CN116005498B - 一种高铁离缝修复用脉动注浆装置 - Google Patents

Abstract

一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，元件本体（1）和元件壳体（0）组合固定安装成一体式结构；射流振荡入口（2）的底部通过中心浆液通道（3）连通四向通道（4）；中心浆液通道（3）通过四向通道（4）、突宽通道（5）连通于附壁腔（7）；涡流腔（10）呈上窄下宽的水滴状；射流振荡出口（11）设置于涡流腔（10）的底部，浆液从射流振荡出口（11）流出。脉动注浆装置以浆液为工作介质，利用射流在特定形状的附壁腔的附壁效应进行工作，从出口流出的浆液扩散范围大，注浆效率高，使用多级射流叠加时，使射流振荡出口射出的浆液速度更快，具有结构简单紧凑，零部件较少，安装、拆卸方便，成本低，可靠性好等优点。

Description

一种高铁离缝修复用脉动注浆装置

技术领域

本发明涉及注浆技术领域，特别涉及一种高铁离缝修复用脉动注浆装置。

背景技术

高铁无砟轨道结构层间界面为力学薄弱面，在温度和外荷载作用下，容易发生离缝。离缝是板式无砟轨道的主要病害之一，会使轨道板产生翘曲变形，当高速车辆经过时，离缝区层间将呈脱空状态，致使轨道结构的受力、传力等都将随之发生变化，由此加剧轮轨系统的振动。也会加剧铁路路基的翻浆冒泥现象。若不对其及时修复，在列车荷载和温度荷载的长期、反复和共同作用下，轨道结构损伤将进一步加重，从而影响高速铁路轨道结构的服役性能，进而影响高速行车的舒适性和安全性。因此，及时掌控轨道板与砂浆层间的离缝损伤问题并对其进行适时的修复或维修显得十分重要。

目前，高铁离缝修补多采用采用稳压注浆，较窄的离缝使得浆液在稳压下流动速度较慢，且容易造成裂缝堵塞、扩散路径单一、且扩散距离小等问题。因此进行离缝注浆修补时，需要每隔30-50cm进行一次注浆，操作繁琐、耗时长，短时间天窗期的操作增加难度。

因此，提出一种高铁离缝用的振荡射流式压力脉冲发生装置，用于提高天窗期注浆效率，减少成本。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种高铁离缝修复用脉动注浆装置。

一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，脉动注浆装置的一端与注浆泵相连接，由注浆泵作为压力源泵注送浆液；所述脉动注浆装置包括有：

一元件本体1，元件本体1和元件壳体0组合固定安装成一体式结构；

一射流振荡入口2，射流振荡入口2设置于元件本体1的顶部；射流振荡入口2的底部通过中心浆液通道3连通四向通道4，其中，四向通道4的顶端通过中心浆液通道3连通射流振荡入口2、底端连通附壁腔7、左端连通左反馈通道8、右端连通右反馈通道6；

一附壁腔7，附壁腔7的顶部为突宽通道5，中心浆液通道3通过四向通道4、突宽通道5连通于附壁腔7；附壁腔7的底部左侧连通于左反馈通道8，附壁腔7的底部右侧连通于右反馈通道6；附壁腔7的底部通过收窄通道9连通于涡流腔10；

一涡流腔10，涡流腔10呈上窄下宽的水滴状；

一射流振荡出口11，设置于涡流腔10的底部，浆液从射流振荡出口11流出。

本发明和现有技术相比，其优点在于：

优点（1）：脉动注浆装置以浆液为工作介质，利用射流在特定形状的附壁腔的附壁效应进行工作，使用多级射流叠加，使射流振荡出口射出的浆液速度更快，具有压耗低，结构简单紧凑，零部件较少，安装、拆卸方便，成本低，可靠性好等优点。

优点（2）：脉动注浆装置内部不依赖任何机械运动部件或弹性体即可实现射流方向的振荡切换，与机械或电子脉动注浆装置等其他执行构件相比，耐冲蚀性能较好，不受温度、化学物质的影响，可以适应更多的工作环境。

