CN112627266B - 拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法,采用长臂挖机，小臂上设置安装锯齿，所述小臂上安装若干气嘴和或浆嘴，气嘴用于喷射高压气流，浆嘴用于喷射高压浆液；小臂两侧设置导流凹槽，使锯齿切割之后的沙石泥浆可以沿导流凹槽向后流动；小臂下端安装耙斗，耙斗背部也安装锯齿，耙斗和小臂下压时，耙斗铣削地层，并结合安装在耙斗上的气嘴和浆嘴切割冲洗地层，小臂上的气嘴和浆嘴形成高速喷射流束对前侧的地层进行预切割，耙斗和小臂提升过程中，锯齿拱顶切割地层，并协同气嘴和浆嘴的流体切割动作，共同冲击、破碎、铣削地层。本发明可实现拱顶刨铣协同工作，上提、下压时都可以切削地层，提高了效率。

Description

拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法

技术领域

本发明涉及防渗墙施工技术领域，尤其涉及拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法，要求申请日为2020年7月20日，申请号2020106965865，专利名称为一种刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法的优先权。

背景技术

防渗墙是环保工程和水利水电工程中的重要构筑物，主要用于垃圾填埋场外围封场和堤坝基础的垂直防渗。传统的防渗墙施工工艺主要有液压抓斗法、射水造墙法、高喷法、冲击钻法、深层搅拌法等。其中液压抓斗法、射水造墙法、冲击钻法属于全置换工艺，而高喷法和深搅法则属于非置换工艺。传统的全置换工艺须把原始地层中的土砂石等物质弄出地面，泥浆固壁(一般采用粘土或膨润土制浆)，然后采用导管法水下砼浇筑的方式，回灌砼材料成墙，这种方法的主要缺点是工序繁多，造价较高，且容易出现沉渣、离析、断墙、开叉等质量问题；传统的非置换工艺是原地切割、搅拌地层，并充填水泥浆液，就地固结成墙，这种方法的缺点是容易出现漏喷、漏搅、开叉等现象，质量保证度低。

刨铣法连续式高喷防渗墙工艺，在刨铣、喷射过程中渣料不弄出地面，但原始地层物料在刨铣、喷射共同作用下存在小范围内的挪移、置换，因此，该工艺介于传统的全置换工艺和非置换工艺之间，却结合两种传统工艺的特点，扬长避短，同时达到质量可靠和造价低廉的效果。

传统的挖机，由于臂长有限，机臂结构和力学性质等方面受限，难以应用于防渗墙施工，且直接开挖容易造成槽壁坍塌。结合机械制造技术(挖改技术)和精细化工技术(混凝土外加剂技术)的深入研究，上述难题得以解决。本技术巧妙地采用特种长臂挖机进行刨铣作业，同时喷射水泥浆液(掺外加剂)固壁、成墙，成为一种质量可靠、造价低廉的新型防渗墙施工方法。

发明人在先申请的专利2020106965865公开了一种刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法，在特种长臂挖机上安装铣具(耙斗或松土器)，并在铣具上安装喷嘴，通过高速喷射流束对地层进行预切割，协同铣具的刨铣动作，共同冲击、破碎、铣削地层，水泥浆液在作业过程中既可起到护壁作用，又可与原始地层中物料掺混后自行凝结成墙。虽然相较现有技术有很大进步，但是实际施工时发现，由于挖机的结构特点和油缸的安装方式的关系(如图1所示)，施工过程中，如果采用前进式施工，长臂受到土层的阻力，长臂难以提起，因此只能采用后退式施工，后退式施工时，长臂前侧的土层已经挖空，可以提起长臂。但是，由于挖机的设计特点，后退式施工铣具刨挖土层的效率受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法，将长臂挖机的小臂设计成弧形，在弧背上安装若干锯齿，并且设置气嘴和浆嘴，可以通过小臂上的锯齿、气嘴和浆嘴拱顶切割地层，结合耙斗刨铣地层，大大提高防渗墙施工效率。

