多流道高压喷射注浆系统的制作方法

本实用新型涉及地基加固止水施工技术领域，具体地说涉及一种多流道高压喷射注浆系统。

背景技术：

高压喷射注浆，是以高压泥浆、水、气等通过注浆钻具由喷射组件喷出，切削土体并充分搅拌后，形成水泥与土混合的素混凝土桩，实现地基加固、土壤改良。

当前，高压喷射注浆的基本工艺类型：单流道法、双流道法。非开挖加固喷射出的高压水泥浆需要先切削土体后成桩，传统的单流道法中，高压水泥浆的输出力大部分用于克服土体做功，少部分用于成桩，造成的问题是成桩桩径较小，受土体制约大，适合软土底层。而双流道法在单流道的基础上增加了一路切割水，在喷浆过程中，切割水先作用于土体进行切割并对土体进行稀释，使用高压泥浆对土体进行二次切割后成桩，这种工艺方法适用范围更宽，沙土、黏土、黄土等底层均有较好的成桩效果，并且经过水稀释后的土与水泥浆更容易混合，成桩的质量比较好。

然而，在针对岩砾土、碎石土等强度较高的地质时，传统的注浆装备和方法无法实现有效成桩，因此迫切需要提供一种新的技术，旨在实现在超深、复杂地质条件下非开挖施工。

技术实现要素：

为克服上述缺陷，本实用新型提供一种能够在超深、复杂地质条件下非开挖施工的多流道高压喷射注浆系统将是有利的。

为实现上述目的，本实用新型提供一种多流道高压喷射注浆系统，其特征在于包括：

拌浆系统，其构造成用于将水泥与水充分混合搅拌以制水泥浆；

高压水泥浆泵组件，其包括用于将制好的水泥浆以高压输出的高压注浆泵、安装在高压注浆泵的低压吸浆口处的水泥流量计、以及安装在高压注浆泵的高压出浆口处的浆压传感器；

高压水泵组件，其包括将水高压输出的高压水泵、安装在高压水泵的低压吸水口处的水流量计、以及安装在高压水泵的高压出水口处的水压传感器；

空气压缩机组件，其依次包括用于产生大流量压缩空气的空压机、与空压机连接的储气罐、以及与储气罐连接的空气流量计；

多流道喷浆组件，其包括与高压注浆泵、高压水泵和空压机分别连接的多流道水龙头、与多流道水龙头连接的多流道钻杆、以及与多流道钻杆连接的多流道喷浆钻头，其中，多流道喷浆钻头包含多个独立喷射组件，每个独立喷射组件都包含喷嘴、包裹在喷嘴外侧用于形成环形保护气的气帽、独立水路/浆路、独立气路以及设置于气帽和喷嘴之间的密封件；

高压旋喷设备，其构造成抱紧多流道钻杆以进行提喷成桩作业；

监控系统，其与水泥流量计、浆压传感器、水流量计、水压传感器、空气流量计以及高压旋喷设备信号连接以进行成桩过程实时监控。

在本实用新型中，一方面由于设置了多流道喷浆组件并在其内设置了多个独立喷射组件，使得1）提高了单位时间内水和/或泥浆的输出量，成桩桩径更大，有效提高注浆效率；2）适应地质条件更广，对于成孔内某点，多路水和/或泥浆进行喷射，更有效的剥离孔内土体；3）多个独立水路/浆路互为备份，工作时互不影响，避免注浆通道堵塞或损坏，影响成桩质量；另一方面由于监控系统与各个流量计、传感器等的信号连接设置，使得能够实时地监控泥浆、水、空气流量和压力参数、旋喷设备动作状态，实现施工过程可控；另外，独立水路/浆路的设置，使得同一独立水路/浆路可以根据施工工艺需要来选择喷水或喷浆。

进一步，多流道喷浆钻头从上到下包括可拆卸地连接在一起的切削段、过渡段、喷浆段以及合金钻段，其中，切削段上集成1～3个独立喷射组件；过渡段上集成有与监控系统信号连接并用于感应成桩处实时地内压力的压力传感器；喷浆段上集成有1～5个独立喷射组件；合金钻段集成有1个独立喷射组件；并且，每个独立喷射组件依次经由多流道钻杆和多流道水龙头与高压注浆泵、高压水泵和空压机分别连接。