优点（3）：脉动注浆装置能自激产生振荡射流，浆液方向与速度都是周期性变化的。将脉动注浆装置用作离缝注浆加固工作，能够提高注浆材料扩散的范围、均匀性。

优点（4）：数值模拟表明，该脉动注浆装置在同等条件下可以大幅提升的浆液扩散范围。

附图说明

图1为本发明的实施例1整体结构示意图；

图2为本发明的实施例1的元件本体1整体结构示意图；

图3为本发明的实施例1的浆液方向切换示意图；

图4为本发明的实施例1的浆液方向切换示意图；

图5为本发明的实施例2结构示意图；

图6为本发明的实施例3结构示意图；

图7为本发明的实施例4结构示意图；

图8为本发明的实施例5结构示意图；

图9为本发明的实施例6结构示意图；

图10为本发明的实施例1的内部流场数值模拟示意图；

图11为本发明的实施例4的内部流场数值模拟示意图；

图12为本发明的实施例1的离缝注浆数值模拟示意图；

图13为本发明的脉动注浆装置与注浆泵连接示意图。

图中序号所示：元件壳体0，元件本体1，射流振荡入口2，中心浆液通道3，四向通道4，突宽通道5，右反馈通道6，附壁腔7，左反馈通道8，收窄通道9，涡流腔10，射流振荡出口11，异形导流块12，左偏流通道13，右偏流通道14，附壁分流块15。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施例。

实施例1

如图1、图2所示，一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，脉动注浆装置一端与注浆泵相连接，由注浆泵作为压力源泵注送浆液。所述浆液的介质为注浆材料。所述脉动注浆装置包括有：

一元件本体1，元件本体1和元件壳体0组合固定安装成一体式结构；所述元件本体1和元件壳体0的外轮廓设置为矩形或圆弧形、且相互重合。所述元件本体1关于其自身的轴线对称。所述元件本体1和元件壳体0均采用有机玻璃加工制造。

一射流振荡入口2，射流振荡入口2设置于元件本体1的顶部；射流振荡入口2的底部通过中心浆液通道3连通四向通道4，其中，四向通道4的顶端通过中心浆液通道3连通射流振荡入口2、底端连通附壁腔7、左端连通左反馈通道8、右端连通右反馈通道6。

一附壁腔7，附壁腔7的顶部为突宽通道5，中心浆液通道3通过四向通道4、突宽通道5连通于附壁腔7；附壁腔7的底部左侧连通于左反馈通道8，附壁腔7的底部右侧连通于右反馈通道6；附壁腔7的底部通过收窄通道9连通于涡流腔10。

一涡流腔10，涡流腔10呈上窄下宽的水滴状。

一射流振荡出口11，设置于涡流腔10的底部，浆液从射流振荡出口11流出。所述射流振荡出口11的开口面积大于所述射流振荡入口2的开口面积。

如图3、图4所示，所述脉动注浆装置的工作原理：

注浆材料经射流振荡入口2时开始加速，由于射流振荡入口2和中心注浆材料通道3是直线连接，注浆材料会大量的直接经由突宽通道5进入附壁腔7，由于科安达效应，进入附壁腔7的注浆材料会偏离元件本体1的中心轴线形成偏转射流，弯向附壁腔7左侧或附壁腔7右侧。

假设浆液先弯向附壁腔7左侧，一部分注浆材料会经由左反馈通道8回流到上方的四向通道4，施加给主射流向右偏转的推动力。另一部分注浆材料经由收窄通道9流入涡流腔10。流入涡流腔10的注浆材料，由于惯性形成右偏转射流，由于涡流腔10和射流振荡出口11直接连通，注浆材料会大量的直接从射流振荡出口11流出，少量的注浆材料会在涡流腔10中做涡流加速。

之前经由左反馈通道8回流到上方的四向通道4的注浆材料会施加给主射流向右偏转的推动力，将进入附壁腔7的主射流切换至弯向右侧。

弯向附壁腔7右侧后，一部分注浆材料会经由右反馈通道6回流到上方的四向通道4，施加给主射流向右偏转的推动力。另一部分注浆材料经由收窄通道9流入涡流腔10。流入涡流腔10的注浆材料，由于惯性形成左偏转射流，由于涡流腔10和射流振荡出口11直接连通，注浆材料会大量的直接从射流振荡出口11流出，少量的注浆材料会在涡流腔10中做涡流。

