CN114182748A - 一种无接头连续式原位防渗墙构建装置及帷幕构筑方法 - Google Patents

一种无接头连续式原位防渗墙构建装置及帷幕构筑方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无接头连续式原位防渗墙的构建装置及帷幕构筑方法，包括支撑机构、切削机构、动力机构、破碎料收集以及筛选机构和防渗材料配制生产机构，切削机构与破碎料收集以及筛选机构的输入端通过地层破碎料输出管相连，破碎料收集以及筛选机构的合格破碎料输出端与防渗材料配制生产机构的输入端相连，通过切削机构、动力机构、破碎料收集以及筛选机构和防渗材料配制生产机构，在保证了帷幕深度同时，实现了截水帷幕横向连续切削成槽施工，增强了截水帷幕的施工效率和截水效果；以及在横向连续切削成墙的过程中利用原位材料制备防渗材料，形成原位防渗墙，解决了现有技术中帷幕墙强度不够且截水帷幕接头数量多导致截水效率差的技术问题。

Description

一种无接头连续式原位防渗墙构建装置及帷幕构筑方法
技术领域
本发明属于露天煤矿领域，涉及防渗墙构建装置，具体是一种无接头连续式原位防渗墙构建装置及帷幕构筑方法。
背景技术
我国露天煤矿现有5300余座，年产煤炭40亿吨左右。位于强富水强补给的砂卵石层区域的煤矿，地层渗透系数大，受地表河流补给，常采用抽水井抽水、井下疏放方式控制或疏降矿坑水位，疏降水量巨大。长期疏降造成大面积地下水位下降、周边居民生活生产用水困难、浅部植被死亡、土地荒漠化、矿坑水外排污染地表水体、长期疏排水费用巨大、生产成本高等问题。采用截水帷幕可保护煤矿水资源和生态环境，减少矿井疏排水量，降低人员、设备维护费用，节约水资源费用。同时，在金属矿山、井工矿山截水帷幕、水利工程防渗、垃圾填埋场污染物隔离、市政和工民建截水帷幕、生态环境保水帷幕等工程中，为满足截水帷幕墙的强度和抗渗要求，采用低强度抗渗混凝土或塑性混凝土可提高防渗效果，满足工程需要。通过双轮铣、抓斗成槽机、旋挖钻机等成槽设备在地层中施工矩形槽段，将开挖出的砂、卵砾石等原材料作为废渣运走，在开挖的槽段内灌注抗渗混凝土。
现有技术中，通过双轮铣、抓斗成槽机、旋挖钻机等成槽设备在地层中施工矩形槽段，截水帷幕施工过程中产生大量的砂、卵石和泥浆等材料，往往将开挖出的砂、卵砾石、废弃泥浆等原材料作为废渣运走，现场利用率低，堆放占用土地、污染环境。采用混凝土罐车运输低强度抗渗混凝土或塑性混凝土灌注截水帷幕槽段，形成防渗墙体，防渗材料运输距离远、材料成本高、现场车辆多、交叉作业、安全防控难度大。制备低强度抗渗混凝土或塑性混凝土需开采河沙、碎石或卵石等原材料，破坏生态环境。而且，双轮铣、抓斗成槽机、旋挖钻机等成槽设备都是由地表向下垂向施工，截水帷幕由一个个墙板型或圆桩柱型防渗墙体构成，导致截水帷幕接头数量多、质量隐患大、品质难保证；受施工过程中所需设备较多、操作人员过多、彼此之间需要良好的协调配合限制，工程施工中整体造价较高、工期较长；截水帷幕建造时，需要先在防渗墙位置进行垂向墙板型或圆桩柱型开挖，再将低渗透性材料置换进去，形成防渗墙体，此开挖过程原地层中大量的砂和卵石等原位材料得不到有效利用，只能堆放他处，造成土地占用，环境污染，不利于国家提倡的生态环境建设。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种无接头连续式原位防渗墙构建装置及帷幕构筑方法，解决现有技术中帷幕墙强度不够且截水帷幕接头数量多导致截水效率差的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种无接头连续式原位防渗墙的构建装置，包括支撑机构、切削机构、动力机构、破碎料收集以及筛选机构和防渗材料配制生产机构，其体征在于，
所述的支撑机构上固定安装有切削机构，所述的切削机构与破碎料收集以及筛选机构的输入端通过地层破碎料输出管相连，所述的破碎料收集以及筛选机构的合格破碎料输出端与防渗材料配制生产机构的输入端相连，所述的防渗材料配制生产机构的输出端与切削机构通过泵送管相连；
所述的破碎料收集以及筛选机构和防渗材料配制生产机构设置在帷幕槽段的上方。
本发明还包括以下技术特征：