通过压力传感器的设置，使得监控系统能够实时监控到多流道喷浆钻头处的地内压力，从而便于根据该压力情况可判断地内是否存在漏浆、或憋死状况；由于切削段、喷浆段和合金钻段上都设置有独立喷射组件，每个独立喷射组件均使用各自独立的管路，使得互相无压力影响，便于根据不同施工使用要求，选择其中任意若干个喷射组件进行作业。

再进一步，切削段上集成有3个独立喷射组件,该3个独立喷射组件沿周向均布；喷浆段上集成有5个独立喷射组件，该5个独立喷射组件分层间错布置。

对称分布的独立喷射组件能够有效减小钻头在喷浆过程中因喷射高压介质产生的反作用力；按层分布的独立喷射组件，则能够在钻具提喷过程中，针对某平面，纵向提钻时，多组喷嘴进行喷射，保证成桩直径。

切削段和合金钻段上的独立喷射组件构成为独立喷水组件，在该独立喷射组件中，其独立水路/浆路构成为喷水路，其独立气路构成为喷水气路；喷浆段上的独立喷射组件构成为独立喷浆组件，在该独立喷射组件中，其独立水路/浆路构成为喷浆路，其独立气路构成为喷浆气路。

通过上述结构设置，当钻头下钻不畅情况下，通过合金钻段上喷水对改良体进行切削，以便下钻；切削段上喷水可进一步扩孔有利于喷浆段上喷浆成桩。

通过参考下面所描述的实施例，本实用新型的上述这些方面和其他方面将会得到更清晰地阐述。

附图说明

本实用新型的结构和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：

图1是根据本实用新型的一个实施方式的多流道高压喷射注浆系统的结构示意图；

图2是图1所示多流道高压喷射注浆系统的多流道喷浆钻头的第一实施例的结构示意图，在该第一实施例中，多流道喷浆钻头上设置有9个独立喷射组件；

图3是图2所示多流道喷浆钻头的一个变例即第二实施例的左端视图,该图中清楚示出了该第二实施例的多流道喷浆钻头上的各个管路；

图3a是图3中沿a-a线的剖视图，图中清楚示出了该第二实施例的多流道喷浆钻头上设置有5个独立喷射组件；

图3b是图3中沿b-b线的剖视图；

图3c是图3中沿c-c线的剖视图；

图4是图3a所示多流道喷浆钻头的切削段上一个独立喷射组件处的局部放大视图，主要示出独立喷射组件的结构；

图5是图1所示多流道高压喷射注浆系统的监控系统的结构示意图；

图6a至图6e是利用图1所示多流道高压喷射注浆系统进行成桩的步骤图。

具体实施方式

下面将结合附图来描述本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，并参考图2至图5，根据本实用新型的一个具体实施方式多流道高压喷射注浆系统，包括拌浆系统1、高压水泥浆泵组件、高压水泵组件、空气压缩机组件、多流道喷浆组件、高压旋喷设备6以及监控系统。其中，拌浆系统1构造成用于将水泥与水充分混合搅拌以制水泥浆；高压水泥浆泵组件包括用于将制好的水泥浆以高压输出的高压注浆泵20、安装在高压注浆泵20的低压吸浆口处的水泥浆流量计22、以及安装在高压注浆泵20的高压出浆口处的浆压传感器24；高压水泵组件包括将水高压输出的高压水泵30、安装在高压水泵30的低压吸水口处的水流量计32、以及安装在高压水泵30的高压出水口处的水压传感器34；空气压缩机组件依次包括用于产生大流量压缩空气的空压机40、与空压机40连接的储气罐42、以及与储气罐42连接的空气流量计44；多流道喷浆组件包括与高压注浆泵20、高压水泵30和空压机40分别连接的多流道水龙头50、与多流道水龙头50连接的多流道钻杆52、以及与多流道钻杆52连接的多流道喷浆钻头54；高压旋喷设备6构造成抱紧多流道钻杆52以进行提喷成桩作业；监控系统与水泥流量计22、浆压传感器24、水流量计32、水压传感器34、空气流量计44以及高压旋喷设备6信号连接以进行成桩过程实时监控。