本发明通过下述技术方案来实现：一种拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法,采用长臂挖机，长臂挖机包括挖机主体、大臂、小臂，挖机主体上安装大臂，大臂前端安装小臂，所述小臂上设置安装锯齿，所述小臂上安装若干气嘴和或浆嘴，气嘴用于喷射高压气流，浆嘴用于喷射高压浆液；小臂两侧设置导流凹槽，使锯齿切割之后的沙石泥浆可以沿导流凹槽向后流动；小臂下端安装耙斗，耙斗背部也安装锯齿，长臂挖机驾驶到预定位置，将气管连接空气压缩机，浆管连接水泥浆液泵和空气压缩机，操纵长臂挖机使耙斗和小臂深入沟槽中，将高压水泥浆液、压缩空气通过管路输送到位，经气嘴和浆嘴喷出，耙斗和小臂下压时，耙斗铣削地层，并结合安装在耙斗上的气嘴和浆嘴切割冲洗地层，小臂上的气嘴和浆嘴形成高速喷射流束对前侧的地层进行预切割，耙斗和小臂提升过程中，锯齿拱顶切割地层，并协同气嘴和浆嘴的流体切割动作，共同冲击、破碎、铣削地层，并使水泥浆液充填、掺混其中，水泥浆液起到护壁效果，长臂挖机逐步向前拱顶刨铣地层，刨铣施工后，水泥浆液与地层中的物料混合形成板墙状的凝结体，从而构成防渗墙。

具体步骤如下：

(1)场地平整：沿防渗墙施工轴线方向平整出一条带状场地，清除施工轴线位置障碍物，场地低洼处回填粘土整平；

(2)测量放样：依据设计图标示防渗墙轴线；每隔一段距离设立一个轴线控制桩，标定桩号位置，并做好记录及维护工作；

(3)带锯齿的长臂挖机就位及高压流体系统布置：沿作业方向分别布置带锯齿的长臂挖机和普通挖机；选择合适位置作为制浆平台；

(4)浆液配制：配制并搅拌水泥浆液；根据配合比和搅拌桶容积推算出每一搅拌桶材料用量；制浆时每桶均先放水到计算用量，加入外加剂，稍加溶解和搅拌，然后加入水泥，每桶搅拌不少于2min；浆液随配随用，为防止水泥浆液离析，须不断搅动，同时把拌制好的浆液输送到二次搅拌储浆桶。

(5)导浆槽开挖及喷射、刨铣：先采用普通挖机挖出一定长度的导浆槽，然后采用带锯齿的长臂挖机拱顶刨铣协同作业，下压时通过耙斗自上而下刨铣，耙斗和小臂提升过程中，锯齿拱顶切割地层，并协同气嘴和浆嘴的流体切割动作，共同冲击、破碎、铣削地层，并使水泥浆液充填、掺混其中，水泥浆液起到护壁效果，长臂挖机逐步向前拱顶刨铣地层，刨铣施工后，水泥浆液与地层中的物料混合形成板墙状的凝结体，从而构成防渗墙。

进一步地，所述小臂为弧形臂，锯齿安装在弧背上，施工时可以拱顶切割地层。如果锯齿、气嘴和浆嘴安装在小臂腹部，会使泥浆喷射到挖机驾驶室，不方便施工。

进一步地，小臂两侧设置导流凹槽，使锯齿切割之后的沙石泥浆可以沿导流凹槽向后流动，导流凹槽最好是倾斜的，并且与锯齿位置错开。

进一步地，为便于沙石泥浆流动，小臂的弧形背向两侧也为弧形面，最好采用弧面过度向导流凹槽。

进一步地，为方便切割地层，所述锯齿为斜向上的，最好为锥形齿，可以是棱锥、圆锥形，也可以是其他根据导流和切割需要优化的异形锯齿。

进一步地，所述小臂由安装在大臂上侧的小臂上驱动油缸和安装在大臂上侧的小臂下驱动油缸一起驱动。增大拱顶力，小臂上驱动油缸和小臂下驱动油缸的油缸座分别固定在大臂上，小臂上驱动油缸和小臂下驱动油缸的推杆分别连接小臂。