所述的切削机构包括多组垂向切削刀盘和多组横向切削刀盘；每组所述的垂向切削刀盘包括垂向逆时针转斗切削轮和垂向顺时针转斗切削轮，所述的垂向逆时针转斗切削轮和垂向顺时针转斗切削轮间均设置有破碎料垂向收集管，所述的破碎料垂向收集管与地层破碎料输出管相连；
每组所述的垂向顺时针转斗切削轮包括横向逆时针转斗切削轮和横向顺时针转斗切削轮，所述的横向逆时针转斗切削轮和横向顺时针转斗切削轮间均设置有破碎料横向收集管，所述的破碎料横向收集管与地层破碎料输出管相连。
所述的切削机构中还包括原位防渗材料回灌输送管，所述的原位防渗材料回灌输送管的一端深入到帷幕槽段，原位防渗材料回灌输送管的另一端与泵送管相连。
所述的破碎料筛选及收集机构包括沿垂向由下至上相连设置的收集仓和筛分仓，所述的筛分仓一侧与地层破碎料输出管相连，筛分仓的另一侧的合格破碎料输出端与防渗材料配制生产机构相连。
所述的防渗材料配制生产机构包括沿垂向由下至上相连设置的称重系统、制备仓，所述的制备仓的一侧与筛分仓的合格破碎料输出端相连，另一侧的防渗材料输出口与泵送管相连。
所述的支撑机构包括支撑底盘，履带，液压柱、圆形转盘、动力结构和支撑桁架，所述的支撑底盘的两侧可转动设置有履带，所述的支撑底盘的上部设置有可转动的圆形转盘，所述的圆形转盘的上部一侧设置有驾驶舱，另一侧设置动力机构；所述的驾驶舱的前端设置有支撑桁架，所述的支撑桁架下端固定设置在与地面接触的液压柱上。
所述的破碎料收集以及筛选机构和防渗材料配制生产机构与帷幕槽段间设置有可移动的拖车。
一种无接头连续式原位防渗墙构建装置的帷幕构筑方法，包括以下步骤：
步骤一，确定截水帷幕起点位置、设计前行方向和终点位置、截水帷幕厚度、截水帷幕深度，并将截水帷幕底部设置在隔水层岩体中；
步骤二，采用切削结构在截水帷幕线起点位置从地面向下垂向开槽，液压支柱支撑在开挖槽段附近地面，动力结构驱动垂向逆时针转斗切削轮和垂向顺时针转斗切削轮向下切削地层，切削破碎后的地层破碎料由破碎料垂向收集管吸附、收集，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
步骤三，一组垂向切削刀盘切削结束后，在垂向切削刀盘上方连续连接横向切削刀盘，同时底部的垂向切削刀盘继续垂向切削，切削破碎后的地层破碎料由继续由破碎料垂向收集管吸附、收集，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
步骤四，重复步骤三操作，直至垂向切削刀盘切削到底部隔水层至确定的截水帷幕深度，停止垂向切削；
步骤五，在动力结构驱动下，切削机构沿着截水帷幕设计方向前行，前行的过程中横向切削刀盘的横向逆时针转斗切削轮和横向顺时针转斗切削轮不断切削前进方向地层，破碎料横向收集管吸附、收集地层破碎料，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
所述的横向切削刀盘横向切削过程中，底部的垂向切削刀盘继续切削底部的隔水地层，切削深度始终确定的截水帷幕深度；
步骤七，原位地层破碎料输送筛选装置根据技术参数要求筛选出满足要求的材料，满足要求的材料经合格破碎料输出端输出进入防渗材料配制生产机构，不满足要求的材料进入收集仓作为废弃材料处理；
所述的技术参数包括粗、细骨料的粒径、强度、含泥量、含水量和级配；
所述的满足要求的材料包括直径不大于3cm的碎石或卵石和粒径位于0.25～0.5mm的砂粒；
步骤八，进入防渗材料配制生产机构的材料经称重系统称重后，添加水泥、粉煤灰、膨润土、外加剂、水等材料后在防渗材料制备仓中混合搅拌，制备强度和渗透系数满足设计要求的防渗材料，并通过防渗材料输出口输送到泵送管中；
步骤九，防渗材料经泵送管进入原位防渗材料回灌输送管，并通过原位防渗材料回灌输送管输送至帷幕槽段，在帷幕槽段浇筑成上下连续的截水帷幕；
步骤十，重复步骤一至步骤九，构建得到无接头连续的截水帷幕墙体。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
(Ⅰ)本发明中通过切削机构、动力机构、破碎料收集以及筛选机构和防渗材料配制生产机构，在保证了帷幕深度同时，实现了截水帷幕横向连续切削成槽施工，将常规的横向4～8m设置1个接头的帷幕施工方式改变为防渗墙无接头施工方式，实现了截水帷幕横向连续、不间断成墙施工，避免出现截水帷幕接头，减少了防渗墙渗漏点，增强了截水帷幕的施工效率和截水效果；以及在横向连续切削成墙的过程中利用切槽产生的砂、卵石和地层破碎料以及泥浆制备防渗材料，通过输送管路运送至地下切削端后方进行原位浇筑，形成原位防渗墙，实现了地层材料的原位利用，解决了现有技术中帷幕墙强度不够且截水帷幕接头数量多导致截水效率差的技术问题。