此后，射流将左、右往复进行切换过程。但是，不管是浆液先弯向附壁腔7左侧还是先弯向附壁腔7右侧，大量的注浆材料会带有自激振荡特性的从射流振荡出口11流出。图10为实施例1的内部流场数值模拟示意图。

高铁离缝修复用脉动注浆装置的工作原理：

在脉动注浆装置的工作原理的基础上，由于脉动注浆装置从射流振荡出口11流出的注浆材料带有自激振荡特性，因此，振荡射流式压力脉冲发生装置流出的注浆材料也会产生周期性的压力波动，形成压力脉冲。

图11为本发明的实施例1的内部流场数值模拟示意图，由此图可看出射流切换过程与出口的脉冲射流。

实施例2

当注浆浆液粘度较大时，射流的科安达效应减弱，较难形成偏转射流，减小了出口振荡射流的喷射范围。如图5所示，为了提高附壁腔7的科安达效应，在所述附壁腔7中设置有一附壁分流块15，设置于所述附壁腔7的形心处，附壁分流块15沿元件本体1的轴线连续分布，附壁分流块15将所述附壁腔7分成左右两通道，其中，左侧为左分流通道，右侧为右分流通道。

基于实施例1的脉动注浆装置的工作原理，射流经过附壁分流块15后可强制将射流偏转于一侧，促使科安达效应的产生。实施例2的射流将左、右往复进行切换过程。但是，不管是浆液先弯向附壁腔7左侧还是先弯向附壁腔7右侧，大量的注浆材料会带有自激振荡特性的从射流振荡出口11流出。

实施例3

为了提高涡流腔10的涡流效应，提高浆液的流速。如图6所示，所述涡流腔10为多个，所有涡流腔10沿元件本体1的轴线连续分布，所述射流振荡出口11开设在最下方的涡流腔10的底部。

基于实施例1的脉动注浆装置的工作原理，实施例3的射流将左、右往复进行切换过程。但是，不管是浆液先弯向附壁腔7左侧还是先弯向附壁腔7右侧，大量的注浆材料会带有自激振荡特性的从射流振荡出口11流出。

实施例4

当注浆浆液粘度较大时，射流的科安达效应减弱，浆液不能完全附壁于附壁腔的两侧壁面，射流偏转的范围减小，减小了出口振荡射流的喷射范围。如图7所示，为了提高附壁腔7的科安达效应及提高涡流腔10的涡流效应，所述涡流腔10中设置有一异形导流块12，设置于所述涡流腔10的形心处，所述异形导流块12均沿元件本体1的轴线连续分布，异形导流块12将所述涡流腔10分成左右两通道，其中，左侧为左偏流通道13，右侧为右偏流通道14；左偏流通道13和右偏流通道14的顶部均连通于收窄通道9、底部均连通于射流振荡出口11。

基于实施例1的脉动注浆装置的工作原理，实施例4的射流将左、右往复进行切换过程。当射流偏转较弱时，经过左偏流通道13及右偏流通道14后，将会增加浆液的偏转范围，大量的注浆材料会带有自激振荡特性的从射流振荡出口11流出。

图11为本发明的实施例4的内部流场数值模拟示意图，由此图可看出该实施例射流切换过程。

实施例5

为了提高涡流腔10的涡流效应，将实施例4和实施例3进行结合。 如图8所示，所述涡流腔10为多个，所有涡流腔10沿元件本体1的轴线连续分布，所述射流振荡出口11开设在最下方的涡流腔10的底部。

每个所述涡流腔10中设置有一异形导流块12，设置于所述涡流腔10的形心处，所述异形导流块12均沿元件本体1的轴线连续分布，异形导流块12将所述涡流腔10分成左右两通道，其中，左侧为左偏流通道13，右侧为右偏流通道14；左偏流通道13和右偏流通道14的顶部均连通于收窄通道9、底部均连通于射流振荡出口11。

基于实施例1的脉动注浆装置的工作原理，实施例5的射流将左、右往复进行切换过程。但是，不管是浆液先弯向附壁腔7左侧还是先弯向附壁腔7右侧，大量的注浆材料会带有自激振荡特性的从射流振荡出口11流出。

实施例6

当左反馈通道8以及右馈通道6的形状、路径不一致时，浆液从这两侧返回四向通道4的时间不一致，向左与向右切换的频率不一致，即可以叠加脉动作用，更好的增加脉动效果。如图9所示，左反馈通道8和右反馈通道6设置成左右不对称形状。