进一步地，所述小臂下端安装耙斗，耙斗驱动油缸位于小臂的弧形腹部，耙斗驱动油缸的油缸座连接耙斗，耙斗驱动油缸的推杆连接位于小臂上部的推杆连接座。因为小臂背部需要拱顶切割地层，所以耙斗驱动油缸应安装在腹部，考虑到泥浆浸泡，刨铣磨损的问题，耙斗驱动油缸的推杆设置在上部，以保护推杆。耙斗驱动油缸的中部还可通过一根或两根摇杆与小臂连接，以增加耙斗驱动油缸的稳定性。

进一步地，所述耙斗的背部设置鸡冠板，鸡冠板的背部设置鸡冠齿，并在鸡冠齿的间隔中设置气嘴或浆嘴，所述鸡冠齿设有向上的凸齿和向下的凸齿。这样在上提小臂和下压小臂时均可刨铣地层。

进一步地，所述小臂内部设置油管、气管和浆管，油管、气管和浆管均焊接在小臂内壁上，最好是焊接在两侧壁上，焊接浆管，油管、气管再将弧形背板和腹板与两侧板焊接，然后向内腔的空隙处填充树脂。油管、气管和浆管起到了加强筋的作用，可提高小臂强度，填充树脂可使整个小臂整体受力，受力性能更好，需要维修检修时，树脂可熔化。

本发明的技术效果：通过将长臂挖机的小臂设计成弧形，在弧背上安装若干锯齿，并且设置气嘴和浆嘴，可以通过小臂上的锯齿、气嘴和浆嘴拱顶切割地层，结合耙斗刨铣地层，共同冲击、破碎、铣削地层，水泥浆液在作业过程中既可起到护壁作用，又可与原始地层中物料掺混后自行凝结，从而形成具有良好防渗性能的连续式高喷防渗墙，可进行前进式施工作业，大大提供防渗墙施工效率。本发明可实现拱顶刨铣协同工作，上提、下压时都可以切削地层，不会受阻无法施工，提高了效率。

附图说明

图1为改进前的结构示意图。

图2为本发明的长臂挖机示意图。

图3为本发明所述长臂挖机的小臂局部结构示意图。

图4为本发明所述长臂挖机的小臂横截面图。

图5为本发明所述长臂挖机的耙斗放大图。

图6为本发明的工艺流程图。

图中：1、挖机主体；2、大臂；3、小臂上驱动油缸；4、小臂下驱动油缸；5、小臂；6、锯齿；7、导流凹槽；8、耙斗驱动油缸；9、摇杆；10、耙斗；11、气嘴；12、浆嘴； 13、耙斗侧板；14、第一耙斗转轴；15、第二耙斗转轴；16、鸡冠齿；17、鸡冠板；18、气管；19、浆管；20、油管；71、进料口的下侧边71；72、出料口的上侧边。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细阐明本发明。

首先，本发明对长臂挖机作了改进，如图2所示，一种带锯齿的长臂挖机，包括挖机主体1、大臂2、小臂5，挖机主体1上安装大臂2，大臂2前端安装小臂5，所述小臂5 上设置安装锯齿6。所述小臂5为弧形臂，锯齿6安装在弧背上，施工时可以拱顶切割地层。

如图3所示，小臂5上安装若干气嘴11和或浆嘴12，气嘴11用于喷射高压气流，浆嘴12用于喷射高压浆液。可通过高压流体与小臂上的锯齿一起切割地层。气嘴11安装在浆嘴12上侧为佳，当然也可以并排安装或者同轴安装。气嘴11和浆嘴12设置在锯齿6 下侧为佳，并且对齐下一组锯齿6的顶部，这样可以冲洗锯齿6，防止锯齿黏附泥巴沙石而卡堵。

