本发明属于土壤及地下水原位修复技术领域，具体涉及一种土壤及地下水原位单轴大直径注药搅拌修复系统及方法。
背景技术：
我国土壤与地下水污染日益形势严峻，工业场地污染问题突出，亟需开展修复治理。污染场地较为常见且量大面广，所涉及的污染物包括重金属、挥发性有机物（vocs）、半挥发性有机物（svocs）和总石油烃（tph）。特别是vocs和svocs具有挥发性、毒害性、隐蔽性、累积性、多样性等特点，是典型的高风险污染物，易于对周边居民健康和环境质量造成巨大的长期损害，开展修复治理的社会需求和市场需求庞大。
土壤和地下水修复模式分为原位修复和异位修复，异位修复存在较大的污染扩散风险，造成二次污染，且对施工场地要求较高，而一些位于经济发达地区的污染场地往往不具备这样的条件。异位修复在污染深度较深的情况下，可能涉及基坑降水、开挖和支护，特别是我国东部软土地区，工程实施风险高。而原位修复在不对土壤和地下水进行搬运的情况下完成，在可利用场地面积紧张等条件下有明显优势。
化学氧化还原技术被证明能够对水土中的污染物达到较好的去除效果，将化学氧化还原与原位修复模式相结合，市场上已经有相应技术：geoprobe直压式高压注射、建井注入、高压旋喷技术等。但是这些技术也存在一些问题，比如难以适应杂填土场地、建井成本高、操作复杂，难以保证搅拌均匀度等，保证水土与药剂充分混合、简化施工工艺、提高施工效率是这项技术成功的关键。
现有原位搅拌技术在基坑工程止水帷幕和局部加固中有较多应用，通过喷射水泥浆施工止水帷幕，止水帷幕渗透率可达到10-7cm/s，搅拌均匀度能够得到保证。
技术实现要素：
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种土壤及地下水原位单轴大直径注药搅拌修复系统及方法，该注药搅拌修复系统通过液压步履式底架的设置从而实现在四个方向上的自由移动，同时通过定点套打的施工方式实现污染区域内的快速注药搅拌修复。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种土壤及地下水原位单轴大直径注药搅拌修复系统，其特征在于所述注药搅拌修复系统包括具有液压步履式底架和钻杆的搅拌钻机，所述钻杆下端部具有搅拌喷射头，所述液压步履式底架自下而上依次包括横向步履、下底架以及上底架，所述横向步履与所述下底架之间在横向上可滑动式接触，所述下底架与所述上底架之间在纵向上可滑动式接触。
所述上底架的四个边角位置分别设置有液压支腿。
所述横向步履与所述下底架之间设置有横移油缸，以实现两者在横向上的可滑动式接触。
所述下底架与所述上底架之间设置有纵移油缸，以实现两者在纵向上的可滑动式接触。
所述钻杆中内置有输药管腔，所述输药管腔的一端与药剂存储泵送系统相连通、另一端与所述搅拌喷射钻头上的药剂喷口相连通。
所述药剂存储泵送系统包括至少一组配药桶，各组所述配药桶分别经具有阀门的输药支管同时接通至注药泵，所述注药泵经注药总管与所述输药管腔相连通。
根据上述任一一种土壤及地下水原位单轴大直径注药搅拌修复系统的工作方法，其特征在于所述工作方法利用搅拌钻机进行定点套打施工，包括以下步骤：以每个定点处呈矩形分布的四个搅拌修复点为一组套打对象，将所述搅拌钻机移动至待施工的所述定点处，将所述搅拌钻机上的搅拌喷射钻头对准首个所述搅拌修复点进行注药搅拌修复，之后利用液压步履式底架驱动所述搅拌钻机沿顺时针方向依次完成该组套打对象中剩余的所述搅拌修复点的注药搅拌修复；如此往复，依次完成各组所述套打对象的注药搅拌修复。
所述液压步履式底架驱动所述搅拌钻机进行纵移的方法为：（1）收缩上提所述液压步履式底架上的液压支腿，使所述液压步履式底架上的横向步履支撑整个所述搅拌钻机的重量；（2）所述液压步履式底架中，上底架与下底架之间的纵移油缸驱动所述上底架进行纵移；（3）完成纵移后，下降所述液压支腿使之支承于地面并抬高所述搅拌钻机，使所述纵移油缸收缩从而使所述下底架复位至所述上底架的位置；（4）收缩所述液压支腿使所述横向步履以及所述液压支腿均与地面相接触。
所述液压步履式底架驱动所述搅拌钻机进行横移的方法为：（1）收缩上提所述液压步履式底架上的液压支腿，使所述液压步履式底架上的横向步履支撑整个所述搅拌钻机的重量；（2）所述液压步履式底架中，所述横向步履与下底架之间的横移油缸驱动所述下底架进行横移；（3）完成横移后，下降所述液压支腿使之支承于地面并抬高所述搅拌钻机，使所述横移油缸收缩从而使所述横向步履复位至所述下底架的位置；（4）收缩所述液压支腿使所述横向步履以及所述液压支腿均与地面相接触。
