统的结构示意图；

图2是图1中A的局部放大图；

图3是本发明所述钻喷一体化短节的结构示意图；

图4是本发明另一实施例中所述钻喷一体化短节的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

<实施例1>

请参考图1-3，本发明的实施例提供了一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，包括钻机本体（10）、导向钻头（11）、导向仪器（12）和钻喷一体化短节，所述钻机本体（10）包括钻杆（13），所述导向钻头（11）内设有导航仪探管（14）和第一出液端（15），所述导航仪探管（14）可发射信号，所述导向仪器（12）置于地面上，其用于接收所述导航仪探管（14）的信号，所述钻喷一体化短节包括壳体（20）、驱动机构和液体换向单元，所述壳体（20）为圆柱体结构，其内部中空且两端均敞口设置，所述壳体（20）的后端可拆卸的安装有第一堵头（21），所述第一堵头（21）上设有与所述壳体（20）内部连通的多个第二出液孔（22），所述第一出液端（15）与多个所述第二出液孔（22）连通，所述壳体（20）的前后两端分别与所述钻杆（13）和所述导向钻头（11）可拆卸连接，所述液体换向单元滑动安装在所述壳体（20）内，所述液体换向单元具有进液端和第二出液端，其中，所述进液端与所述壳体（20）的前端连通，所述第二出液端与多个所述第二出液孔（22）连通，所述壳体（20）在位于所述液体换向单元处设有多个第一出液孔（23），多个所述第一出液孔（23）沿所述壳体（20）的周向间隔分布，所述驱动机构设置在所述液体换向单元的后方，其与所述液体换向单元连接，其可驱动所述液体换向单元移动至多个所述第一出液孔（23）与所述壳体（20）内部连通或断开。

在本发明中，钻机本体（10）为ZT-25A型水平定向钻机。此外，本发明中导向仪器（12）和导航仪探管（14）的功能是，导航仪探管（14）可发送信号，通过导向仪器（12）接收导航仪探管（14）发出的信号，监测导向钻头（11）的位置和空间状态，实现给进和回转操作，从而控制钻孔轨迹，需要说明的是，本发明中导向仪器（12）和导向钻头（11）均为现有技术，其中，导向仪器（12）为导航仪，导向钻头（11）为非开挖定向钻头，其端部设有压掌（111），具体的，其第一出液端通过多个出液口组成，且在公开号为CN100353145C，专利名为非开挖导向仪的发明专利中公开了测导向发射探头和跟踪接收导向器，其也可以实现本发明中导向钻头（11）和导向仪器（12）的功能，因此，本发明对导向仪器（12）和导向钻头（11）的具体结构和工作原理不进行赘述。钻杆（13）可采用由多段式短节钻杆（13）依次组装而成，以便于调节钻杆（13）的长度。壳体（20）与导向钻头（11）和钻杆（13）均通过螺纹连接方式实现可拆卸连接，其中，螺纹连接方式具有操作方便和实施成本低等优点，且螺纹连接为现有技术，本发明对其具体连接结构不进行限定。此外，壳体（20）内部的前部同轴设有孔用挡圈（24）。泥浆或修复液在钻喷一体化短节内具有两条流通路径，一条是依次经过壳体（20）的前端、液体换向单元的进液端和第二出液端、多个第二出液孔（22）后从导向钻头（11）的第一出液端（15）旋喷出来，另一条则是壳体（20）的前端和多个第一出液孔（23）连通后，经过壳体（20）的内部从多个第一出液孔（23）旋喷出来，而液体换向单元的作用则是用于改变泥浆或修复液的喷出方向。

优选的，所述液体换向单元包括滑阀（30）和驱动杆（31），所述滑阀（30）为圆柱体结构，其同轴设置在所述壳体（20）内部的前部，且其外壁与所述壳体（20）的内壁具有第一环状间隙（32），所述滑阀（30）的前端同轴设有与所述壳体（20）内壁密封且滑动连接的第一翻边（301），所述壳体（20）的内部位于所述液体换向单元的后端同轴设有一凸环（25），所述滑阀（30）的后端与所述凸环（25）内壁密封且滑动连接，所述第一环状间隙（32）内设有至少一个弹性件（33），所述弹性件（33）分别与所述第一翻边（301）和所述凸环（25）固定连接，所述滑阀（30）上同轴设有第一进液通道（302），且所述第一进液通道（302）前端的孔径大于其后端的孔径，所述驱动杆（31）同轴设置在所述滑阀（30）的后端，其前端设有与所述第一进液通道（302）后端相适配的阻流头（311），所述驱动机构与所述驱动杆（31）的后端连接，其可驱动所述驱动杆（31）前后移动至靠近或远离所述第一进液通道（302）。