如图3所示，小臂5两侧设置导流凹槽7，使锯齿6切割之后的沙石泥浆可以沿导流凹槽7向后流动，导流凹槽6最好是倾斜的，并且与锯齿6位置错开。为便于沙石泥浆流动，小臂5的弧形背向两侧也为弧形面，最好采用弧面过度向导流凹槽7。最好导流凹槽 7的进料口的下侧边71高于导流凹槽7的出料口的上侧边72(图3中绘制图时，未使进料口的下侧边71挡住出料口的上侧边72是为了便于说明)。

如图3所示，为方便切割地层，锯齿6为斜向上的，最好为锥形齿，可以是棱锥、圆锥形，也可以是其他根据导流和切割需要优化的异形锯齿，例如可以根据施工特点，根据流体力学和地层特点，调节锯齿的形状，以提高施工效率。

如图2所示，小臂5由安装在大臂2上侧的小臂上驱动油缸3和安装在大臂上侧的小臂下驱动油缸4一起驱动。增大拱顶力，小臂上驱动油缸3和小臂下驱动油缸4的油缸座分别固定在大臂上，小臂上驱动油缸3和小臂下驱动油缸4的推杆分别连接小臂。

如图4所示，小臂5内部设置油管20、气管18和浆管19，油管20、气管18和浆管 19均焊接在小臂5内壁上，最好是焊接在两侧壁上，焊接浆管19，油管20、气管18后，再将弧形背板和腹板与两侧板焊接，然后向内腔的空隙处填充树脂。油管20、气管18和浆管19起到了加强筋的作用，可提高小臂强度，填充树脂可使整个小臂整体受力，受力性能更好，需要维修检修时，树脂可熔化。考虑到气嘴11、浆嘴12和油缸的位置，气嘴 11在上、浆嘴12中间，油管20靠近腹部为佳。考虑到气嘴11、浆嘴12数量较多，为防止压力不住，为方便控制，可将小臂上的气嘴11、浆嘴12分成两组或两组以上，各组分别连接各自的气管18和浆管19。

如图2和图5所示，小臂5下端安装耙斗10，耙斗驱动油缸8位于小臂5的弧形腹部，耙斗驱动油缸8的油缸座连接耙斗10的第一耙斗转轴14，耙斗驱动油缸8的推杆连接位于小臂5上部的推杆连接座。因为小臂5背部需要拱顶切割地层，所以耙斗驱动油缸8应安装在腹部，考虑到泥浆浸泡，刨铣磨损的问题，耙斗驱动油缸8的推杆设置在上部，以保护推杆。耙斗驱动油缸8的中部还可通过一根或两根摇杆9与小臂5连接，以增加耙斗驱动油缸8的稳定性。耙斗10的另一侧通过第二耙斗转轴15与小臂5下端连接。

耙斗包括两块耙斗侧板13和鸡冠板17，鸡冠板17安装在两块耙斗侧板13之间留有间隔，并且鸡冠板17与两块耙斗侧板13之间留有间隔，两块耙斗侧板13之间通过连接柱连接，连接方式为焊接，以使泥浆可以从间隔通过，减小阻力，鸡冠板17露出在两块耙斗侧板13的背部，鸡冠板17的背部设置鸡冠齿16，并在鸡冠齿16的间隔中设置气嘴或浆嘴，所述鸡冠齿16设有向上的凸齿和向下的凸齿。耙斗侧板13的尾端设置刨铣齿21，两块耙斗侧板13的两个刨铣齿21共同刨挖地层。这样在上提小臂和下压小臂时均可刨铣地层。