根据上述任一一种土壤及地下水原位单轴大直径注药搅拌修复系统的工作方法，其特征在于所述工作方法利用搅拌钻机进行排式修复施工，所述排式修复施工是指：利用搅拌钻机对各排上的搅拌修复点进行逐一注药搅拌修复。
本发明的优点是：
（1）修复系统设备构成简单、移动方便、即到即做；有60kw三相电即可满足施工需求，现场不产生污染；修复成本低于多相抽提、热处理等；
（2）修复系统通过搅拌喷射钻头搅碎土壤并与其上所喷射出的药剂进行充分混合，二喷二搅即可实现药剂与水土充分混合均匀，避免了高压旋喷压力难以保证及高压喷入药剂沿杂填土缝隙渗流，没有与土壤充分混合的弊端，高压旋喷的这个弊端本身也是搅拌施工比高压旋喷在基坑工程施工中应用更为广泛的原因；
（3）溶解度低的药剂如果通过配制水剂注入，会注入大量的水，本发明通过开槽施工，使药剂不泛流，确保人员安全，施工过程中使用钢板辅助，机器支撑在钢板作用下增大受力面积，确保机器安全，不倾倒；
（4）配药桶可设置为多个，保证多重药剂、多桶药剂同时搅拌，保证施工不间断，增加有效工作时间；
（5）注药泵泵送压力要求低，药剂对人的伤害风险降低；
（6）搅拌钻机可解决含大石块杂填土污染问题。
附图说明
图1为本发明中单轴大直径注药搅拌修复系统结构示意图；
图2为本发明中搅拌喷射钻头的结构示意图；
图3为本发明中搅拌喷射钻头的剖视图；
图4为本发明中钻杆的剖视图；
图5为本发明中单轴大直径注药搅拌修复系统进行纵向移动的示意图；
图6为本发明中单轴大直径注药搅拌修复系统进行横向移动的示意图；
图7为本发明中单轴大直径注药搅拌修复系统进行定点套打施工的示意图；
图8为本发明中单轴大直径注药搅拌修复系统进行排式修复施工的示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-8，图中各标记分别为：上底架1、下底架2、液压支腿3、横向步履4、立架5、a字架6、撑杆7、主电机8、操作台9、主动轴10、转盘11、钻杆12、搅拌喷射钻头13、注药总管14、注药泵15、配药桶16、搅拌器17、输药管腔18、碎土钢筋和钢板19、钻头端部20、药剂喷口21、阀门22、输药支管23、搅拌修复点a、搅拌修复点b、搅拌修复点c、搅拌修复点d。
【实施例1】如图1-7所示，本实施例具体涉及一种土壤及地下水原位单轴大直径注药搅拌修复系统及方法，该注药搅拌修复系统的主体为搅拌钻机，搅拌钻机包括液压步履式底架、垂直设置在液压步履式底架上的立架5以及沿立架5竖向设置的钻杆12，钻杆12的下端部为搅拌喷射钻头13，搅拌喷射钻头13在药剂存储泵送系统的药剂泵送下，实现原位注药搅拌修复。
如图1所示，液压步履式底架包括自下而上依次设置的横向步履4、下底架2以及上底架1，且在上底架1的四个边角位置分别设置有液压支腿3，液压支腿3可实现搅拌钻机的整体抬升或下降；其中，横向步履4与下底架2之间设置有横移油缸（图中未示出，略去），可实现两者之间在横向上的可滑动式接触；下底架2与上底架1之间设置有纵移油缸（图中未示出，略去），可实现两者之间纵向上的可滑动式接触；也就是说，通过横移油缸与纵移油缸的设置从而实现液压步履式底架在四个方向上的自由移动。此处的液压支腿3、横移油缸以及纵移油缸均由液压系统驱动控制，液压系统采用开式油路，采用齿轮油泵，液压支腿3的油缸装有双向液压锁。
如图1-4所示，立架5垂直设置在上底架1上，且立架5由a字架6以及撑杆7斜向支撑。沿立架5竖向安装有一可进行下沉或上提的钻杆12，钻杆12由一动力机构传动，包括主电机8、主动轴10以及转盘11，主电机8驱动主动轴10高速转动，并经转盘11带动钻杆12及其前端部的搅拌喷射钻头13的高速旋转，同时通过上下链轮带动钻杆12进行下沉或提升作业。钻杆12的正转转速14.6-107.4r/min，反转转速17.2-126.4r/min，提升速度0.277-2.025m/min，下钻速度0.235-1.720m/min。