在本发明中，第一进液通道（302）构成换向单元的进液端和第二出液端。阻流头（311）的作用是使第一进液通道（302）后端的出液面积急剧减小，达到截流的作用，具体的，驱动机构驱动驱动杆（31）向前移动至与第一进液通道（302）的后端抵接，泥浆或修复液从第一进液通道（302）流出的流量急剧减小。第一出液通道前端的孔径大于其后端的孔径，使泥浆或修复液流经滑阀（30）的速度逐渐减小，同时，在阻流头（311）的截流作用下，以在滑阀（30）的前后两端形成液压差，液压差则是驱动滑阀（30）移动的动力。而滑阀（30）向后侧移动的过程中，逐渐让出第一出液孔（23），直至第一出液孔（23）与壳体（20）内部连通后，泥浆或修复液则即可从多个第一出液孔（23）喷出。弹性件（33）的作用是驱动滑阀（30）自动移动至初始位置。具体的，弹性件（33）为弹簧，且弹簧设有多个，多个弹簧均沿壳体（20）的轴向设置，并沿壳体（20）的周向均匀间隔分布，其一端均与第一翻边（301）固定连接，其另一端均与凸环（25）固定连接。弹簧具有操作方便和实施成本低等优点。第一翻边301与滑阀30一体成型设计。

优选的，所述驱动机构包括仓体（40）、电磁波接收单元、电磁波触发线圈（41）和控制单元（42），所述仓体（40）为圆柱体结构，其同轴并通过固定件（46）安装在所述凸环（25）的后侧，且其后端与所述第一堵头（21）可拆卸连接，所述仓体（40）的外壁与所述壳体（20）的内壁之间形成第二环状间隙（43），所述第二环状间隙（43）分别与所述第二出液孔（22）和第一进液通道（302）连通，所述驱动杆（31）、所述电磁波接收单元和所述控制单元（42）均设置在所述仓体（40）内，其中，所述驱动杆（31）的前端穿过所述仓体（40）的前侧并伸出所述仓体（40）外，所述电磁波触发线圈（41）环设在所述驱动杆（31）的后端，所述电磁波接收单元和所述电磁波触发线圈（41）均与所述控制单元（42）电连接，地面上设有电磁波发射单元（43），所述壳体（20）上设有多个与所述通道连通的缺口（44），且每个所述缺口（44）内均填充有环氧树脂材料（45），所述驱动杆（31）由铁质材料制成，所述仓体（40）由不锈钢材料制成。

在本发明中，固定件（46）为扶正器，其套设在仓体（40）外壁的前部，扶正器用于将仓体（40）固定在壳体（20）内，以防止仓体（40）在壳体（20）内随意移动。而仓体（40）与第一堵头（21）的可拆卸连接方式，可方便对仓体（40）的安装和维修。具体的，仓体（40）的后端通过螺栓与第一堵头（21）可拆卸连接，其中，螺栓具有拆装方便和实施成本低等优点。控制单元（42）为单片机，此外，仓体（40）内还设有电源（47），电源（47）与控制单元（42）电连接，其用于对控制单元（42）进行供电，具体的，电源（47）为锂电池。仓体（40）由不锈钢材料制成，其可防止仓体（40）生锈，保证仓体（40）的使用寿命。而缺口（44）和环氧树脂的设置则是提高仓体（40）电磁波的穿透能力。其中，所述电磁波发射单元（43）能用于发射电磁波信号，所述电磁波接收单元用于接收所述电磁波发射单元（43）发射的电磁波信号，所述控制单元（42）用于对电磁波信号进行选频，并控制电磁波触发线圈（41）通电，即可驱动驱动杆（31）向前移动至靠近第一进液通道（302）。

优选的，所述电磁波接收单元包括铁氧体磁芯（48）和电磁波接收线圈（49），所述铁氧体磁芯（48）同轴设置在所述驱动杆（31）的后端，所述电磁波接收线圈（49）绕制于所述铁氧体磁芯（48）外，其与所述控制单元（42）电连接。

