CN112982369B - 一种用于控制高速铁路路基沉降的注浆装置及注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制高速铁路路基沉降的注浆装置及其注浆方法，包括制浆机、注浆管和注浆泵，其中注浆管包括相互套置的内管和外管，内管与外管相互连通，且外管上设置有出浆孔；同时内管和外管分别通过连通管和循环管与注浆泵相连；同时在外管上还套置有膨胀套，膨胀套通过膨胀管与连通管相连；本发明通过内外管的设计对浆液进行缓冲，从而降低浆液的压力变化幅度；同时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；注浆管两端的膨胀套在膨胀后将注浆管固定于安装孔内，从而进一步降低了注浆管的震动，提高注浆质量；且浆液的进出口均设置于注浆管顶部，注浆管能够以任意角度安装，扩展了注浆管的适用范围。

Description

一种用于控制高速铁路路基沉降的注浆装置及注浆方法

技术领域

本发明涉及铁路施工技术领域，具体而言，涉及一种用于控制高速铁路路基沉降的注浆装置及注浆方法。

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。

注浆法施工过程中主要采用注浆管进行注浆，注浆管的一端为进口，另一端为出口，在设置注浆管时只能将其平放或以较小倾角倾斜放置，其适用的范围有限；

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用于控制高速铁路路基沉降的注浆装置，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：

本申请提供了一种用于控制高速铁路路基沉降的注浆装置，包括制浆机、注浆泵和注浆管，所述制浆机与注浆泵相连；所述注浆管包括内管和套置于内管表面的外管，内管上设置有连通内管和外管的连通孔，外管上均匀设置有多个用于向外注浆的出浆孔；所述内管和外管上分别设置有连通管和循环管，连通管和循环管均与注浆泵相连；所述外管的表面还套置有膨胀套，所述膨胀套上通过膨胀管与连通管相连。

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；所述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，沿物料流动方向，出浆孔的孔径呈线性增大，且出浆孔的分布密度呈线性递增。

优选的，外管的上下两侧均固定设置有膨胀套，所述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，连通孔沿圆形轨迹均匀分布于内管的底面，且连通孔偏向外管一侧倾斜设置。

优选的，外管底部丝扣连接有导流盖，所述导流盖的外缘设置有呈弧形的第二导流面，导流盖中心设置有顶部与内管底面抵靠的分割柱，所述分割柱的侧面设置有呈弧形的第一导流面，且所述第一导流面与第二导流面平滑相连。

优选的，内管与外管之间设置有相互配合的固定盘和固定环，所述固定盘与固定环丝扣相连。

相应的，本发明公开了一种用于控制高速铁路路基沉降的注浆方法：包括以下步骤：

S1、由高速铁路路基的两侧向路基正下方的注浆区域钻取注浆管安装孔；且保证左右两侧的注浆管安装孔交错钻取；

S2、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；

S3、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；

S4、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。

优选的，步骤S4注入的浆料中混合有缓凝剂。

本发明的有益效果为：

1、本发明包括制浆机、注浆管和注浆泵，其中注浆管包括相互套置的内管和外管，内管与外管相互连通，且外管上设置有出浆孔；同时内管和外管分别通过连通管和循环管与注浆泵相连；同时在外管上还套置有膨胀套，膨胀套通过膨胀管与连通管相连；

本发明使用时注浆泵将制浆机制造的浆料注入到内管，浆料通过连通孔进入外管，在压力的作用下，部分浆料通过出浆孔溢出并注入到土层中，剩余浆料则回流到外部注浆泵或制浆机中，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；

本发明的上述结构能够保证浆料始终处于循环流动的状态，因此其能够有效避免浆料淤积于管道内的死角，进而硬结、堵塞管道；

同时由于出浆孔均匀分布于外管的表面，从不同出浆孔溢出的浆料能够均匀的分布于外管四周，进而渗透进土层中，有效提高了注浆的均匀性；

同时在注浆的过程中，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；

发明所述的注浆管摒弃了传统技术中的一端进料、一端出料的结构，因此其可以将进出口设置于同一侧，进而实现了注浆管的垂直设置，满足了工程施工中不同的布管要求，大大拓展了使用范围；且内外层的结构，其外层结构对浆料的压力起到一定的缓冲作用，其能够有效平缓浆料的压力，降低其压力变化幅度，注浆压力也更加稳定。