(Ⅱ)充分利用了截水帷幕施工过程中产生大量的砂、卵石和泥浆等废渣材料，减少了废渣外运的费用，实现了固废资源化无害化利用，避免了废渣堆放占用土地、污染环境等问题，同时减少了防渗材料对河沙、碎石或卵石等原材料的需求，避免了采掘河沙、碎石或卵石等原材料破坏生态环境的现象，保护了生态环境。无接头连续式原位防渗墙构建装置结构简单，操作方便，实用可靠，解放劳动力，减少机械占地。
(Ⅲ)本发明实现了防渗材料施工现场连续制备、同步输送、原位浇筑成墙，解决了常规的防渗材料在商砼站制备、经长距离运输导致防渗材料性能降低、运输成本高、多种工程车辆交叉施工、浇筑不连续的问题，降低了材料成本，减少了运输费用，缩减了现场协调调度工作量，保障了现场作业安全。
附图说明
图1为本发明的无接头连续式原位防渗墙构建装置的正视结构示意图；
图2为本发明的无接头连续式原位防渗墙构建装置的整体结构示意图；
图3为本发明的无接头连续式原位防渗墙构建装置侧视结构示意图；
图4为本发明的切削装置刀盘连接示意图；
图5为本发明的构筑的截水帷幕墙体示意图；
图6为常规的截水帷幕墙体示意图。
图中各个标号的含义为：1-支撑机构，2-切削机构，3-动力机构，4-破碎料收集以及筛选机构，5-防渗材料配制生产机构，6-地层破碎料输出管，7-泵送管，8-帷幕槽段，9-驾驶舱，10-拖车，11-截水帷幕接头，12-截水帷幕；
101-支撑底盘，102-履带，103-液压柱，104-圆形转盘，105-支撑桁架；
201-垂向切削刀盘，202-横向切削刀盘，203-原位防渗材料回灌输送管；
20101-垂向逆时针转斗切削轮，20102-垂向顺时针转斗切削轮，20103-破碎料垂向收集管；
20201-横向逆时针转斗切削轮，20202-横向顺时针转斗切削轮，20203-破碎料横向收集管；
401-合格破碎料输出端，402-收集仓，403-筛分仓；
501-称重系统，502-制备仓，503-防渗材料输出口。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
需要说明的是，本发明中的所有零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
本发明给出了一种无接头连续式原位防渗墙的构建装置，如图1至图4所示，包括支撑机构1、切削机构2、动力机构3、破碎料收集以及筛选机构4和防渗材料配制生产机构5，支撑机构1上固定安装有切削机构2，切削机构2与破碎料收集以及筛选机构4的输入端通过地层破碎料输出管6相连，破碎料收集以及筛选机构4的合格破碎料输出端401与防渗材料配制生产机构5的输入端相连，防渗材料配制生产机构5的输出端与切削机构5通过泵送管7相连；
破碎料收集以及筛选机构4和防渗材料配制生产机构5设置在帷幕槽段8的上方。
上述技术方案中，通过切削机构、动力机构、破碎料收集以及筛选机构和防渗材料配制生产机构，在保证了帷幕深度同时，实现了截水帷幕横向连续切削成槽施工，将常规的横向4～8m设置1个接头的帷幕施工方式改变为防渗墙无接头施工方式，实现了截水帷幕横向连续、不间断成墙施工，避免出现截水帷幕接头，减少了防渗墙渗漏点，增强了截水帷幕的施工效率和截水效果；以及在横向连续切削成墙的过程中利用切槽产生的砂、卵石和地层破碎料以及泥浆制备防渗材料，通过输送管路运送至地下切削端后方进行原位浇筑，形成原位防渗墙，实现了地层材料的原位利用，解决了现有技术中帷幕墙强度不够且截水帷幕接头数量多导致截水效率差的技术问题。
截水帷幕接头数量对于截水帷幕防渗效果的影响：
对于渗透系数k1的含水层，单宽流量q为：
Figure BDA0003383009610000081
同理，对于渗透系数k2的防渗墙，单宽流量q为：
Figure BDA0003383009610000082
同理，对于渗透系数k3的含水层，单宽流量q为：
Figure BDA0003383009610000083
将公式(1)、(2)、(3)转换后相加，消去h2和h3，得到：