在本发明中，所述铁氧体磁芯（48）用于放大电磁波信号。

优选的，所述仓体（40）由前仓（401）和后仓（402）组成，所述前仓（401）和所述后仓（402）均沿所述壳体（20）的轴向设置，并前后间隔分布，且所述后仓（402）的前端与所述前仓（401）的后端可拆卸连接，其后端与所述第一堵头（21）可拆卸连接，所述前仓（401）内设有储液仓（403），所述储液仓（403）内存储有润滑液，所述电磁波触发线圈（41）绕制于所述储液仓（403）外，所述驱动杆（31）设置在所述前仓（401）内，其前端穿过所述前仓（401）的前侧伸出所述前仓（401）外，其后端穿过所述储液仓（403）伸入所述储液仓（403）内，所述铁氧体磁芯（48）、所述电磁波接收线圈（49）和所述控制单元（42）均设置在所述后仓（402）内。

在本发明中，前仓（401）为实心结构，其后端为敞口结构，且其内部后部设有置物槽，储液仓403和电磁波触发线圈41均设置在置物槽内，前仓401没设有沿其轴向设置的置物通道，置物通道与置物槽连通，驱动杆31同轴设置在置物通道内。本发明对后仓（402）的前端与前仓（401）的后端可拆卸连接方式不进行限定，现有技术中能实现前仓（401）和后仓（402）可拆卸连接的结构均可作为本发明的具体实施例，如螺纹连接的方式。润滑液可防止驱动杆（31）生锈，保证驱动杆（31）的使用寿命。具体的，本发明中润滑液为矿物油。所述铁氧体磁芯（48）、所述电磁波接收线圈（49）、所述控制单元（42）和电源（47）前后依次间隔设置在后仓（402）内，且为了方便对铁氧体磁芯（48）、电磁波接收线圈（49）、控制单元（42）和电源（47）的更换和维修，后仓（402）的后端为敞口结构，并在后端螺纹安装有第二堵头（405），第二堵头（405）与第一堵头（21）通过螺栓可拆卸连接。本发明中，将驱动杆（31）、电磁波触发线圈（41）、铁氧体磁芯（48）、电磁波接收线圈（49）、控制单元（42）和电源（47）分设在前仓（401）和后仓（402）内，使得各个零部件的工作互不产生影响。

一种适用于深层污染场地的近水平原位修复方法，其主要包括以下步骤：

S1、将钻机本体（10）置于待修复的深层污染场地地面，将注浆泵（17）与钻杆（13）连通后，依次完成壳体（20）和导向钻头（11）的组装；具体的，通过注浆管（18）将注浆泵（17）与钻杆（13）连通。在此，需要说明的是，注浆泵（17）、注浆管（18）和钻杆（13）的连接方式为现有技术，钻杆（13）与注浆泵（17）连通后，再依次完成壳体（20）和导向钻头（11）的组装；

S2、启动钻机本体（10）和导向仪器（12），控制钻杆（13）带动导向钻头（11）给进与旋转，于深层污染场地地面向地层钻进，通过导向仪器（12）对导向钻头（11）进行定位，并通过钻机本体（10）的操作台控制导向钻头（11）的钻进方向，启动注浆泵（17），保持钻杆（11）、钻喷一体化短节的第二出液孔（22）与导向钻头（11）的第一出液端处于连通状态，向钻杆（13）内泵入泥浆，待导向钻头（11）抵达预设深度地层后，停止导向钻头（11）的旋转，即完成水平主孔的钻进操作，关闭注浆泵（17）；具体的，在钻进过程中，保持滑阀（30）的第一进液通道（302）、第一环状间隙（32）、第二出液孔（22）、导向钻头（11）的第一出液端（15）为连通状态，以边钻进边灌注泥浆，达到通过喷射的泥浆切割土体的目的。

S3、调整导向钻头（11）的钻进方向，启动钻杆（13）和注浆泵（17），向钻杆（13）内泵入泥浆，导向钻头（11）朝预设钻进方向钻进至预设位置后，完成第一分支孔的钻进操作，关闭注浆泵（17）；具体的，在导向仪器（12）和钻机本体（10）的操作台的共同作用下，推进并调整导向钻头（11）的钻进方向，使得导向钻头（11）上的压掌（111）与土体接触挤压而受到径向分力，从而改变前进方向；再旋转导向钻头（11）时，压掌（111）便会对前端土体产生面破碎，消除径向力的影响，从而直线前进，以实现第一分支孔钻进。