实施例7

基于实施例1的振荡射流式压力脉冲发生装置。原有的高铁离缝修复方式为通过注浆泵将浆液桶内的浆液，经由注浆管注入离缝内部。该专利的射流脉动注浆装置操作简单，将原有注浆管插入圆形入口后，采用钻孔或采用螺栓等方式射流脉动注浆装置对准离缝注浆即可。

以环氧树脂或聚氨酯为组分的材料作为高铁离缝修复用注浆材料，注浆施工的参数为：注浆压力0.3MPa，注浆材料粘度125mpa.s。

从该脉动注浆装置喷射出的脉冲浆液的扩散范围大，且注浆材料带有自激振荡特性使离缝中的堵塞物重新获得初始速度，小颗粒堵塞物可进一步进入微小孔隙中，大颗粒堵塞物重新分布到其他孔隙中，或在注浆材料周期频率的作用下疲劳破碎后被挤出，进而疏通孔隙通道。弱化岩体原生裂隙分布对注浆材料扩散导向的副作用。

图12为本发明的实施例1的离缝注浆数值模拟示意图，经数值模拟结果显示，采用射流脉动注浆装置的脉动注浆扩散范围大幅度提升。

上述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。

Claims (9)

1.一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，其特征在于，脉动注浆装置的一端与注浆泵相连接，由注浆泵作为压力源泵注送浆液；所述脉动注浆装置包括有：

一元件本体（1），元件本体（1）和元件壳体（0）组合固定安装成一体式结构；

一射流振荡入口（2），射流振荡入口（2）设置于元件本体（1）的顶部；射流振荡入口（2）的底部通过中心浆液通道（3）连通四向通道（4），其中，四向通道（4）的顶端通过中心浆液通道（3）连通射流振荡入口（2）、底端连通附壁腔（7）、左端连通左反馈通道（8）、右端连通右反馈通道（6）；

一附壁腔（7），附壁腔（7）的顶部为突宽通道（5），中心浆液通道（3）通过四向通道（4）、突宽通道（5）连通于附壁腔（7）；附壁腔（7）的底部左侧连通于左反馈通道（8），附壁腔（7）的底部右侧连通于右反馈通道（6）；附壁腔（7）的底部通过收窄通道（9）连通于涡流腔（10）；

一涡流腔（10），涡流腔（10）呈上窄下宽的水滴状；所述涡流腔（10）中设置有一异形导流块（12），设置于所述涡流腔（10）的形心处，异形导流块（12）将所述涡流腔（10）分成左右两通道，其中，左侧为左偏流通道（13），右侧为右偏流通道（14）；左偏流通道（13）和右偏流通道（14）的顶部均连通于收窄通道（9）、底部均连通于射流振荡出口（11）；

一射流振荡出口（11），设置于涡流腔（10）的底部，浆液从射流振荡出口（11）流出。

2.根据权利要求1所述的一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，其特征在于：所述附壁腔（7）中设置有一附壁分流块（15），设置于所述附壁腔（7）的形心处，附壁分流块（15）将所述附壁腔（7）分成左右两通道，其中，左侧为左分流通道，右侧为右分流通道。

3.根据权利要求1所述的一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，其特征在于：所述涡流腔（10）为一个或多个，所有涡流腔（10）沿元件本体（1）的轴线连续分布，所述射流振荡出口（11）开设在最下方的涡流腔（10）的底部。

4.根据权利要求1所述的一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，其特征在于：所述异形导流块（12）均沿元件本体（1）的轴线连续分布。

5.根据权利要求1所述的一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，其特征在于：所述射流振荡出口（11）的开口面积大于所述射流振荡入口（2）的开口面积。

6.根据权利要求1所述的一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，其特征在于：所述元件本体（1）和元件壳体（0）均采用有机玻璃材料加工制造。

7.根据权利要求1所述的一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，其特征在于：所述元件本体（1）和元件壳体（0）的外轮廓设置为矩形或圆弧形、且相互重合。

8.根据权利要求1所述的一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，其特征在于：所述元件本体（1）关于其自身的轴线对称。

9.根据权利要求1所述的一种高铁离缝修复用脉动注浆装置，其特征在于：所述浆液的介质为注浆材料。