一种防黏轮砂浆喷注系统及方法与流程

本发明属于地下连续墙施工技术领域，具体涉及一种防黏轮砂浆喷注系统及方法。

背景技术：

地下连续墙是在地下隐蔽工程和基础施工工程中广泛应用和迅速发展的一项新技术。我国地下连续墙施工于1958年青岛丹子口水库中首次应用，当时地下连续墙主要起到防渗墙作用。之后，随着技术的发展和施工工程对地下连续墙要求不断提高，地下连续墙已逐步发展为承受垂直载荷或复合载荷来作为工程主体受力结构的一部分。双轮铣设备是目前地下连续墙施工的主要设备之一，利用更换不同类型刀具即可在不同硬度地质中开挖；在复杂地层条件下，施工精度和效率高，对环境影响和污染小等特点。

双轮铣槽机作业施工地层复杂多样，然而双轮铣铣槽在胶结黏性泥质地层作业施工中，由于铣刀破碎和搅拌作用，使大量细小黏性泥质颗粒溶于泥浆中，使得槽底泥浆质量浓度高于上部护壁泥浆浓度，并且上部低浓度泥浆难以与槽底泥浆混合稀释，导致槽底浆体浓度不断增大，槽底浆体流态由固液两相流流态转变成非牛顿流体流态。非牛顿流体流动性能很差，铣刀作业阻力增大，吸渣口无法及时吸走大块泥质颗粒，造成大量大块黏性泥质颗粒黏附齿板形成黏轮，影响铣槽施工作业效率、增加设备损耗等问题。

现有技术中为解决黏轮的问题，采用的方式包括冲洗方法、振动消除、安装刮泥板等。

申请号为201610819796.2的中国发明专利申请中，公开了一种铣槽机铣轮冲洗装置，包括喷嘴、注浆管、泥浆管和连接头。喷嘴装置设置在铣轮正上方，并顺同铣轮转动方向，通过注浆管对槽底铣槽机铣轮冲洗。利用向槽底喷注清水或者浆液，直接冲洗铣轮或者顺铣轮转动方向冲洗，带动铣轮周边泥块、细砂从铣轮下部吸走，改善槽底比重大，降低铣轮工作温度，防止铣轮泥块由于高温黏附结块包紧无法作业。该专利申请中的技术方案是利用喷嘴向槽底的铣轮喷射新配的浆液或清水，对铣轮进行冲洗，并且稀释槽底泥浆；喷嘴设置在铣轮上方并且与水平夹角为30o～90o，其缺点在于槽底泥浆黏稠容易转变为膏体，利用清水或冲洗液难以均匀稀释周围泥浆，容易造成槽底局部泥浆浓度很低，无法起到泥浆护壁效果，影响施工质量。同时喷口设置在铣轮上方喷射清水离铣轮吸渣口相对较近，部分喷射的清水易被吸渣口直接排掉，影响喷注稀释槽底泥浆的效果。

申请号为201611178827.7的中国发明专利申请中，公开了钻机及避免钻机黏钻的方法，提供一种避免钻机黏钻的方法，装置包括：钻机主体，钻机主体包括操作部及钻杆，钻杆和操作部连接；振动发生器，振动发生器设置在钻杆主体上。利用钻杆上的振动发生器产生振动，将钻头黏附的泥块的振动脱落，避免钻机黏钻作业。此专利提出了利用振动发生器对钻杆进行振动，降低泥块黏附数量。若此专利方法应用于双轮铣铣槽施工中，槽底部泥浆过于黏稠消弱振动效果，同时铣轮刀架相比钻头更为沉重，振动发生器振动效果差，振动法脱落泥块效果不理想。