S4、钻机本体（10）启动钻杆（13）回拖操作，同时，启动注浆泵（17），向钻杆（13）内泵入修复液，以及驱动机构控制多个第一出液孔（23）与钻杆（13）的前端连通，修复液从多个第一出液孔（23）旋喷至第一分支孔内，待导向钻头（11）回退到所述水平主孔内后，第一分支孔的修复完成；具体的，第一分支孔钻进完成后，使得多个第一出液孔（23）与壳体（20）的内部，也即钻杆（13）的内部连通，修复液则从多个第一出液孔（23）旋喷至第一分支孔内；在泵入修复液的时候，启动电磁波发射器，驱动杆（31）通电后，向滑阀（30）移动，以使得在滑阀（30）的前后两端形成液面差，则可驱动滑阀（30）向后移动，至多个第一出液孔（23）与壳体（20）的内部，也即钻杆（13）的内部连通，修复液则从多个第一出液孔（23）旋喷至周围的污染土壤。在钻杆（13）回拖的过程中，边进行修复液的喷旋操作，直至导向钻头（11）回退到所述水平主孔。

S5、重复S3-4的操作，以依次完成第二分支孔，…，第N分支孔的钻进和旋喷操作，其中，N为大于2的自然数，且N支第二分支孔均布在水平主孔的两侧。具体的，N可视待深层污染场地实际修复情况设计，即可根据待深层污染场地的污染程度设计钻取分支孔的数量。重复S3-4的操作，待第N分支孔的钻进和旋喷操作完成后，且导向钻头（11）回退到所述水平主孔内后，N支第二分支孔的修复操作均以完成。而N支第二分支孔均布在水平主孔的两侧，则有利于提高对深层污染场地的修复效果。

S6、继续启动钻杆（11）的回拖操作，同时向水平主孔内旋喷修复液，钻杆（13）和导向钻头（11）回退地面后，深层污染场地修复工作完毕，关闭钻机本体（10），清理工作地面现场。

<实施例2>

请参考图1、2、4，本发明的实施例提供了一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，包括钻机本体（10）、导向钻头（11）、导向仪器（12）和钻喷一体化短节，所述钻机本体（10）包括钻杆（13），所述导向钻头（11）内设有导航仪探管（14）和第一出液端（15），所述导航仪探管（14）可发射信号，所述导向仪器（12）置于地面上，其用于接收所述导航仪探管（14）的信号，所述钻喷一体化短节包括壳体（20）、驱动机构和液体换向单元，所述壳体（20）为圆柱体结构，其内部中空且两端均敞口设置，所述壳体（20）的后端可拆卸的安装有第一堵头（21），所述第一堵头（21）上设有与所述壳体（20）内部连通的多个第二出液孔（22），所述壳体（20）的前后两端分别与所述钻杆（13）和所述导向钻头（11）可拆卸连接，且所述第一出液端（15）与所述第二出液孔（22）连通，所述液体换向单元滑动安装在所述壳体（20）内，所述液体换向单元具有进液端和第二出液端，其中，所述进液端与所述壳体（20）的前端连通，所述第二出液端与多个所述第二出液孔（22）连通，所述壳体（20）在位于所述液体换向单元处设有多个第一出液孔（23），多个所述第一出液孔（23）沿所述壳体（20）的周向间隔分布，所述驱动机构设置在所述液体换向单元的后方，其与所述液体换向单元连接，其可驱动所述液体换向单元移动至多个所述第一出液孔（23）与所述壳体（20）内部连通或断开。

优选的，所述液体换向单元包括转阀（50），所述转阀（50）为圆柱体结构，其同轴设置在所述壳体（20）内部的前部，其前端为敞口结构，其外壁与所述壳体（20）的内壁密封且滑动连接，所述转阀（50）上设有沿其轴向设置的第二进液通道（51），其后端设有多个与其内部连通的第四出液孔（52），所述第二进液通道（51）与所述壳体（20）的前端连通，所述第四进液孔与多个所述第二出液孔（22）连通，所述转阀（50）上设有多个所述第一出液孔（23）对应设置的第三出液孔（53），所述驱动机构与所述转阀（50）连接，其可驱动所述转阀（50）转动至多个所述第三出液孔（53）分别与对应的所述第一出液孔（23）连通或错开，所述第四出液孔（52）的孔径小于所述第一出液孔（23）的孔径。