Figure BDA0003383009610000084
其中：k1、k3代表防渗墙内外两侧含水层的渗透系数；
k2代表防渗墙自身渗透系数；
B代表防渗墙的厚度；
h1表示距离防渗墙外侧L1处地下水水位；
h2表示防渗墙外侧地下水水位；
h3表示防渗墙内侧地下水水位；
h4表示距离防渗墙外侧L2处地下水水位；
L1表示水位h1、h2之间的距离；
L2表示水位h3、h4之间的距离；
通过防渗墙自身的单宽渗流量q墙渗可以用式(4)表示，从表达式(4)中可知，当k1、k3、L1、L2、h1、h4值固定时，单宽流量q墙渗与k2呈正相关关系，与B呈负相关关系，即墙体渗透系数越大，透水性越好，单宽渗流量越大；墙体厚度越大，阻水路径越长，单宽渗流量越小。
因现有施工技术原因，防渗墙必然存在若干个竖向搭接接头缝隙，接头缝隙处的渗透系数k4远大于完整墙体渗透系数k2，因此，防渗墙的渗透系数k'2＝xk2+yk4，其中x+y＝1。由于k2≤k'2≤k4，防渗墙自身的单宽渗流量q墙渗受墙体接头缝隙影响，单宽流量q墙渗为：
Figure BDA0003383009610000091
从表达式(5)中可知，当k1、k3、L1、L2、h1、h4等值固定时，单宽流量q墙渗与k'2呈正相关关系，即单宽流量q墙渗与防渗墙的接头缝隙数量和渗透系数呈正相关关系，防渗墙的接头数越少，渗透系数越小，则单宽流量q墙渗越小，截水帷幕效果越好；反之，防渗墙的接头数越多，渗透系数越多，则单宽流量q墙渗越大，截水帷幕效果越差。
具体的，切削机构2包括多组垂向切削刀盘201和多组横向切削刀盘202；每组垂向切削刀盘201包括垂向逆时针转斗切削轮20101和垂向顺时针转斗切削轮20102，垂向逆时针转斗切削轮20101和垂向顺时针转斗切削轮20102间均设置有破碎料垂向收集管20103，破碎料垂向收集管20103与地层破碎料输出管6相连；
每组横向切削刀盘202包括横向逆时针转斗切削轮20201和横向顺时针转斗切削轮20202，横向逆时针转斗切削轮20201和横向顺时针转斗切削轮20202间均设置有破碎料横向收集管20203，破碎料横向收集管20203与地层破碎料输出管6相连。
具体的，切削机构2中还包括原位防渗材料回灌输送管203，原位防渗材料回灌输送管203的一端深入到帷幕槽段8，原位防渗材料回灌输送管203的另一端与泵送管7相连。
具体的，破碎料筛选及收集机构4包括沿垂向由下至上相连设置的收集仓402和筛分仓403，筛分仓403一侧与地层破碎料输出管6相连，筛分仓403的另一侧的合格破碎料输出端401与防渗材料配制生产机构5相连。
具体的，防渗材料配制生产机构5包括沿垂向由下至上相连设置的称重系统501、制备仓502，制备仓502的一侧与筛分仓403的合格破碎料输出端401相连，另一侧的防渗材料输出口503与泵送管7相连。
具体的，支撑机构1包括支撑底盘101，履带102，液压柱103、圆形转盘104和支撑桁架105，支撑底盘101的两侧可转动设置有履带102，支撑底盘101的上部设置有可转动的圆形转盘104，圆形转盘104的上部一侧设置有驾驶舱9，另一侧设置动力机构3；驾驶舱9的前端设置有支撑桁架105，支撑桁架105下端固定设置在与地面接触的液压柱103上。
具体的，破碎料收集以及筛选机构4和防渗材料配制生产机构5与帷幕槽段8间设置有可移动的拖车10。
一种无接头连续式原位防渗墙构建装置的帷幕构筑方法，包括以下步骤：
步骤一，确定截水帷幕起点位置、设计前行方向和终点位置、截水帷幕厚度、截水帷幕深度，并将截水帷幕底部设置在隔水层岩体中；
步骤二，采用切削结构在截水帷幕线起点位置从地面向下垂向开槽，液压支柱支撑在开挖槽段附近地面，动力结构驱动垂向逆时针转斗切削轮和垂向顺时针转斗切削轮向下切削地层，切削破碎后的地层破碎料由破碎料垂向收集管吸附、收集，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
步骤三，一组垂向切削刀盘切削结束后，在垂向切削刀盘上方连续连接横向切削刀盘，同时底部的垂向切削刀盘继续垂向切削，切削破碎后的地层破碎料由继续由破碎料垂向收集管吸附、收集，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