申请号为201320882742.2的中国实用新型专利中，公开了一种铣轮刮泥装置及其双轮铣槽机，包括至少一个刮泥板、多个耳板和销轴，多个耳板分别固定在吸渣口侧壁上，在相邻耳板之间设置刮泥板，耳板和刮泥板依次间隔设置，刮泥板和耳板上分别设置孔，销轴插入刮泥板和耳板的孔来安装刮泥板，一部分刮泥板能够拆卸地固定在吸砂口侧壁上，另一部分刮泥板能够拆卸地固定的方式能够拆卸地固定。

申请号为201710072296.1的中国发明专利申请中，公开了一种静铣轮除泥装置及铣槽机，通过设置弹性的刮泥部件，当铣轮上黏合泥土超出刮泥端所在高度时，泥土会迫使刮泥板向上弯曲，但是刮泥部件自身的回弹力又使刮泥端紧贴泥土表面，能够在铣轮转动的过程中及时有效地刮出铣轮上的泥土，实现自动除泥。

申请号为201320882742.2和201710072296.1的这两件专利中，由于刮泥板除泥时，铣轮槽底泥浆已转变为黏稠膏体状态，黏性颗粒大量依附铣轮齿板形成泥块，仅使用刮泥板时泥块无法有效去除，刮泥板增加泥浆黏附面积，悬浮泥块之间相互黏结成大块，在吸渣口除堆积，造成吸渣效率降低，泥浆无法及时吸出，使得泥浆更加黏稠，泥浆流动特性转变。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种防黏轮砂浆喷注系统及方法，利用向工作区域(比如深部槽底)喷注砂浆的方式，增加槽底浆体非粘性颗粒比重，改变工作区域浆体颗粒级配，降低槽底浆体浓度，增大浆体流动性能，降低黏性物质黏附性，改变作业介质自身特性，从根本上解决双轮铣槽机黏轮问题。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种防黏轮砂浆喷注系统，包括浓度传感器和砂浆喷注单元；当所述浓度传感器检测到工作区域内的浆体浓度大于设定阈值时，启动所述砂浆喷注单元，由所述砂浆喷注单元向工作区域内喷注砂浆，增加非粘性颗粒比重，改变工作区域浆体颗粒级配，降低工作区域内的浆体浓度。

可选地，所述砂浆喷注单元包括相连的混合器和第一控制阀，所述混合器用于形成砂浆；所述第一控制阀的输出端通过管道连接至工作区域。

可选地，所述砂浆喷注单元还包括中转池和第一泵，所述中转池的入口与所述第一控制阀的出口相连，所述第一泵的入口与所述中转池的出口相连，其出口通过管道连接至工作区域。

可选地，所述砂浆喷注单元还包括分流器，所述分流器的入口通过管道与所述第一泵的出口相连，所述分流器的各出口处分别连接有喷砂口。

可选地，所述防黏轮砂浆喷注系统还包括护板，所述喷砂口设于所述护板上，且各喷砂口处均设有喷嘴，所述喷嘴与对应铣轮轴心的连线与所述护板的夹角α为30°～60°。

可选地，所述砂浆喷注单元还包括搅拌器，所述搅拌器设于所述中转池内。

可选地，所述砂浆喷注单元还包括砂粒模块和泥浆模块，所述砂粒模块和泥浆模块的出口均与所述混合器的入口相连，分别用于向混合器提供砂粒和泥浆。

可选地，所述泥浆模块包括吸渣口、第三泵、分离器、泥浆池、第二泵和流量计；所述吸渣口设于所述工作区域内，通过管道与所述分离器相连，通过吸渣口将工作区内浆体吸排入分离器分离；所述第三泵与所述泥浆池相连，启动所述第三泵，，将泥浆池中护壁泥浆泵送至工作区域内；；所述浆体被送入分离器后，由所述分离器基于所述浆体生成砂粒和泥浆；所述泥浆被送入泥浆池中存储；所述第二泵的一端连接流量计后与所述泥浆池相连，另一端与所述混合器相连。