如图1-4所示，钻杆12为方型钻杆，在方型钻杆12中内置有输药管腔18，输药管腔18的上端与药剂存储泵送系统相连通、下端与搅拌喷射钻头13相接通，具体的，在搅拌喷射钻头13的管壁上分布有若干药剂喷口21，输药管腔18的下端部与药剂喷口21相连通，输药管腔18内的药剂可经药剂喷口21向外喷射而出；搅拌喷射钻头13的搅拌直径为0.8-1.2m，其主体为管体，管体的前端部为呈锥形的钻头端部20，且管体壁面上设置有碎土钢筋和钢板19，在具体钻进过程中，由碎土钢筋和钢板19以及钻头端部20切碎土体，并由药剂喷口21向外喷射药剂流，从而实现边注药边搅拌。
如图1-4所示，药剂存储泵送系统包括两组配药桶16，在配药桶16中设置有可均匀快速搅拌药剂的搅拌器17，各组配药桶16分别经具有阀门22的输药支管23同时连通至注药泵15处，注药泵15经注药总管14连通至钻杆12内的输药管腔18上端口，从而实现向输药管腔18内的压力泵送药剂。注药泵15的扬程≥20m，注药压力1-2mpa，注药流量为0.4-2m3/h。在实际修复过程中，通过控制各条输药支管23中阀门22的启闭，可自由切换所需泵送输出的药剂溶液。
如图1所示，在上底架1上还设置有操作台9，通过操作台9可实现对液压系统的控制、动力机构的控制以及药剂存储泵送系统的控制。
如图1-7所示，本实施例中土壤及地下水原位单轴大直径注药搅拌修复系统的工作方法包括以下步骤：
（步骤一）成槽及放点：
gps测放修复边界，挖机成直槽，槽深30-50cm，槽内布点间距保证搅拌面积全覆盖修复区域，槽两侧铺设钢板供搅拌钻机行走；
（步骤二）定点套打原位搅拌修复：
利用搅拌钻机进行定点套打施工，所谓的定点套打是指以每个定点处呈矩形分布的四个搅拌修复点a、b、c、d为一组套打对象，参见图7所示，具体步骤如下：通过液压步履式底架驱动搅拌钻机移动至待施工的定点处，并使搅拌钻机上的搅拌喷射钻头13对准搅拌修复点a进行注药搅拌修复；
待完成搅拌修复点a的注药搅拌修复之后，搅拌钻机利用液压步履式底架进行纵向上的移动，从而使搅拌钻机上的搅拌喷射钻头13对准搅拌修复点b进行注药搅拌修复；
待完成搅拌修复点b的注药搅拌修复之后，搅拌钻机利用液压步履式底架进行横向上的移动，从而使搅拌钻机上的搅拌喷射钻头13对准搅拌修复点c进行注药搅拌修复；
待完成搅拌修复点c的注药搅拌修复之后，搅拌钻机利用液压步履式底架进行纵向上的移动，从而使搅拌钻机上的搅拌喷射钻头13对准搅拌修复点d进行注药搅拌修复；
完成第一组套打对象之后，搅拌钻机移动至下一组套打对象处，以顺时针施工的顺序依次注药搅拌修复该组内的各个注药搅拌点；如此往复，依次完成各组套打对象的注药搅拌修复。
需要说明的是，本实施例中所采用的定点套打施工方式，充分利用了搅拌钻机横向移动/纵向移动距离大的优势，可有效提高各个搅拌修复点的施工速度和效率。
（步骤三）搅拌均匀度与药剂反应监测：
单个搅拌修复点完成修复后，即使用洛阳铲在桩心和桩周采取土样，测含水率和ph判断搅拌均匀度；在养护周期达到以后，使用洛阳铲和静探取水设备采取土样和地下水样品，检测污染物浓度；数据分析并及时反馈调整施工工艺，优化施工参数。
需要说明的是，如图5所示，本实施例中液压步履式底架驱动搅拌钻机进行纵移的方法为：
（1）收缩上提上底架1上的各条液压支腿3使之提离地面，从而使横向步履4支撑整个搅拌钻机的重量；
（2）之后，控制上底架1与下底架2之间的纵移油缸驱动上底架1进行纵移；
（3）待完成纵移后，下降各条液压支腿3使之支承于地面并抬高搅拌钻机直至横向步履4脱离地面，控制上底架1与下底架2之间的纵移油缸收缩从而使下底架2复位至与上底架1相对应的位置；
（4）收缩各条液压支腿3使横向步履4以及液压支腿3均与地面相接触。
此外，如图6所示，本实施例液压步履式底架驱动搅拌钻机进行横移的方法为：
（1）收缩上提上底架1上的各条液压支腿3使之提离地面，从而使横向步履4支撑整个搅拌钻机的重量；
（2）之后，控制横向步履4与下底架2之间的横移油缸驱动下底架2进行横移；
（3）待完成横移后，下降各条液压支腿3使之支承于地面并抬高搅拌钻机直至横向步履4脱离地面，控制横向步履4与下底架2之间的横移油缸收缩从而使横向步履4复位至与下底架2相对应的位置；
（4）收缩各条液压支腿3使横向步履4以及液压支腿3均与地面相接触。
【实施例2】如图8所示，本实施例具体涉及一种土壤及地下水原位单轴大直径注药搅拌修复系统的工作方法，该工作方法与实施例1中工作方法的不同之处在于，利用搅拌钻机进行排式修复施工，该排式修复施工是指：利用搅拌钻机对各排上的搅拌修复点进行逐一注药搅拌修复。