在本发明中，泥浆或修复液从第二进液通道（51）经过第四出液孔（52）流向第三出液孔（53）处，而当驱动机构启动后，其驱动转阀（50）带动多个所述第三出液孔（53）分别与对应的所述第一出液孔（23）连通后，由于第四出液孔（52）的孔径小于所述第一出液孔（23）的孔径，则泥浆或修复液主要从第一出液孔（23）处喷出。具体的，为了提高泥浆或修复液流向第一出液孔（23）的速度，第三出液孔（53）的孔径大于第一出液孔（23）的孔径。第四出液孔（52）设有多个，并均布在转阀（50）的后端。

优选的，所述驱动机构包括仓体（40）、电机（410）、电磁波接收单元和控制单元（42），所述仓体（40）为圆柱体结构，其同轴并通过固定件（46）安装在所述转阀（50）的后侧，且其后端与所述第一堵头（21）可拆卸连接，所述仓体（40）的外壁与所述壳体（20）的内壁之间形成第二环状间隙（43），所述第二环状间隙（43）分别与所述第四出液孔（52）和所述第三出液孔（53）连通，所述电机（410）、所述电磁波接收单元和所述控制单元（42）均设置在所述仓体（40）内，其中，所述电机（410）的驱动轴穿过所述仓体（40）的前侧并与所述转阀（50）的后端固定连接，所述电磁波接收单元和所述电机（410）均与所述控制单元（42）电连接，地面上设有电磁波发射单元（43），所述壳体（20）上设有多个与所述通道连通的缺口（44），且每个所述缺口（44）内均填充有环氧树脂材料（45），所述仓体（40）由不锈钢材料制成。

在本发明中，固定件（46）为扶正器。仓体（40）内还设有电源（47），电源（47）与控制单元（42）电连接，其用于对控制单元（42）进行供电，具体的，电源（47）为锂电池。电机（410）、电磁波接收单元、控制单元（42）和电源（47）沿仓体（40）的轴线依次间隔设置在仓体（40）内，且为了方便对电机（410）、电磁波接收单元、控制单元（42）和电源（47）的更换，仓体（40）的后端为敞口结构，并可拆卸的安装有第二堵头（405），第二堵头（405）与第一堵头（21）通过螺栓可拆卸连接。而仓体（40）与第二堵头（405）、第二堵头（405）与第一堵头（21）的可拆卸连接方式，可方便对仓体（40）、电机（410）、电磁波接收单元、控制单元（42）和电源（47）的安装和维修。控制单元（42）为单片机。而缺口（44）和环氧树脂的设置则是提高仓体（40）电磁波的穿透能力。其中，所述电磁波发射单元（43）能用于发射电磁波信号，所述电磁波接收单元用于接收所述电磁波发射单元（43）发射的电磁波信号，所述控制单元（42）用于对电磁波信号进行选频，并控制电机（410）通电，电机（410）通电后启动，即可驱动其驱动轴驱动转阀（50）绕其轴向转动至其上多个第三出液孔（53）与分别与对应的第一出液孔（23）连通或错开，以改变泥浆或修复液的输送方向。本实施例所述的驱动机构具有操作方便和驱动命令发送精准等优点。

优选的，所述电磁波接收单元包括铁氧体磁芯（48）和电磁波接收线圈（49），所述铁氧体磁芯（48）同轴设置在所述驱动杆（31）的后端，所述电磁波接收线圈（49）绕制于所述铁氧体磁芯（48）外，其与所述控制单元（42）电连接。

一种适用于深层污染场地的近水平原位修复方法，其主要包括以下步骤：

S1、将钻机本体（10）置于待修复的深层污染场地地面，将注浆泵（17）与钻杆（13）连通后，依次完成壳体（20）和导向钻头（11）的组装；具体的，通过注浆管（18）将注浆泵（17）与钻杆（13）连通。在此，需要说明的是，注浆泵（17）、注浆管（18）和钻杆（13）的连接方式为现有技术，钻杆（13）与注浆泵（17）连通后，再依次完成壳体（20）和导向钻头（11）的组装；