需要说明的是，本文中提到的高压旋喷设备6在本申请人的专利cn201720509648中公开过，其并非本实用新型创新重点，在此不作详细介绍。

如图2所示，第一实施例的多流道喷浆钻头54上设置有9个独立喷射组件8，其中切削段51上设有3个，喷浆段55上设有5个，合金钻段57上设有1个。如图3a所示，在第二实施例的多流道喷浆钻头54上设置有5个独立喷射组件8，其中切削段51上设有2个，喷浆段55上设有2个，合金钻段57上设有1个。这些独立喷射组件8沿周向均布或成角度布置或分层间错布置，例如如图2所示，在切削段51上，3个独立喷射组件8沿切削段51的周向均布；在喷浆段55上，5个独立喷射组件8在喷浆段55上分层间错布置，即分两层布置，并且，在靠近合金钻段57的下层（即图2靠右侧的那层）中2个独立喷射组件8成角度布置，在远离合金钻段57的上层（即图2靠左侧的那层）中3个独立喷射组件8周向均布。

如图3、图3a至图3c以及图4所示，多流道喷浆钻头54从上到下（即图中从左到右）包括可拆卸地连接在一起的切削段51、过渡段53、喷浆段55以及合金钻段57。如图2所示，在本实施方式中，切削段51上集成3个独立喷射组件8；过渡段53上集成有与监控系统信号连接并用于感应成桩处实时地内压力的压力传感器9；喷浆段55上集成有5个独立喷射组件8；合金钻段57集成有1个独立喷射组件8。如图4所示，每个独立喷射组件8都包含喷嘴80、包裹在喷嘴80外侧用于形成环形保护气的气帽82、独立水路/浆路、独立气路以及设置于气帽和喷嘴之间的密封件88。每个独立喷射组件8都依次经由多流道钻杆52和多流道水龙头50与高压注浆泵20、高压水泵30和空压机40分别连接，如图1所示。

需要说明的是，切削段51、过渡段53、喷浆段55以及合金钻段57的分段可拆式设计，能够大大方便维修。尽管在图2所示的第一实施例中，切削段51上设置3个独立喷射组件8，喷浆段55上设置5个独立喷射组件8，在图3a所示的第二实施例中，切削段51上设置2个独立喷射组件8，喷浆段55上设置2个独立喷射组件8，但在其他的实施例中这些数量都可以根据需要作出适当调整。另外，需要说明的是，每个独立喷射组件8均为独立输送管路结构，工作时互不影响。

如图3、图3a至图3c所示，多流道喷浆钻头54上开设有多个独立水路/浆路以及多个独立气路,这些独立水路/浆路包括喷水路81和喷浆路85，这些独立气路包括喷水气路83和喷浆气路87。多流道喷浆钻头54上还开设有数据线路89，该数据线路89与过渡段53上的压力传感器9电连接。如图3a所示，在本实施方式中，位于切削段51上的独立喷射组件8构成为独立喷水组件，即用于喷水的独立喷射组件，在这些独立喷水组件8中，其独立水路/浆路即为喷水路81，其独立气路即为喷水气路83。如图3b和图3c所示，并参考图3a，在本实施方式中，位于喷浆段55上的独立喷射组件8构成为独立喷浆组件，即用于喷浆的独立喷射组件，在这些独立喷水组件8中，其独立水路/浆路即为喷浆路85，其独立气路即为喷浆气路87。需要说明的是，合金钻段57上的独立喷射组件8通常也构成为独立喷水组件，以便在钻具下钻不畅情况下，通过合金钻段57上喷水来对改良体（通常是地）进行切削，以便下钻。尽管如此，应当理解的是，在另外的实施方式中，根据实际的需要，切削段51和合金钻段57上的喷水路81可以用来喷浆，同时喷水气路83可以为喷浆气路；喷浆段55上的喷浆路85也可以用来喷水，同时喷浆气路87可以为喷水气路。另外，应当理解的是，为了图示的清楚简要，对于合金钻段57上的独立喷射组件8的各独立管路在此没有展开说明和图示。