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。

4、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，增大浆料的出口初速，提高了注浆压力，其改动简单，同时保证了相应的技术效果。

5、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。

6、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。

7、本发明的连通孔沿圆形轨迹设置，且其出口端偏向外管一侧设置，此种设计能够引导浆料向循环管方向运动，从而有效避免浆料在内管底面淤积，进而堵塞管道；同时环形的轨迹设置，能够将水泥浆均匀的引导进入到外管，保证注浆的均匀性。

8、本发明的外管底部还丝扣连接有导流盖，导流盖中部设置有分割柱，且分割柱与导流盖外缘之间设置有平滑连接的第一导流面和第二导流面，上述设计与连通的设置方式相配合，引导水泥浆在此处完成180°的转角，其不但能够有效避免浆料在此处淤积，同时能够使浆料的运行更加平顺，降低压力损失，进而降低对注浆泵的功率要求，同时其能够在圆形管道的周向实现全面引流，其引流效果好；且其结构简单，能够有效降低设备的硬件成本。

9、本发明的内外管之间还通过固定盘和固定环相连，进一步保证内外管之间的连接稳定性；避免在高压浆料注入后浆料从二者的连接处渗出，甚至引起爆管，提高注浆管的可靠性和稳定性。

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为本发明实施方式1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4为本发明导流盖结构示意图。

图中标记：1、制浆机，2、注浆泵，3、注浆管，4、内管，5、外管，6、连通孔，7、出浆孔，8、连通管，9、循环管，10、膨胀套，11、膨胀管，12、智能控制箱，13、PLC控制器，14、触控屏，15、注浆流量计，16、压力计，17、回流流量计，18、变形传感器，19、膨胀腔，20、抓土钉，21、调节阀，22、导流盖，23、第二导流面，24、分割柱，25、第一导流面，26、固定盘，27、固定环。

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和图2所示，本实施例提供了一种双层自循环保压注浆装置，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包括内管4和外管5，内管4的上部固定设置有固定盘26，外管5两端为开口结构，其上部开口端设置固定环27，所述固定盘26与固定环27丝扣相连，从而将外管5套置于内管4的外表面；所述内管4的顶部连接连通管8，外管5侧壁的上部连接有循环管9，连通管8和循环管9与外部注浆泵2的出口和回流口相连，从而构成一个闭合的循环回路；

所述内管4的底面均匀设置有多个连通内管4与外管5的连通孔6，连通孔6沿以圆形轨迹均匀设置，同时连通孔6的出口端朝向外管5侧壁一侧偏折，根据需要，其偏移角度为5°-10°；所述外管5的侧壁上设置有多个出浆孔7，同时沿浆料的运动方向，出浆孔7的分布密度呈线性递增，出浆孔7的孔径也呈线性递增；同时所有出浆孔7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；

所述外管5的上下两侧还套置有膨胀套10，所述膨胀套10呈环形设置，其采用橡胶制作，内部设置有中空的膨胀腔19，膨胀腔19通过膨胀管11与连通管8相互连通；膨胀管11上还设置用于控制其通断状态的调节阀21，从而在膨胀套10完成膨胀后及时阻断浆料，避免膨胀套10因压力过大而炸裂；所述膨胀套10的外表面均布有多个抓土钉20；

所述注浆装置还包括智能控制箱12，所述智能控制箱12内设置有通过RS485总线相互连接的PLC控制器13和触控屏14，所述连通管8内设置有注浆流量计15和压力计16，循环管9内设置有回流流量计17，所述注浆流量计15、压力计16和回流流量计17分别与PLC控制器13相连；所述PLC控制器13还连接有用于监控土层形变量的变形传感器18。

实施方式2

如图3和图4所示，本实施方式在实施方式1的基础上公开了一种双层自循环保压注浆装置，制浆机1、注浆泵2和注浆管3，所述注浆管3包括内管4和外管5，所述外管5的底部为开口结构，且外管5的底部的开口端通过丝扣连接有导流盖22密封，导流盖22的外缘设置有呈弧形的第二导流面23，导流盖22中心设置有顶部与内管4底面抵靠的分割柱24，所述分割柱24的侧面设置有呈弧形的第一导流面25，且所述第一导流面25与第二导流面23平滑相连。

