CN112982368B - 一种下穿铁路路基注浆装置及其注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种下穿铁路路基注浆装置及其注浆方法，包括制浆机、注浆泵和注浆管，其中注浆管的两端均连接有循环管，两循环管分别与注浆泵相连，注浆管的外表面设置有多个出浆孔，且沿浆料的流动方向，出浆孔的孔径呈线性增大，同时在注浆管的两侧还设置有膨胀套，膨胀套通过膨胀管与循环管相连；本发明通过出浆孔孔径及分布密度的调节向注浆管的远端引流，从而保证浆液的均匀分布；同时膨胀套在膨胀后将注浆管固定于安装孔内，从而降低了注浆管的震动，提高注浆质量。

Description

一种下穿铁路路基注浆装置及其注浆方法

技术领域

本发明涉及铁路施工技术领域，具体而言，涉及一种下穿铁路路基注浆装置及其注浆方法。

背景技术

注浆法就是借助压力（液压、气压）或电化学原理，通过钻孔将具有凝胶能力的浆液均匀地注入土层（或岩层）中的空隙、裂缝与空洞中，浆液以填充、渗透和挤压等方式将原来松散破碎的岩（土）层胶结成一个整体，利用浆液与土体、岩石等共同作用使岩（土)层的物理力学性能（如岩、土层的渗透性，岩、土层的强度和承载能力，岩、土层的变形等）得以改善，从而形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性好的结构体，以满足各类土木建筑工程（高层建筑地基、地铁、隧道、矿山井巷等）使用要求的一种技术。

注浆设备在注浆过程中由于注浆机的注浆压力处于动态变化的过程，由此导致注浆压力变化幅度较大，不但设备的震动较大，同时也不能精确控制注浆压力，容易引起地层变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种下穿铁路路基注浆装置及其注浆方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本申请提供了一种下穿铁路路基注浆装置，包括制浆机、注浆泵和注浆管，所述制浆机与注浆泵相连；所述注浆管的两端均连接有循环管，所述两循环管分别与注浆泵的相连；所述注浆管外表面均匀设置有多个出浆孔，且沿浆料运动方向，出浆孔的孔径呈线性递增；所述注浆管的左右两侧还套置有膨胀套，膨胀套通过膨胀管与注浆管进口端一侧的循环管连通。

优选的，注浆装置还包括智能控制箱，所述智能控制箱内设置有相互连接的PLC控制器和触控屏，所述连通管内设置有注浆流量计和压力计，循环管内设置有回流流量计，所述注浆流量计、压力计和回流流量计分别与PLC控制器相连。

优选的，PLC控制器还连接有用于监控土层形变量的变形传感器。

优选的，沿浆料的流动方向，出浆孔的分布密度呈线性递增。

优选的，出浆孔的横截面呈入口端大、出口端小的喇叭形。

优选的，膨胀套采用橡胶制作，其内设置有中空的膨胀腔；所述膨胀套的外表面均匀设置有抓土钉。

优选的，膨胀管上还设置有用于控制其通断状态的调节阀。

优选的，膨胀套包括相互独立的上膨胀套和下膨胀套，所述上膨胀套与下膨胀套之间通过连接绳连接成环形。

相应的，本发明还公开了一种下穿铁路路基注浆方法，包括以下步骤：

S1、由高速铁路路基的两侧开挖两对称的工作槽，工作槽的底部标高低于注浆区域的最低标高；

S2、在步骤S1所述的两工作槽的铁路路基正下方钻取注浆管安装孔；

S3、将注浆管安装到注浆管安装孔内，同时根据注浆压力和设备功率的需要将注浆管编组，同组注浆管连接同一套注浆装置；

S4、从铁路路基的一侧钻取监测孔，监测孔的终端位于注浆区与路基之间；将土层变形监测传感器安装到监测孔内，同时将变形监测传感器与注浆装置的智能控制箱相连；

S5、开启设备，通过注浆泵向注浆区域内注浆，同时智能控制箱根据土层变形监测传感器监测到的形变量实施调整注浆压力和注浆量，完成注浆区域的注浆作业。

优选的，步骤S1所述工作槽开挖完成后，在其工作靠位于铁路路基的一侧设置加固用旋喷桩。

本发明的有益效果为：

1、本发明包括制浆机、注浆泵和注浆管，其中注浆管的两端均连接有循环管，两循环管分别与注浆泵相连，注浆管的外表面设置有多个出浆孔，且沿浆料的流动方向，出浆孔的孔径呈线性增大，同时在注浆管的两侧还设置有膨胀套，膨胀套通过膨胀管与循环管相连；