S2、启动钻机本体（10）和导向仪器（12），控制钻杆（13）带动导向钻头（11）给进与旋转，于深层污染场地地面向地层钻进，通过导向仪器（12）对导向钻头（11）进行定位，并通过钻机本体（10）的操作台控制导向钻头（11）的钻进方向，启动注浆泵（17），保持钻杆（11）、钻喷一体化短节的第二出液孔（22）与导向钻头（11）的第一出液端处于连通状态，向钻杆（13）内泵入泥浆，待导向钻头（11）抵达预设深度地层后，停止导向钻头（11）的旋转，即完成水平主孔的钻进操作，关闭注浆泵（17）；具体的，在钻进过程中，转阀（50）的第二进液通道（51）、第二环状间隙（43）、第四出液孔（52）、导向钻头（11）的第一出液端（15）为连通状态，以边钻进边灌注泥浆，达到通过喷射的泥浆切割土体的目的。

S3、调整导向钻头（11）的钻进方向，启动钻杆（13）和注浆泵（17），向钻杆（13）内泵入泥浆，导向钻头（11）朝预设钻进方向钻进至预设位置后，完成第一分支孔的钻进操作，关闭注浆泵（17）；具体的，在导向仪器（12）和钻机本体（10）的操作台的共同作用下，推进并调整导向钻头（11）的钻进方向，使得导向钻头（11）上的压掌（111）与土体接触挤压而受到径向分力，从而改变前进方向；再旋转导向钻头（11）时，压掌（111）便会对前端土体产生面破碎，消除径向力的影响，从而直线前进，以实现第一分支孔钻进。

S4、钻机本体（10）启动钻杆（13）回拖操作，同时，启动注浆泵（17），向钻杆（13）内泵入修复液，以及驱动机构控制多个第一出液孔（23）与钻杆（13）的前端连通，修复液从多个第一出液孔（23）旋喷至第一分支孔内，待导向钻头（11）回退到所述水平主孔内后，第一分支孔的修复完成；具体的，第一分支孔钻进完成后，使得多个第一出液孔（23）与壳体（20）的内部，也即钻杆（13）的内部连通，修复液则从多个第一出液孔（23）旋喷至第一分支孔内；在泵入修复液的时候，启动电磁波发射器，使得转阀（50）的多个第三出液孔（53）与对应的第一出液孔（23）连通，也即钻杆（13）的内部连通，修复液则从多个第一出液孔（23）旋喷至周围的污染土壤。在钻杆（13）回拖的过程中，边进行修复液的喷旋操作，直至导向钻头（11）回退到所述水平主孔。

S5、重复S3-4的操作，以依次完成第二分支孔，…，第N分支孔的钻进和旋喷操作，其中，N为大于2的自然数，且N支第二分支孔均布在水平主孔的两侧。具体的，N可视待深层污染场地实际修复情况设计，即可根据待深层污染场地的污染程度设计钻取分支孔的数量。重复S3-4的操作，待第N分支孔的钻进和旋喷操作完成后，且导向钻头（11）回退到所述水平主孔内后，N支第二分支孔的修复操作均以完成。而N支第二分支孔均布在水平主孔的两侧，则有利于提高对深层污染场地的修复效果。

S6、继续启动钻杆（11）的回拖操作，同时向水平主孔内旋喷修复液，钻杆（13）和导向钻头（11）回退地面后，深层污染场地修复工作完毕，关闭钻机本体（10），清理工作地面现场。