参照图6，拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法的步骤如下：

(1)场地平整。

沿防渗墙施工轴线方向平整出一条带状场地，清除施工轴线位置障碍物，场地低洼处回填粘土整平。

(2)测量放样。

依据设计图标示防渗墙轴线；每隔一段距离设立一个轴线控制桩，标定桩号位置，并做好记录及维护工作；

(3)挖机就位及高压流体系统布置。

沿作业方向分别布置带锯齿的长臂挖机(1台或2台)和普通挖机。选择合适位置作为制浆平台，为减少转场次数，宜将制浆平台布置在施工段中部较宽阔地带，以方便水泥卸车为原则。浆嘴和气嘴分别用于喷射水泥浆液和高压空气。高压泵包括高压浆泵、空压机，分别用于输送水泥浆液和高压空气。浆嘴通过高压流体管路连接高压浆泵，气嘴通过高压流体管路连接空压机。

(4)浆液配制。

配制并搅拌水泥浆液(配合比可根据工程具体情况设计)；根据配合比和搅拌桶容积推算出每一搅拌桶材料用量。制浆时每桶均先放水到计算用量，加入外加剂，稍加溶解和搅拌，然后加入水泥，每桶搅拌不少于2min。浆液随配随用，为防止水泥浆液离析，须不断搅动，同时把拌制好的浆液输送到二次搅拌储浆容器。

(5)导浆槽开挖及喷射、刨铣。

先用普通挖机将上部土层挖除，形成较宽的沟槽，然后将本发明的长臂挖机驾驶到预定位置，将气管18连接空气压缩机，浆管19连接水泥浆液泵和空气压缩机，操纵长臂挖机使耙斗10和小臂5深入沟槽中，将高压水泥浆液、压缩空气通过管路输送到位，经气嘴11和浆嘴12喷出，耙斗10和小臂5下压时，耙斗10铣削地层，并结合安装在耙斗10上的气嘴和浆嘴切割冲洗地层，小臂5上的气嘴11和浆嘴12形成高速喷射流束对前侧的地层进行预切割，耙斗10和小臂5提升过程中，锯齿6拱顶切割地层，并协同气嘴11和浆嘴12的流体切割动作，共同冲击、破碎、铣削地层，并使水泥浆液充填、掺混其中，水泥浆液起到护壁效果，刨铣施工后，水泥浆液与地层中的物料混合形成板墙状的凝结体，从而构成防渗墙。本发明可以实现前进式快速施工，大大提高施工效率。

墙深须按设计要求进入目的地层，主要判断标准为抠出目的地层碎块，结合先导孔成果，由现场技术人员作出判断和认定。挖机司机的操作感觉、声音、震动情况等皆可作为辅助判断。墙体深度可利用挖机臂的上余量来测量，墙轴线方向每隔5米测一次深度，并做好记录。

(6)固结成墙。

根据具体的地质条件和作业情况，可采用长臂挖机在沟槽中大范围反复扒动或拱顶，将原始地层中的物料与水泥浆液充分拌合，将粗颗粒往后方挪移，同时验证墙体连续完整性。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例子而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例子的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法, 其特征是：采用长臂挖机，长臂挖机包括挖机主体、大臂、小臂，挖机主体上安装大臂，大臂前端安装小臂，所述小臂上设置安装锯齿，所述小臂上安装若干气嘴和或浆嘴，气嘴用于喷射高压气流，浆嘴用于喷射高压浆液；小臂两侧设置导流凹槽，使锯齿切割之后的沙石泥浆可以沿导流凹槽向后流动；小臂下端安装耙斗，耙斗背部也安装锯齿，长臂挖机驾驶到预定位置，将气管连接空气压缩机，浆管连接水泥浆液泵和空气压缩机，操纵长臂挖机使耙斗和小臂深入沟槽中，将高压水泥浆液、压缩空气通过管路输送到位，经气嘴和浆嘴喷出，耙斗和小臂下压时，耙斗铣削地层，并结合安装在耙斗上的气嘴和浆嘴切割冲洗地层，小臂上的气嘴和浆嘴形成高速喷射流束对前侧的地层进行预切割，耙斗和小臂提升过程中，锯齿拱顶切割地层，并协同气嘴和浆嘴的流体切割动作，共同冲击、破碎、铣削地层，并使水泥浆液充填、掺混其中，水泥浆液起到护壁效果，长臂挖机逐步向前拱顶刨铣地层，刨铣施工后，水泥浆液与地层中的物料混合形成板墙状的凝结体，从而构成防渗墙。