本发明使用时注浆泵将浆料经循环管送入到注浆管内，部分浆料通过出浆孔溢出并注入到土层中，剩余浆料则回流到注浆泵或制浆机中，并经过加压等处理后再次回流到内管，从而构成一侧封闭的循环，其实现了浆料的不断循环再利用，不但降低了物料浪费，同时不断循环的浆料能够有效避免板结，进而堵塞注浆管；

注浆的过程中，浆料将通过膨胀管进入到膨胀套中，从而将处于收缩状态的膨胀套撑开，撑开后的膨胀套将顶紧安装孔的内壁，从而将注浆管与安装孔之间的间隙填满，并将注浆管固定，避免注浆管在加注浆料的过程中因加注压力的变化而不断抖动，既能够降低设备的震动，同时也能够避免震动扩大安装孔，大大提高了注浆管工作过程中的稳定性；

本发明的出浆孔孔径沿物料流动方向逐步增大，且出浆孔的分布密度呈线性递增，由公知常识可知，沿物料流动方向，物料的压力将逐步递减，上述设置在高压端缩小出浆孔孔径，在低压端增大出浆孔孔径，同时结合出浆孔的分布密度，其能够将浆料向远端引导，从而使各个出浆区域的出浆量基本一致，大大提高了注浆的均匀性；其通过结构上的小改动就实现了上述目的，不但具有较高的经济性，同时改动简单，保证了装置的稳定、可靠运行。

2、本发明的注浆装置还包括智能控制箱，同时连通管上设置有注浆流量计和压力计，循环管上设置有回流流量计，所述注浆流量计、压力计和回流流量计分别与控制器相连；通过上述传感器能够有效监控内外管内的流量和压力变化，其不但能够方便施工人员掌握第一手的施工资料，同时也使系统能够动态调整注浆泵的注浆量和注浆压力，保证出浆孔的出口压力稳定且满足注浆压力，其不但能够有效提高注浆压力，同时也能够降低整套设备的能耗，提高设备的经济性；

同时智能控制箱还能够结合岩土的形变量和事先设定的注浆压力与变形量的关系进行注浆作业的自动化监控，提高设备运行效率和自动化程度，降低工作人员的劳动强度。

3、本发明的出浆孔呈入口大、出口小的喇叭形，此种形状通过界面的面积缩小，增大水泥浆的出口初速，提高了注浆压力，其改动简单，同时保证了相应的技术效果。

4、本发明的膨胀套采用橡胶制作，其具有较好的收缩性，同时来源广泛，不但保证膨胀后与土层的紧密接触，提高紧固效果，同时也降低了设备成本，且橡胶套具有一定韧性，能够避免膨胀套被岩土中的尖锐物划伤，进而导致泄压；

且本发明还通过抓土钉进一步固定膨胀套，避免注浆管在工作过程中发生剧烈的晃动；且上下两侧均设置有膨胀套能够从上下两侧对注浆管进行固定，从而进一步提高了注浆管的稳定性。

5、本发明还在膨胀管上设置有调节阀，在膨胀套注浆完成并完全展开后，通过调节关闭相关的管路，其一方面能够有效避免因压力过大而导致膨胀套涨破，另一方面避免注浆压力的不断变化而导致膨胀套震动，保证膨胀套的结构稳定性，同时确保对注浆管的紧固效果。

而在完成注浆作业后，打开调节阀，同时松开膨胀管与连通管的连接，在浆料自身压力的作用下，膨胀套将实现快速泄压，进而松开注浆管与土层之间的连接，方便将注浆管快速取出，提高作业效率。

6、本发明的膨胀管包括相互独立的上膨胀管和下膨胀管，所述上膨胀管与下膨胀管之间通过连接绳连接成环形，由于本发明所述的注浆管只能水平或以较小的倾角布置，因此与整体式的膨胀套相比，大量的浆料在进入到膨胀套内后，质量较大的物料将逐渐沉降到膨胀套的底部，而以水等质量较轻的物料将位于膨胀套的上方，进而造成上下膨胀套之间的弹性形变量不一致，在膨胀管震动的过程中，极易造成上部膨胀套破裂；分体式的结构能够保证在注浆管的上部留有足够的大颗粒物料，从而保证浆料分布的均匀性，保证膨胀套各处受力的均衡性。