可选地，所述砂粒模块包括吸渣口、第三泵、分离器、筛分机、砂仓、第二控制阀和计量器；所述吸渣口设于所述工作区域内，通过管道与所述分离器相连；所述第三泵与所述泥浆池相连，启动所述第三泵，将护壁泥浆泵送至工作区域内，；所述浆体被送入分离器后，由所述分离器基于所述浆体生成砂粒和泥浆；所述砂粒被送入筛分机中；所述砂仓中的砂粒经第二控制阀后被送入所述筛分机，经筛分机筛分后的砂粒被送入计量器中，最后经计量器送入混合器中。

第二方面，本发明提供了一种防黏轮砂浆喷注方法，包括：

当浓度传感器检测到工作区域内的浆体浓度大于设定阈值时，启动砂浆喷注单元，由所述砂浆喷注单元向工作区域内喷注砂浆，增加非粘性颗粒比重，改变工作区域浆体颗粒级配，降低工作区域内的浆体浓度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提出的一种防黏轮砂浆喷注系统及方法，利用向工作区域(比如深部槽底)喷注砂浆的方式，增加槽底浆体非粘性颗粒比重，改变工作区域浆体颗粒级配，降低槽底浆体浓度，增大浆体流动性能，降低黏性物质黏附性，改变作业介质自身特性，从根本上解决双轮铣槽机黏轮问题。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明一种实施例的防黏轮砂浆喷注系统的结构示意图；

图2为本发明一种实施例的砂浆喷口的安装位置示意图；

图3为本发明一种实施例的防黏轮砂浆喷注系统的工作原理示意图；

其中：

1-喷砂口、2-浓度传感器、3-吸渣器、4-分流器、5-砂浆喷注管、6-第三泵、7-泥浆池、8-第二泵、9-分离器、10-吸渣管道、11-1号泥浆管、12-计量皮带、13-筛分机、14-电子皮带秤、15-第二控制阀、16-砂仓、17-2号泥浆管、18-流量计、19-混合器、20-搅拌器、21-中转池、22-第一泵、23-第一控制阀、24-混合器砂浆管、25-护板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1

如图1所示，本发明实施例中提供了一种防黏轮砂浆喷注系统，包括：浓度传感器2和砂浆喷注单元；

当所述浓度传感器2检测到工作区域内的浆体浓度大于设定阈值时，启动所述砂浆喷注单元，由所述砂浆喷注单元向工作区域内喷注砂浆，降低工作区域内的浆体浓度。

所述浓度传感器2一般设于铣轮附近；所述工作区域指的是槽底深部区域；所述砂浆的砂粒比重及浆体浓度的设定阈值(即黏轮临界浓度)等参数均由塌落度试验确定，并保证混合砂浆后的浆体塌落高度大于200mm，砂浆中砂粒的粒径选择为0.5mm～3mm。

本发明实施例中的防黏轮砂浆喷注系统可以应用至双轮铣槽机吸排渣作业中，利用向深部槽底喷注砂浆的方式，增加槽底浆体非粘性颗粒比重，降低槽底浆体浓度，增大浆体流动性能，降低黏性物质黏附性，改变作业介质自身特性，从根本上解决双轮铣槽机黏轮问题。

在本发明实施例的第一种具体实施方式中，所述砂浆喷注单元包括相连的混合器19和第一控制阀23，所述混合器19用于形成砂浆；所述第一控制阀23的输出端通过管道连接至工作区域。

进一步地，基于所述第一种具体实施方式，在本发明实施例的第二种具体实施方式中，所述砂浆喷注单元还包括中转池21和第一泵22，所述中转池21的入口通过混合器砂浆管24与所述第一控制阀23的出口相连，所述第一泵22的入口与所述中转池21的出口相连，其出口通过砂浆喷注管5连接至工作区域。为了提高砂浆的均匀度，所述砂浆喷注单元还包括搅拌器20，所述搅拌器20设于所述中转池21内；