2.根据权利要求1所述的拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是步骤如下：

（1）场地平整：沿防渗墙施工轴线方向平整出一条带状场地，清除施工轴线位置地上障碍物，场地低洼处回填粘土整平；

（2）测量放样：依据设计图标示防渗墙轴线；每隔一段距离设立一个轴线控制桩，标定桩号位置，并做好记录及维护工作；

（3）带锯齿的长臂挖机就位及高压流体系统布置：沿作业方向分别布置带锯齿的长臂挖机和普通挖机；选择合适位置作为制浆平台；

（4）浆液配制：配制并搅拌水泥浆液；根据配合比和搅拌桶容积推算出每一搅拌桶材料用量；制浆时每桶均先放水到计算用量，加入外加剂，稍加溶解和搅拌，然后加入水泥，每桶搅拌不少于2min；浆液随配随用，为防止水泥浆液离析，须不断搅动，同时把拌制好的浆液输送到二次搅拌储浆桶；

（5）导浆槽开挖及喷射、刨铣：先采用普通挖机挖出一定长度的导浆槽，然后采用带锯齿的长臂挖机拱顶刨铣协同作业，下压时通过耙斗自上而下刨铣，耙斗和小臂提升过程中，锯齿拱顶切割地层，并协同气嘴和浆嘴的流体切割动作，共同冲击、破碎、铣削地层，并使水泥浆液充填、掺混其中，水泥浆液起到护壁效果，长臂挖机逐步向前拱顶刨铣地层，刨铣施工后，水泥浆液与地层中的物料混合形成板墙状的凝结体，从而构成防渗墙。

3.根据权利要求1所述的拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是，所述小臂为弧形臂，锯齿安装在弧背上。

4.根据权利要求1所述的拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是，小臂两侧设置导流凹槽，使锯齿切割之后的沙石泥浆可以沿导流凹槽向后流动。

5.根据权利要求1所述的拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是，小臂的弧形背向两侧也为弧形面，采用弧面过度向导流凹槽，所述锯齿为斜向上的。

6.根据权利要求1所述的拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是，所述小臂由安装在大臂上侧的小臂上驱动油缸和安装在大臂上侧的小臂下驱动油缸一起驱动，小臂上驱动油缸和小臂下驱动油缸的油缸座分别固定在大臂上，小臂上驱动油缸和小臂下驱动油缸的推杆分别连接小臂。

7.根据权利要求1所述的拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是，耙斗驱动油缸位于小臂的弧形腹部，耙斗驱动油缸的油缸座连接耙斗，耙斗驱动油缸的推杆连接位于小臂上部的推杆连接座，所以耙斗驱动油缸应安装在腹部，考虑到泥浆浸泡，刨铣磨损的问题，耙斗驱动油缸的推杆设置在上部，耙斗驱动油缸的中部还可通过一根或两根摇杆与小臂连接。

8.根据权利要求1所述的拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是，所述耙斗的背部设置鸡冠板，鸡冠板的背部设置鸡冠齿，并在鸡冠齿的间隔中设置气嘴或浆嘴，所述鸡冠齿设有向上的凸齿和向下的凸齿。

9.根据权利要求1所述的拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是，所述小臂内部设置油管、气管和浆管，油管、气管和浆管均焊接在小臂内壁上，焊接在两侧壁上焊接浆管，油管、气管再将弧形背板和腹板与两侧板焊接，然后向内腔的空隙处填充树脂。

10.根据权利要求1所述的拱顶刨铣协同连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是，所述锯齿为锥形齿，是棱锥或圆锥形，或者是其他根据导流和切割需要优化的异形锯齿。

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