7、本发明在工作槽的内侧还设置有旋喷桩，通过旋喷桩对铁路路基一侧的土体进行加固，避免工作槽的侧壁发生坍塌，提高作业的安全性，同时也保证注浆作业的快速推进，提高作业效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明膨胀套结构示意图；

图3为本发明实施方式2结构示意图。

图中标记：1、制浆机，2、注浆泵，3、注浆管，4、循环管，5、出浆孔，6、膨胀套，7、膨胀管，8、智能控制箱，9、PLC控制器，10、触控屏，11、注浆流量计，12、压力机，13、回流流量计，14、变形传感器，15、膨胀腔，16、抓土钉，17、调节阀，18、上膨胀套，19、下膨胀套，20、连接绳。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施方式1

如图1所示，本实施例提供了一种下穿铁路路基注浆装置，包括制浆机1、注浆泵2和注浆管3，所述注浆泵2与制浆机1连通，所述注浆管3的两端均连接有循环管4，两循环管4的另一端分别与注浆泵2的出口和回流口连通，从而构成一个闭合的循环回路；

所述注浆管3的外圆周上设置有多个出浆孔5，同时沿浆料的运动方向，出浆孔5的分布密度呈线性递增，出浆孔5的孔径也呈线性递增；同时所有出浆孔5的横截面均呈现进口端大、出口端小的锥形设计，从而引导浆料向远端运动，保证出浆的均匀度；

所述注浆管3的两端还套置有膨胀套6，所述膨胀套6呈环形设置，其采用橡胶制作，内部设置有中空的膨胀腔15，膨胀腔15通过膨胀管7与注浆管3进口端一侧的循环管4连通；膨胀管7上还设置用于控制其通断状态的调节阀17，从而在膨胀套6完成膨胀后及时阻断浆料，避免膨胀套6因压力过大而炸裂；所述膨胀套6的外表面均布有多个抓土钉16；

所述注浆装置还包括智能控制箱8，所述智能控制箱8内设置有通过RS485总线相互连接的PLC控制器9和触控屏10，所述注浆管3进口端一侧的循环管4内设置有注浆流量计11和压力计12，另一侧的循环管4内设置有回流流量计13，所述注浆流量计11、压力计12和回流流量计13分别与PLC控制器9相连；所述PLC控制器9还连接有用于监控土层形变量的变形传感器14。

实施方式2

本实施方式作为本发明的又一较佳实施方式，其在实施方式1的基础上公开了一种下穿铁路路基注浆装置，包括制浆机1、注浆泵2和注浆管3，所述注浆泵2与制浆机1连通，所述注浆管3的两端均连接有循环管4，两循环管4的另一端分别与注浆泵2的出口和回流口连通，从而构成一个闭合的循环回路；

所述注浆管3的两端还套置有膨胀套6，膨胀套6包括上膨胀套18和下膨胀套19，上膨胀套18和下膨胀套19结构相同，其均设置有中空的膨胀腔15，同时膨胀腔15通过膨胀管7与注浆管3进口端一侧的循环管4连通，所述膨胀管7上设置有调节阀17，同时所述上膨胀套18和下膨胀套19之间通过连接绳20相互连接成环形。

实施方式3

本实施方式作为本发明的又一实施方式，其一种下穿铁路路基注浆方法，包括以下步骤：

S1、由高速铁路路基的两侧开挖两对称的工作槽，工作槽的底部标高低于注浆区域的最低标高；工作槽开挖完成后，在其工作靠位于铁路路基的一侧设置加固用旋喷桩；

S2、在步骤S1所述的两工作槽的铁路路基正下方钻取注浆管安装孔；

S3、将注浆管安装到注浆管安装孔内，同时根据注浆压力和设备功率的需要将注浆管编组，同组注浆管连接同一套注浆装置；

S4、从铁路路基的一侧钻取监测孔，监测孔的终端位于注浆区与路基之间；将土层变形监测传感器安装到监测孔内，同时将变形监测传感器与注浆装置的智能控制箱相连；

S5、开启设备，通过注浆泵向注浆区域内注浆，同时智能控制箱根据土层变形监测传感器监测到的形变量实施调整注浆压力和注浆量，完成注浆区域的注浆作业。

本发明使用时注浆泵将浆料经循环管送入到注浆管内，部分浆料通过出浆孔溢出并注入到土层中，剩余浆料则回流到注浆泵或制浆机中，并经过加压等处理后再次回流到内管，从而构成一侧封闭的循环，其实现了浆料的不断循环再利用，不但降低了物料浪费，同时不断循环的浆料能够有效避免板结，进而堵塞注浆管；