步骤四，重复步骤三操作，直至垂向切削刀盘切削到底部隔水层至确定的截水帷幕深度，停止垂向切削；
步骤五，在动力结构驱动下，切削机构沿着截水帷幕设计方向前行，前行的过程中横向切削刀盘的横向逆时针转斗切削轮和横向顺时针转斗切削轮不断切削前进方向地层，破碎料横向收集管吸附、收集地层破碎料，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
横向切削刀盘横向切削过程中，底部的垂向切削刀盘继续切削底部的隔水地层，切削深度始终确定的截水帷幕深度；
步骤七，原位地层破碎料输送筛选装置根据技术参数要求筛选出满足要求的材料，满足要求的材料经合格破碎料输出端输出进入防渗材料配制生产机构，不满足要求的材料进入收集仓作为废弃材料处理；
技术参数包括粗、细骨料的粒径、强度、含泥量、含水量和级配；
满足要求的材料包括直径不大于3cm的碎石或卵石和粒径位于0.25～0.5mm的砂粒；
步骤八，进入防渗材料配制生产机构的材料经称重系统称重后，添加水泥、粉煤灰、膨润土、外加剂、水等材料后在防渗材料制备仓中混合搅拌，制备强度和渗透系数满足设计要求的防渗材料，并通过防渗材料输出口输送到泵送管中；
步骤九，防渗材料经泵送管进入原位防渗材料回灌输送管，并通过原位防渗材料回灌输送管输送至帷幕槽段，在帷幕槽段浇筑成上下连续的截水帷幕；
步骤十，重复步骤一至步骤九，构建得到无接头连续的截水帷幕墙体。
实施例1：
某露天煤矿富水含水层位上覆砂卵石层，卵砾石粒径5～150mm，含水层厚30～50m，渗透系数10～100m/d，矿坑疏排水量数万m3/d，地下水水位下降40～80m。为保护露天煤矿生态地下水位和地下水资源，采用防渗墙构筑截水帷幕圈闭露天煤矿矿坑，隔离矿坑与外界地层水力联系。
步骤1：根据露天煤矿工程地质、水文地质特征，确定截水帷幕起点位置、设计前行方向和终点位置、截水帷幕厚度为0.8m、截水帷幕深度为50m，防渗墙底部位于隔水层泥岩中，露天矿坑圈闭在截水帷幕内；
步骤2：采用切削结构在截水帷幕线起点位置从地面向下垂向开槽，液压支柱支撑在开挖槽段附近地面，动力结构驱动垂向逆时针转斗切削轮和垂向顺时针转斗切削轮向下切削地层，切削破碎后的地层破碎料由破碎料垂向收集管吸附、收集，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
步骤3：一组垂向切削刀盘切削完成后，在垂向切削刀盘上方连接横向切削刀盘2，继续垂向切削，重复此操作，直至达到设计的深度50m；
步骤4：在动力结构驱动下，切削机构沿着截水帷幕设计方向前行，前行的过程中横向切削刀盘的横向逆时针转斗切削轮和横向顺时针转斗切削轮不断切削前进方向地层，破碎料横向收集管吸附、收集地层破碎料，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
横向切削刀盘横向切削过程中，底部的垂向切削刀盘继续切削底部的隔水地层，切削深度始终确定的截水帷幕深度；
步骤5：原位地层破碎料输送筛选装置根据技术参数要求筛选出满足要求的材料，满足要求的材料经合格破碎料输出端输出进入防渗材料配制生产机构，不满足要求的材料进入收集仓作为废弃材料处理；
技术参数包括粗、细骨料的粒径、强度、含泥量、含水量和级配；
满足要求的材料包括直径不大于3cm的碎石或卵石和粒径位于0.25～0.5mm的砂粒；
步骤6：进入防渗材料配制生产机构的材料经称重系统称重后，添加水泥、粉煤灰、膨润土、外加剂、水等材料后在防渗材料制备仓中混合搅拌，制备出渗透系数8×10-7cm/s、28d强度5MPa的防渗材料，并通过防渗材料输出口输送到泵送管中；
步骤7：防渗材料经泵送管进入原位防渗材料回灌输送管，并通过原位防渗材料回灌输送管输送至帷幕槽段，在帷幕槽段浇筑成上下连续的截水帷幕。
步骤8：重复步骤4～7，在设计帷幕线位置连续构筑截水帷幕如图5所示，最终形成无接头、连续的截水帷幕防渗墙，有效阻隔帷幕防渗墙外侧地下水向帷幕内侧的渗透。
Figure BDA0003383009610000141
实施例2：
某井工煤矿侧向补给含水层主要为厚层砂层，含水层厚80～100m，砂岩抗压强度20MPa，渗透系数3m/d，矿井涌水量数万m3/d。为保护井工煤矿生态地下水位和地下水资源，采用防渗墙构筑截水帷幕隔离井工煤矿工作面与外侧砂岩含水层之间的水力联系。