进一步地，基于所述第一种或者第二种具体实施方式，所述砂浆喷注单元还包括分流器4，所述分流器4的入口通过管道与所述第一泵22的出口相连，适用于存在多个铣轮的情况，分流器4的每个出口分别连接一个喷砂口1。所述分流器4的各出口处分别连接有喷砂口1，可以是一个喷沙口对应一个铣轮，也可以是多个喷砂口对应一个铣轮；所述防黏轮砂浆喷注系统还包括护板25，所述喷砂口设于所述护板25上，且各喷砂口处均设有喷嘴，所述喷嘴与对应铣轮轴心的连线与所述护板25的夹角α为30°～60°，所述夹角α不易过大或过小，α过大影响砂浆与槽底泥浆混合效果；α过小喷嘴离铣轮距离增加，影响铣轮冲洗效果，具体参见图2。

实施例2

基于实施例1，本发明实施例中以护壁泥浆作为砂粒的输送介质，在保证铣槽的护壁效果前提下，将砂浆喷注到槽底深部区域，降低槽底浆体粘附性，实现自动控制砂粒与护壁泥浆配比、铣轮喷注砂浆、砂浆吸排循环。

具体地，本发明实施例与实施例1的区别在于：

所述砂浆喷注单元还包括砂粒模块和泥浆模块，所述砂粒模块和泥浆模块的出口均与所述混合器19的入口相连，分别用于向混合器19提供砂粒和泥浆。

所述泥浆模块包括吸渣口3、第三泵6、分离器9、泥浆池7、第二泵8和流量计18；所述吸渣口3设于所述工作区域内，通过管道与所述分离器9相连；所述第三泵6与所述泥浆池7相连，启动所述第三泵6，将泥浆池7中护壁泥浆泵送至工作区域(即铣槽)内，保证铣槽充满护壁泥浆；；所述浆体被送入分离器9后，由所述分离器9基于所述浆体生成砂粒和泥浆；所述泥浆经1号泥浆管11被送入泥浆池7中存储；所述第二泵8的一端连接流量计18后经2号泥浆管17与所述泥浆池7相连，另一端与所述混合器19相连。

所述砂粒模块包括吸渣口3、第三泵6、分离器9、筛分机13、砂仓16、第二控制阀23和计量器；所述吸渣口3设于所述工作区域内，通过管道与所述分离器9相连；所述第三泵6与所述泥浆池7相连，启动所述第三泵6，将泥浆池7中护壁泥浆泵送至工作区域(即铣槽)内，保证护壁泥浆充满铣槽；；所述浆体被送入分离器9后，由所述分离器9基于所述浆体生成砂粒和泥浆；所述砂粒被送入筛分机13中；所述砂仓16中的砂粒经第二控制阀23后被送入所述筛分机13，经筛分机13筛分后的砂粒被送入计量器中，最后经计量器送入混合器19中；在具体实施过程中，所述计量器可以选用设有电子皮带秤14的计量皮带12；

双轮铣槽机在进行铣槽作业时，利用浓度传感器2实时检测槽底深部区域的浆体浓度，当检测到槽底浆体浓度增大到黏轮临界浓度时，启动所述砂浆喷注单元，由第二泵8将位于泥浆池7中的护壁泥浆抽送至混合器中，由计量器将将砂粒送入混合器，然后由混合器将护壁泥浆与砂粒混合制备成一定浓度的砂浆，经第一泵22送入分流器4，最终喷注到槽底铣轮作业区域，同时修改铣轮铣槽机原施工作业参数，将双轮铣轮铣削下降速度适当调低，提高双轮铣铣槽机铣轮转速，增大双轮铣铣槽机吸排渣功率，使砂浆与槽底浆体混合均匀，将槽底混合后泥砂吸排出去，吸排的泥砂经分离器9处理后循环使用。