注浆的过程中，浆料将通过膨胀管进入到膨胀套中，从而将处于收缩状态的膨胀套撑开，撑开后的膨胀套将顶紧安装孔的内壁，从而将注浆管与安装孔之间的间隙填满，并将注浆管固定，避免注浆管在加注浆料的过程中因加注压力的变化而不断抖动，既能够降低设备的震动，同时也能够避免震动扩大安装孔，大大提高了注浆管工作过程中的稳定性；

本发明的出浆孔孔径沿物料流动方向逐步增大，且出浆孔的分布密度呈线性递增，由公知常识可知，沿物料流动方向，物料的压力将逐步递减，上述设置在高压端缩小出浆孔孔径，在低压端增大出浆孔孔径，同时结合出浆孔的分布密度，其能够将浆料向远端引导，从而使各个出浆区域的出浆量基本一致，大大提高了注浆的均匀性；其通过结构上的小改动就实现了上述目的，不但具有较高的经济性，同时改动简单，保证了装置的稳定、可靠运行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种下穿铁路路基注浆装置，包括制浆机（1）、注浆泵（2）和注浆管（3），所述制浆机（1）与注浆泵（2）相连；所述注浆管（3）的两端均连接有循环管（4），两循环管（4）的另一端分别与注浆泵（2）的出口和回流口相连；所述注浆管（3）外表面设置有多个出浆孔（5），且沿浆料运动方向，出浆孔（5）的孔径呈线性递增；所述注浆管（3）的左右两侧还套置有膨胀套（6），膨胀套（6）通过膨胀管（7）与注浆管（3）进口端一侧的循环管（4）连通；

所述注浆装置还包括智能控制箱（8），所述智能控制箱（8）内设置有相互连接的PLC控制器（9）和触控屏（10），位于注浆管（3）进口端的循环管（4）内设置有注浆流量计（11）和压力计（12），另一循环管（4）内设置有回流流量计（13），所述注浆流量计（11）、压力计（12）和回流流量计（13）分别与PLC控制器（9）相连；

所述PLC控制器（9）还连接有用于监控土层形变量的变形传感器（14）；

沿浆料的流动方向，出浆孔（5）的分布密度呈线性递增；

所述出浆孔（5）的横截面呈入口端大、出口端小的喇叭形；

所述膨胀套（6）采用橡胶制作，其内设置有中空的膨胀腔（15）；所述膨胀套（6）的外表面均匀设置有抓土钉（16）；

所述膨胀管（7）上还设置有用于控制其通断状态的调节阀（17）；

所述膨胀套（6）包括相互独立的上膨胀套（18）和下膨胀套（19），所述上膨胀套（18）与下膨胀套（19）之间通过连接绳（20）连接成环形。

2.一种下穿铁路路基注浆方法，其采用如权利要求1所述的下穿铁路路基注浆装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1、由高速铁路路基的两侧开挖两对称的工作槽，工作槽的底部标高低于注浆区域的最低标高；

S2、在步骤S1所述的两工作槽的铁路路基正下方钻取注浆管安装孔；

S3、将注浆管安装到注浆管安装孔内，同时根据注浆压力和设备功率的需要将注浆管编组，同组注浆管连接同一套注浆装置；

S4、从铁路路基的一侧钻取监测孔，监测孔的终端位于注浆区与路基之间；将土层变形传感器安装到监测孔内，同时将变形传感器与注浆装置的智能控制箱相连；

S5、开启设备，通过注浆泵向注浆区域内注浆，同时智能控制箱根据土层变形传感器监测到的形变量实施调整注浆压力和注浆量，完成注浆区域的注浆作业。

3.根据权利要求2所述的一种下穿铁路路基注浆方法，其特征在于：步骤S1所述工作槽开挖完成后，在其位于铁路路基的一侧设置加固用旋喷桩。

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