实施方式3

本实施方式作为本发明的又一基本实施方式，其公开了一种用于控制高速铁路路基沉降的注浆方法：包括以下步骤：

S1、由高速铁路路基的两侧向路基正下方的注浆区域钻取注浆管安装孔；且保证左右两侧的注浆管安装孔交错钻取；

S2、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；

S3、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；

S4、开启设备，通过注浆泵向注浆区域的注浆管内注浆，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，在注浆过程中，制浆机箱浆料中添加缓凝剂。

本发明使用时，制浆机制作浆料，注浆泵将制作完成的浆料从连通管加压注入到内管，并从内管底部的连通孔进入到外管内，部分浆料将从外管四周的出浆孔溢出，并以一定的初速注入到周围的土层中，完成注浆作业；剩余的浆料将从外管顶部的循环管回流到相应的制浆设备或注浆设备中经重新制浆加压后再次进入注浆管中循环注浆；

其与现有技术相比，本发明通过浆料循环的方式避免浆料在注浆管中淤积，进而板结堵塞管道，保证管道的通畅；同时由于连通管与循环管均设置于顶部，因此本发明所述的注浆管能够以任意角度进入到注浆区域，大大满足了不同的注浆需求；

同时本发明还通过膨胀套将注浆管固定于安装孔内，保证注浆管在工作过程中的稳定性，不但降低了设备的震动和工作噪音，同时设备的注浆液更加均匀；且本发明的出浆孔在物料运动方向，其分布密度和孔径大小均递增，因此其能够将浆料引导向注浆管的远端，从而保证注浆的均匀性。

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)

1.一种用于控制高速铁路路基沉降的注浆装置，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；其特征在于：所述注浆管（3）包括内管（4）和套置于内管（4）表面的外管（5），内管（4）上设置有连通内管（4）和外管（5）的连通孔（6），外管（5）上均匀设置有多个用于向外注浆的出浆孔（7）；所述内管（4）和外管（5）上分别设置有连通管（8）和循环管（9），连通管（8）和循环管（9）均与注浆泵（2）相连；所述外管（5）的表面还套置有膨胀套（10），所述膨胀套（10）上通过膨胀管（11）与连通管（8）相连；

所述注浆装置还包括智能控制箱（12），所述智能控制箱（12）内设置有相互连接的PLC控制器（13）和触控屏（14），所述连通管（8）内设置有注浆流量计（15）和压力计（16），循环管（9）内设置有回流流量计（17），所述注浆流量计（15）、压力计（16）和回流流量计（17）分别与PLC控制器（13）相连；所述PLC控制器（13）还连接有用于监控土层形变量的变形传感器（18）；

沿物料流动方向，出浆孔（7）的孔径呈线性增大，且出浆孔（7）的分布密度呈线性递增；

所述外管（5）的上下两侧均固定设置有膨胀套（10），所述膨胀套（10）采用橡胶制作，其内设置有中空的膨胀腔（19），所述膨胀套（10）的外表面均匀设置有抓土钉（20）；

所述膨胀管（11）上还设置有用于控制其通断状态的调节阀（21）；

所述连通孔（6）沿圆形轨迹均匀分布于内管（4）的底面，且连通孔（6）出口端偏向外管（5）一侧倾斜设置；

所述外管（5）底部丝扣连接有导流盖（22），所述导流盖（22）的外缘设置有呈弧形的第二导流面（23），导流盖（22）中心设置有顶部与内管（4）底面抵靠的分割柱（24），所述分割柱（24）的侧面设置有呈弧形的第一导流面（25），且所述第一导流面（25）与第二导流面（23）平滑相连；

所述内管（4）与外管（5）之间设置有相互配合的固定盘（26）和固定环（27），所述固定盘（26）与固定环（27）丝扣相连。

2.一种用于控制高速铁路路基沉降的注浆方法，其采用如权利要求1所述的用于控制高速铁路路基沉降的注浆装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、由高速铁路路基的两侧向路基正下方的注浆区域钻取注浆管安装孔；且保证左右两侧的注浆管安装孔交错钻取；

S2、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；

S3、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；

S4、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所述的一种用于控制高速铁路路基沉降的注浆方法，其特征在于：步骤S4注入的浆料中混合有缓凝剂。

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