步骤1：根据井工煤矿工程地质、水文地质特征，确定截水帷幕起点位置、设计前行方向和终点位置、截水帷幕厚度为1.0m、截水帷幕深度为100m，防渗墙底部位于隔水层泥岩中，防渗墙顶部位于上部隔水层红黏土；
步骤2：采用切削结构在截水帷幕线起点位置从地面向下垂向开槽，液压支柱支撑在开挖槽段附近地面，动力结构驱动垂向逆时针转斗切削轮和垂向顺时针转斗切削轮向下切削地层，切削破碎后的地层破碎料由破碎料垂向收集管吸附、收集，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
步骤3：一组垂向切削刀盘切削完成后，在垂向切削刀盘上方连接横向切削刀盘2，继续垂向切削，重复此操作，直至达到设计的深度100m；
步骤4：在动力结构驱动下，切削机构沿着截水帷幕设计方向前行，前行的过程中横向切削刀盘的横向逆时针转斗切削轮和横向顺时针转斗切削轮不断切削前进方向地层，破碎料横向收集管吸附、收集地层破碎料，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
横向切削刀盘横向切削过程中，底部的垂向切削刀盘继续切削底部的隔水地层，切削深度始终确定的截水帷幕深度；
步骤5：原位地层破碎料输送筛选装置根据技术参数要求筛选出满足要求的材料，满足要求的材料经合格破碎料输出端输出进入防渗材料配制生产机构，不满足要求的材料进入收集仓作为废弃材料处理；
技术参数包括粗、细骨料的粒径、强度、含泥量、含水量和级配；
满足要求的材料包括直径不大于4cm的砂岩破碎料、粒径0.25～0.8mm的砂粒；
步骤6：进入防渗材料配制生产机构的材料经称重系统称重后，添加水泥、粉煤灰、膨润土、外加剂、水等材料后在防渗材料制备仓中混合搅拌，制备出渗透系数8×10-7cm/s、28d强度4MPa的防渗材料，并通过防渗材料输出口输送到泵送管中；
步骤7：防渗材料经泵送管进入原位防渗材料回灌输送管，并通过原位防渗材料回灌输送管输送至帷幕槽段，在帷幕槽段浇筑成上下连续的截水帷幕；
步骤8：重复步骤4～7，在设计帷幕线位置连续构筑截水帷幕如图5所示，最终形成无接头、连续的截水帷幕防渗墙，有效阻隔帷幕防渗墙外侧地下水向帷幕内侧的渗透。
Figure BDA0003383009610000161
实施例3：
某尾渣库所在区域的地层主要为粉土、砂土、黏土，粉土、砂土层厚50～60m，渗透系数0.15m/d。为解决尾渣库渗漏液污染地下水问题，保护周边生态地下水位和地下水资源，采用防渗墙构筑截水帷幕隔离尾渣库与外侧粉土、砂土层之间的水力联系。
步骤1：根据尾渣矿场地工程地质、水文地质特征，确定截水帷幕起点位置、设计前行方向和终点位置、截水帷幕厚度为0.6m、截水帷幕深度为60m，防渗墙底部位于隔水层泥岩中，防渗墙顶部位于上部隔水层红黏土；
步骤2：采用切削结构在截水帷幕线起点位置从地面向下垂向开槽，液压支柱支撑在开挖槽段附近地面，动力结构驱动垂向逆时针转斗切削轮和垂向顺时针转斗切削轮向下切削地层，切削破碎后的地层破碎料由破碎料垂向收集管吸附、收集，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
步骤3：一组垂向切削刀盘切削完成后，在垂向切削刀盘上方连接横向切削刀盘2，继续垂向切削，重复此操作，直至达到设计的深度60m。
步骤4：在动力结构驱动下，切削机构沿着截水帷幕设计方向前行，前行的过程中横向切削刀盘的横向逆时针转斗切削轮和横向顺时针转斗切削轮不断切削前进方向地层，破碎料横向收集管吸附、收集地层破碎料，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
横向切削刀盘横向切削过程中，底部的垂向切削刀盘继续切削底部的隔水地层，切削深度始终确定的截水帷幕深度；
步骤5：原位地层破碎料输送筛选装置根据技术参数要求筛选出满足要求的材料，满足要求的材料经合格破碎料输出端输出进入防渗材料配制生产机构，不满足要求的材料进入收集仓作为废弃材料处理；
技术参数包括粗、细骨料的粒径、强度、含泥量、含水量和级配；
满足要求的材料包括含水率低于65％的破碎料；