如图5所示，在本实施方式中，监控系统包含本地后台总监控系统71、无线监控系统73、远程服务器75等。本地后台总监控系统71放置在施工现场总控房内，反映实时的泥浆、水、空气流量和压力参数、高压旋喷设备6的动作状态，同时显示多流道喷浆钻头54上的地内压力，综合前端钻具、后台施工设备参数，实现施工过程可控；无线监控系统73可以设置例如为允许10km范围内任意位置显示，便于施工监理等人员进行监控、集中管理；并通过internet的模式，上传到远程服务器75，允许指挥部相关人员实时获取设备信息及工作状态、工程进度、故障针对与分析、预警。

下面参考图1和图6a至图6e并结合图2和图5介绍一下本实施方式的施工流程：

泥浆（例如来自储浆桶11）被送入拌浆系统1中，与水进行充分搅拌混合后制成水泥浆，通过高压注浆泵20输出高压水泥浆至多流道喷浆组件中，最终进入其多流道喷浆钻头54。其中，位于高压注浆泵20的低压吸浆口处的水泥流量计22用来收集使用总浆量及瞬时输出浆流量；

水（例如来自储水池31中）通过高压水泵30输出至多流道喷浆组件中，最终进入其多流道喷浆钻头54。其中，位于高压水泵30的低压吸水口处的水流量计32用来收集使用水方量及流量；

空压机40输出的压缩空气储存至储气罐42中，然后可以在通过气体干燥设备43后输入多流道喷浆组件中，最终进入其多流道喷浆钻头54。其中，与储气罐42连接的空气流量计44用于监控瞬时空气流量；

高压的浆、水、气送入多流道水龙头50内各对应流道中，并通过与多流道水龙头50连接的多流道钻杆52及与多流道钻杆52连接的多流道喷浆钻头54，输出至各相应的独立喷射组件8，然后射入孔内（该孔的形成将在下文中介绍）；

由于本实施方式中多流道喷浆钻头54的9个独立喷射组件8均通过独立的管路控制，互相无压力影响，便于根据不同施工使用要求，选择其中任意若干个独立喷射组件8工作；

使用高压旋喷设备6抱紧多流道喷浆组件5的多流道钻杆52，并控制其旋转、提升等动作，从而形成水泥桩，高压旋喷设备6通过其特殊的角度调整机构，可实现垂直、水平、倾斜施工等成桩要求；

在成桩过程中，通过本地后台总监控系统71实时监控水泥流量计22、水流量计32以及空气流量计44的数据，压力传感器9（可以经由地内压力显示器77）将数据通过无线传输至无线监控系统73内，集中管理、故障报警，并通过internet输出至远程服务器75，便于指挥部掌握设备位置信息、工作状态、工程进度等资料。有利于对故障产生时的问题进行判断与分析、预警。

图6a至图6e显示利用本实施方式的多流道高压喷射注浆系统进行成桩的五个步骤：

步骤s1：引孔，如图6a所示，使用专用的引孔钻机100及引孔钻具200在指定位置引孔，孔深根据施工设计规范，孔径约为200mm；

步骤s2：下钻，如图6b所示，将高压旋喷设备6吊装至引好的孔处，通过高压旋喷设备6本身的支腿及角度调整机构（图未示），将钻机的动力头（图未示）对准引好的孔；将多流道水龙头50、多流道钻杆52、多流道喷浆钻头54连接，并通过高压旋喷设备6的东西头将多流道喷浆钻头54下放至引好的孔的底部；

步骤s3：喷浆施工，如图6c所示，通过多流道喷浆钻头54上切削段51和喷浆段55上的独立喷射组件8，将高压介质喷射入地内从而切削土体，通过多流道喷浆钻头54旋转切削土体以形成柱状切割体；

步骤s4：提喷，如图6d所示，在提升的过程中，多流道喷浆钻头54持续旋转注浆，从而形成柱状的水泥桩；

步骤s5：完成成桩，如图6e所示，当多流道喷浆钻头54全部提出地面后，形成了水泥桩300。

本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本实用新型的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本实用新型所涉及的技术领域内，并落入本实用新型权利要求的保护范围。需要注意的是，按照惯例，权利要求中使用单个元件意在包括一个或多个这样的元件。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本实用新型的范围。