下面结合图3对本发明实施例中的防黏轮砂浆喷注系统的工作过程进行详细说明：

1、利用设于铣轮附近的浓度传感器2实时检测双轮铣槽机在铣槽作业中槽底泥浆浓度，当泥浆浓度达到临界浓度时，则启动筛分机，同时打开第二控制阀23，砂仓中的砂粒通过砂仓管道流入筛分机，同时将分离器9分离的砂粒一同送入筛分机进行筛分；

2、开启计量皮带12和第二泵8，利用安装在计量皮带12上的电子皮带秤计算输送砂粒的质量，并通过调节计量皮带的转速将筛分后的砂粒输送至混合器。所述第二泵8通过2号泥浆管道将泥浆池7中的护壁泥浆抽送到混合器，利用设于2号泥浆管道上的流量计计算泵送至混合器的泥浆质量，并通过控制第二泵8的启停调节泵送泥浆的质量；

3、打开混合器，将护壁泥浆和砂粒搅拌均匀后形成砂浆，打开第一控制阀23，使得砂浆流入中转池21，第一控制阀23与砂浆中转池21之间通过混合器砂浆管道24相连通，通过控制第一控制阀23的开关来控制砂浆是否流向中转池21。

4、开启中转池21中的搅拌器和第一泵22，所述第一泵22将搅拌均匀的砂浆通过砂浆喷注管5进行喷注，砂浆喷注管5与分流器4连通，所述分流器4将砂浆喷注管5中砂浆分成流，通过砂浆喷口1对铣轮侧向喷注，每个铣轮至少需要一个砂浆喷口1喷注。

5、喷注的砂浆利用铣轮铣削作用与槽底泥浆混合，混合后的泥砂通过吸渣器3排出至分离器9进行脱泥砂处理，分离后的泥浆经1号泥浆管流入泥浆池7中，分离后的砂粒经筛分机筛分后循环使用。

实施例3

本发明实施例中提供了一种防黏轮砂浆喷注方法，包括：

当浓度传感器2检测到工作区域内的浆体浓度大于设定阈值时，启动砂浆喷注单元，由所述砂浆喷注单元向工作区域内喷注砂浆，降低工作区域内的浆体浓度。

当将本发明实施例的方法应用至实施例或实施例2中的防黏轮砂浆喷注系统时，具体包括以下步骤：

1、利用设于铣轮附近的浓度传感器2实时检测双轮铣槽机在铣槽作业中槽底泥浆浓度，当泥浆浓度达到临界浓度时，则启动筛分机，同时打开第二控制阀23，砂仓中的砂粒通过砂仓管道流入筛分机，同时将分离器9分离的砂粒一同送入筛分机进行筛分；

2、开启计量皮带和第二泵8，利用安装在计量皮带上的电子皮带秤计算输送砂粒的质量，并通过调节计量皮带的转速将筛分后的砂粒输送至混合器。所述第二泵8通过2号泥浆管道将泥浆池7中的护壁泥浆抽送到混合器，利用设于2号泥浆管道上的流量计计算泵送至混合器的泥浆质量，并通过控制第二泵8的启停调节泵送泥浆的质量；

3、打开混合器，将护壁泥浆和砂粒搅拌均匀后形成砂浆，打开第一控制阀23，使得砂浆流入中转池21，第一控制阀23与砂浆中转池21之间通过混合器砂浆管道24相连通，通过控制第一控制阀23的开关来控制砂浆是否流向中转池21。

4、开启中转池21中的搅拌器和第一泵22，所述第一泵22将搅拌均匀的砂浆通过砂浆喷注管5进行喷注，砂浆喷注管5与分流器4连通，所述分流器4将砂浆喷注管5中砂浆分成流，通过砂浆喷口1对铣轮侧向喷注，每个铣轮至少需要一个砂浆喷口1喷注。

5、喷注的砂浆利用铣轮铣削作用与槽底泥浆混合，混合后的泥砂通过吸渣器3排出至分离器9进行脱泥砂处理，分离后的泥浆经1号泥浆管流入泥浆池7中，分离后的砂粒经筛分机筛分后循环使用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。