步骤6：进入防渗材料配制生产机构的材料经称重系统称重后，添加水泥、粉煤灰、膨润土、外加剂、水等材料后在防渗材料制备仓中混合搅拌，制备出渗透系数9×10-7cm/s、28d强度2MPa的防渗材料，并通过防渗材料输出口输送到泵送管中；
步骤7：防渗材料经泵送管进入原位防渗材料回灌输送管，并通过原位防渗材料回灌输送管输送至帷幕槽段，在帷幕槽段浇筑成上下连续的截水帷幕；
步骤8：重复步骤4～7，在设计帷幕线位置连续构筑截水帷幕如图4所示，最终形成无接头、连续的截水帷幕防渗墙，有效阻隔帷幕防渗墙外侧地下水向帷幕内侧的渗透。
Figure BDA0003383009610000171
实施例4：
某露天煤矿富水含水层位上覆砂卵石层，卵砾石粒径5～150mm，含水层厚30～50m，渗透系数10～100m/d，矿坑疏排水量数万m3/d，地下水水位下降40～80m。为保护露天煤矿生态地下水位和地下水资源，采用防渗墙构筑截水帷幕圈闭露天煤矿矿坑，隔离矿坑与外界地层水力联系。
步骤1：根据露天煤矿工程地质、水文地质特征，确定截水帷幕起点位置、设计前行方向和终点位置、截水帷幕厚度为0.8m、截水帷幕深度为60m，防渗墙底部位于隔水层泥岩中，露天矿坑圈闭在截水帷幕内。
步骤2：采用液压抓斗或双轮铣在截水帷幕设计位置垂向开挖开挖，槽段按设计要求深60m，每幅截水帷幕槽段宽度8m；开挖的槽段内注入泥浆进行护壁，维持槽段的稳定性，避免槽内地层地层坍塌；
步骤3：槽段内开挖出的天然砂、卵石、砾石等地层材料通过运输车辆转运至垃圾堆场堆存；
步骤4：防渗材料罐车将商混站制备的防渗材料运至截水帷幕现场。
步骤5：防渗材料经过架设在开挖完成的截水帷幕的槽段槽口的灌注装置，防渗材料进入灌注装置料斗，在重力和防渗材料料斗提升抖动双重作用下，防渗材料经导管灌注至截水帷幕槽段底部，根据浇筑量和墙体抬升高度提升、拆卸导管，最终将开挖的一幅截水帷幕槽段的墙体浇筑至设计标高；
步骤6：重复步骤2～5，在设计帷幕位置逐段逐幅构筑截水帷幕墙体，如图6所示，最终形成由一幅幅防渗墙构成的截水帷幕，防渗墙接头是整个截水帷幕的薄弱环节，防渗墙外侧地下水易从防渗墙接头渗入截水帷幕内侧。
Figure BDA0003383009610000181
从上述4个实施例可以清晰的得出，无接头连续式原位防渗墙构建装置适应于砂卵石地层、岩层、土层等不同地层条件，制备的原位防渗材料具有良好的强度和抗渗性能，在施工现场将原地层材料破碎、筛选后，与水泥、粉煤灰、膨润土、外加剂等可制备经济、高效的截水帷幕防渗材料，28d强度为2.26～5.16MPa、渗透系数6.82×10-7cm/s～8.85×10- 7cm/s，渗透系数是有接头截水帷幕的1/5～1/6，构筑的防渗墙无接头，墙体有机连续，防渗性好、截水率高。

Claims (8)

1.一种无接头连续式原位防渗墙的构建装置，包括支撑机构(1)、切削机构(2)、动力机构(3)、破碎料收集以及筛选机构(4)和防渗材料配制生产机构(5)，其体征在于，所述的支撑机构(1)上固定安装有切削机构(2)，所述的切削机构(2)与破碎料收集以及筛选机构(4)的输入端通过地层破碎料输出管(6)相连，所述的破碎料收集以及筛选机构(4)的合格破碎料输出端(401)与防渗材料配制生产机构(5)的输入端相连，所述的防渗材料配制生产机构(5)的输出端与切削机构(5)通过泵送管(7)相连；
所述的破碎料收集以及筛选机构(4)和防渗材料配制生产机构(5)设置在帷幕槽段(8)的上方。
2.如权利要求1所述的无接头连续式原位防渗墙的构建装置，其特征在于，所述的切削机构(2)包括多组垂向切削刀盘(201)和多组横向切削刀盘(202)；每组所述的垂向切削刀盘(201)包括垂向逆时针转斗切削轮(20101)和垂向顺时针转斗切削轮(20102)，所述的垂向逆时针转斗切削轮(20101)和垂向顺时针转斗切削轮(20102)间均设置有破碎料垂向收集管(20103)，所述的破碎料垂向收集管(20103)与地层破碎料输出管(6)相连；
每组所述的横向切削刀盘(202)包括横向逆时针转斗切削轮(20201)和横向顺时针转斗切削轮(20202)，所述的横向逆时针转斗切削轮(20201)和横向顺时针转斗切削轮(20202)间均设置有破碎料横向收集管(20203)，所述的破碎料横向收集管(20203)与地层破碎料输出管(6)相连。