需要说明的是，本发明所述修复液为用于修复污染场地常用的修复溶液，由于不同污染场地其主要污染物不同，因为修复液的主要成分也有所区别，因此，本发明对修复液的种类不进行限定。其中，在正常钻进过程中，始终保持液体换向单元的第二进液端与导向钻头（11）的第一出液端（15）为连通状态，以在钻进过程中灌注泥浆，而在钻杆（11）的回拖操作时，则始终保持壳体（20）的前端和多个第一出液孔（23）为连通状态，以向多个分支孔和水平主孔内泵入修复液，即可实现钻进与旋喷的无缝衔接。注浆泵（17）为变频高压注浆泵（17），其可通过控制泵压、泵量，配合对修复浆液粘度、钻杆（13）转速、回拖速度等工艺参数的调整，精准高效地通过多个分支孔将修复药剂注入深层污染场地。此外，依据导向造斜原理进行钻孔三维轨迹设计，确定造斜段（即分支孔）的曲率半径、入土角等关键参数后进行作业，此为现有技术，本发明对其具体操作步骤不进行赘述。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，包括钻机本体（10）、导向钻头（11）和导向仪器（12），所述导向钻头（11）内设有导航仪探管（14）和第一出液端（15），其特征在于，还包括钻喷一体化短节，所述钻喷一体化短节包括壳体（20）、驱动机构和液体换向单元，所述壳体（20）为圆柱体结构，其内部中空且前端敞口设置，所述壳体（20）的后端设有与所述壳体（20）内部连通的多个第二出液孔（22），所述壳体（20）的前后两端分别与钻杆（13）和所述导向钻头（11）可拆卸连接，所述第一出液端（15）与多个所述第二出液孔（22）连通，所述液体换向单元滑动安装在所述壳体（20）内，所述液体换向单元具有进液端和第二出液端，其中，所述进液端与所述壳体（20）的前端连通，所述第二出液端与多个所述第二出液孔（22）连通，所述壳体（20）在位于所述液体换向单元处设有多个第一出液孔（23），多个所述第一出液孔（23）沿所述壳体（20）的周向间隔分布，所述驱动机构设置在所述液体换向单元的后方，其与所述液体换向单元连接，其可驱动所述液体换向单元移动至多个所述第一出液孔（23）与所述壳体（20）内部连通或断开；

所述液体换向单元包括滑阀（30）和驱动杆（31），所述滑阀（30）为圆柱体结构，其同轴设置在所述壳体（20）内部的前部，且其外壁与所述壳体（20）的内壁具有第一环状间隙（32），所述壳体（20）的内部位于所述液体换向单元的后端同轴设有一凸环（25），所述液体换向单元的前端同轴设有与所述壳体（20）内壁密封且滑动连接的第一翻边（301），其后端与所述凸环（25）内壁密封且滑动连接，所述第一环状间隙（32）内设有至少一个弹性件（33），所述弹性件（33）分别与所述第一翻边（301）和所述凸环（25）固定连接，所述滑阀（30）上同轴设有第一进液通道（302），且所述第一进液通道（302）前端的孔径大于其后端的孔径，所述驱动杆（31）同轴设置在所述滑阀（30）的后端，其前端设有与所述第一进液通道（302）后端相适配的阻流头（311），所述驱动机构与所述驱动杆（31）的后端连接，其可驱动所述驱动杆（31）前后移动至靠近或远离所述第一进液通道（302）。

2.根据权利要求1所述的一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，其特征在于，所述驱动机构包括仓体（40）、电磁波接收单元、电磁波触发线圈（41）和控制单元（42），所述仓体（40）为圆柱体结构，其同轴并通过固定件（46）安装在所述凸环（25）的后侧，所述仓体（40）的外壁与所述壳体（20）的内壁之间形成第二环状间隙（43），所述第二环状间隙（43）分别与所述第二出液孔（22）和第一进液通道（302）连通，所述驱动杆（31）、所述电磁波接收单元和所述控制单元（42）均设置在所述仓体（40）内，其中，所述驱动杆（31）的前端穿过所述仓体（40）的前侧伸出所述仓体（40）外，所述电磁波触发线圈（41）环设在所述驱动杆（31）的后端，所述电磁波接收单元和所述电磁波触发线圈（41）均与所述控制单元（42）电连接，地面上设有电磁波发射单元，所述壳体（20）上设有至少一个与所述通道连通的缺口（44），且每个所述缺口（44）内均填充有环氧树脂材料（45），所述驱动杆（31）由铁质材料制成。

3.根据权利要求2所述的一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，其特征在于，所述仓体（40）由前仓（401）和后仓（402）组成，所述前仓（401）和所述后仓（402）均沿所述壳体（20）的轴向前后间隔设置，并可拆卸连接，所述前仓（401）内设有储液仓（403），所述储液仓（403）内存储有润滑液，所述电磁波触发线圈（41）绕制于所述储液仓（403）外，所述驱动杆（31）设置在所述前仓（401）内，其前端穿过所述前仓（401）的前侧伸出所述前仓（401）外，其后端穿过所述储液仓（403）伸入所述储液仓（403）内，所述电磁波接收单元和所述控制单元（42）均设置在所述后仓（402）内。