3.如权利要求1所述的无接头连续式原位防渗墙的构建装置，其特征在于，所述的切削机构(2)中还包括原位防渗材料回灌输送管(203)，所述的原位防渗材料回灌输送管(203)的一端深入到帷幕槽段(8)，原位防渗材料回灌输送管(203)的另一端与泵送管(7)相连。
4.如权利要求1所述的无接头连续式原位防渗墙的构建装置，其特征在于，所述的破碎料筛选及收集机构(4)包括沿垂向由下至上相连设置的收集仓(402)和筛分仓(403)，所述的筛分仓(403)一侧与地层破碎料输出管(6)相连，筛分仓(403)的另一侧的合格破碎料输出端(401)与防渗材料配制生产机构(5)相连。
5.如权利要求1所述的无接头连续式原位防渗墙的构建装置，其特征在于，所述的防渗材料配制生产机构(5)包括沿垂向由下至上相连设置的称重系统(501)、制备仓(502)，所述的制备仓(502)的一侧与筛分仓(403)的合格破碎料输出端(401)相连，另一侧的防渗材料输出口(503)与泵送管(7)相连。
6.如权利要求1所述的无接头连续式原位防渗墙的构建装置，其特征在于，所述的支撑机构(1)包括支撑底盘(101)，履带(102)，液压柱(103)、圆形转盘(104)和支撑桁架(105)，所述的支撑底盘(101)的两侧可转动设置有履带(102)，所述的支撑底盘(101)的上部设置有可转动的圆形转盘(104)，所述的圆形转盘(104)的上部一侧设置有驾驶舱(9)，另一侧设置动力机构(3)；所述的驾驶舱(9)的前端设置有支撑桁架(105)，所述的支撑桁架(105)下端固定设置在与地面接触的液压柱(103)上。
7.如权利要求1所述的无接头连续式原位防渗墙的构建装置，其特征在于，所述的破碎料收集以及筛选机构(4)和防渗材料配制生产机构(5)与帷幕槽段(8)间设置有可移动的拖车(10)。
8.一种如权利要求1至7所述的无接头连续式原位防渗墙构建装置的帷幕构筑方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，确定截水帷幕起点位置、设计前行方向和终点位置、截水帷幕厚度、截水帷幕深度，并将截水帷幕底部设置在隔水层岩体中；
步骤二，采用切削结构在截水帷幕线起点位置从地面向下垂向开槽，液压支柱支撑在开挖槽段附近地面，动力结构驱动垂向逆时针转斗切削轮和垂向顺时针转斗切削轮向下切削地层，切削破碎后的地层破碎料由破碎料垂向收集管吸附、收集，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
步骤三，一组垂向切削刀盘切削结束后，在垂向切削刀盘上方连续连接横向切削刀盘，同时底部的垂向切削刀盘继续垂向切削，切削破碎后的地层破碎料由继续由破碎料垂向收集管吸附、收集，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
步骤四，重复步骤三操作，直至垂向切削刀盘切削到底部隔水层至确定的截水帷幕深度，停止垂向切削；
步骤五，在动力结构驱动下，切削机构沿着截水帷幕设计方向前行，前行的过程中横向切削刀盘的横向逆时针转斗切削轮和横向顺时针转斗切削轮不断切削前进方向地层，破碎料横向收集管吸附、收集地层破碎料，并通过地层破碎料输出管输送至地面的破碎料收集以及筛选机构；
所述的横向切削刀盘横向切削过程中，底部的垂向切削刀盘继续切削底部的隔水地层，切削深度始终确定的截水帷幕深度；
步骤七，原位地层破碎料输送筛选装置根据技术参数要求筛选出满足要求的材料，满足要求的材料经合格破碎料输出端输出进入防渗材料配制生产机构，不满足要求的材料进入收集仓作为废弃材料处理；
所述的技术参数包括粗、细骨料的粒径、强度、含泥量、含水量和级配；
所述的满足要求的材料包括直径不大于3cm的碎石或卵石和粒径位于0.25～0.5mm的砂粒；
步骤八，进入防渗材料配制生产机构的材料经称重系统称重后，添加水泥、粉煤灰、膨润土、外加剂、水等材料后在防渗材料制备仓中混合搅拌，制备强度和渗透系数满足设计要求的防渗材料，并通过防渗材料输出口输送到泵送管中；
步骤九，防渗材料经泵送管进入原位防渗材料回灌输送管，并通过原位防渗材料回灌输送管输送至帷幕槽段，在帷幕槽段浇筑成上下连续的截水帷幕；
步骤十，重复步骤一至步骤九，构建得到无接头连续的截水帷幕墙体。
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