4.根据权利要求3所述的一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，其特征在于，所述电磁波接收单元包括铁氧体磁芯（48）和电磁波接收线圈（49），所述铁氧体磁芯（48）同轴设置在所述驱动杆（31）的后端，所述电磁波接收线圈（49）绕制于所述铁氧体磁芯（48）外，其与所述控制单元（42）电连接，所述铁氧体磁芯（48）和所述电磁波接收线圈（49）均设置在所述后仓（402）内。

5.根据权利要求1所述的一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，其特征在于，所述液体换向单元包括转阀（50），所述转阀（50）为圆柱体结构，其同轴设置在所述壳体（20）内部的前部，其前端为敞口结构，其外壁与所述壳体（20）的内壁密封且滑动连接，所述转阀（50）上设有沿其轴向设置的第二进液通道（51），其后端设有多个与其内部连通的第四出液孔（52），所述第二进液通道（51）与所述壳体（20）的前端连通，第四进液孔与多个所述第二出液孔（22）连通，所述转阀（50）上设有多个所述第一出液孔（23）对应设置的第三出液孔（53），所述驱动机构与所述转阀（50）连接，其可驱动所述转阀（50）转动至多个所述第三出液孔（53）分别与对应的所述第一出液孔（23）连通或错开，所述第四出液孔（52）的孔径小于所述第一出液孔（23）的孔径。

6.根据权利要求5所述的一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，其特征在于，所述驱动机构包括仓体（40）、电机（410）、电磁波接收单元和控制单元（42），所述仓体（40）为圆柱体结构，其同轴并通过固定件（46）安装在所述转阀（50）的后侧，且其后端与第一堵头（21）可拆卸连接，所述仓体（40）的外壁与所述壳体（20）的内壁之间形成第二环状间隙（43），所述第二环状间隙（43）分别与所述第四出液孔（52）和所述第三出液孔（53）连通，所述电机（410）、所述电磁波接收单元和所述控制单元（42）均设置在所述仓体（40）内，其中，所述电机（410）的驱动轴穿过所述仓体（40）的前侧并与所述转阀（50）的后端固定连接，所述电磁波接收单元和所述电机（410）均与所述控制单元（42）电连接，地面上设有电磁波发射单元，所述壳体（20）上设有多个与所述通道连通的缺口（44），且每个所述缺口（44）内均填充有环氧树脂材料（45）。

7.根据权利要求6所述的一种适用于深层污染场地的近水平原位修复系统，其特征在于，所述电磁波接收单元包括铁氧体磁芯（48）和电磁波接收线圈（49），所述铁氧体磁芯（48）同轴设置在所述驱动杆（31）的后端，所述电磁波接收线圈（49）绕制于所述铁氧体磁芯（48）外，其与所述控制单元（42）电连接。

8.一种适用于深层污染场地的近水平原位修复方法，其特征在于，该方法利用权利要求1-7任一项所述的用于深层污染场地的近水平原位修复系统进行，其主要包括以下步骤：

S1、将钻机本体（10）置于待修复的深层污染场地地面，将注浆泵（17）与钻杆（13）连通后，依次完成壳体（20）和导向钻头（11）的组装；

S2、启动钻机本体（10），保持多个第二出液孔（22）与第一出液端处于连通状态，向钻杆（13）内泵入泥浆，并利用导向仪器（12）控制导向钻头（11）向地层定向钻进至预设深度地层后，完成水平主孔的钻进操作；

S3、调整导向钻头（11）的钻进方向，并驱动钻杆（13）带动导向钻头（11）朝预设钻进方向钻进，边钻进边泵入泥浆，待钻至预设位置后，完成第一分支孔的钻取；

S4、启动钻杆（13）回拖操作，向钻杆（13）内泵入修复液，同时保持多个第一出液孔（23）与钻杆（13）处于连通状态，边回拖边向第一分支孔内旋喷修复液，待导向钻头（11）回退到所述水平主孔内后，第一分支孔的修复完成；

S5、重复S3-S4的操作，以依次完成第二分支孔，…，第N分支孔的钻进和旋喷操作，其中，N为大于2的自然数，且N支第二分支孔均布在水平主孔的两侧；

S6、继续启动钻杆（13）的回拖操作，边回拖边向水平主孔内旋喷修复液，待导向钻头（11）回退地面后，深层污染场地修复工作完毕，关闭钻机本体（10），清理工作地面现场。

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