一种分层双通道地下灌浆结构及方法

1.本发明属于灌浆加固软土地基及防渗堵漏技术领域，涉及一种分层双通道地下灌浆结构及方法。


背景技术：

2.灌浆法是一种常用的地基加固，防渗堵漏处理方法。通过向目标区域中注入胶结液，可以成功修补岩石、水泥衬管的裂缝，减少堤坝侵蚀，防止管道渗漏，隔绝污染水源，降低土体渗透性以减少渗透变形等。传统的灌浆液，如水泥浆液，浆液粘度大，在应用于细粒土加固或者修补微小裂缝时，灌注比较困难，甚至会由于较高的灌浆压力造成原有结构劈裂破坏。化学浆液虽然具有较好的可灌性，但是现有的浆液材料往往存在一定毒性，容易对环境造成严重的破坏。
3.微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)是一种新兴的地基改良方法。其主要原理是利用微生物活性诱导生成碳酸钙。这是一种仿自然的绿色高效成矿技术。生成的碳酸钙作为胶结材料将土颗粒胶结在一起，提高土体强度，或者填充在土体孔隙或裂缝中，降低其渗透性，起到加固土体，防渗堵漏的作用。
4.micp的成功应用依赖于微生物液以及胶结液在地层中的存在。通过灌浆法可以顺利地将微生物液与胶结液注入土体。然而目前关于应用micp的灌浆技术，大都采用单一的灌浆管进行灌浆。已有研究表明微生物液在管道内运输时会有部分菌体吸附到管道壁上。采用单一管道注入微生物液以及胶结液，管道上吸附的微生物会诱导碳酸钙在管道内壁上生成，这造成了不必要的micp消耗，降低了micp的利用率。同时，碳酸钙长期在管道内产生，会减小管道内径甚至造成管道阻塞。因此，有必要采用双通道灌浆。此外，在micp加固过程中，由于碳酸钙的迅速生成，灌浆孔容易被阻塞，在灌浆工艺设计时必须考虑到灌浆孔的阻塞问题。
5.如果在灌浆过程中仅采用单一点源，将浆液注入到目标土层中，往往会由于流径过大导致灌浆时间过长。另外，已有研究表明，微生物在多孔介质中的吸附沿注入方向呈指数衰减的分布规律，沿灌浆方向越来越少的微生物在土吸附量导致了碳酸钙产量沿灌浆方向递减。因此长时间依靠单一点源灌浆，可能会导致在灌浆口附近碳酸钙产量过高，甚至完全阻隔流通路径，而在远离灌浆口的区域，碳酸钙产量则不足的情况。而且，在实际工程中，需要加固或者防渗堵漏的目标区域地质条件并不一致，渗透性差异显著。灌浆液在不同渗透特性地层中的流动规律复杂，流径难以确定和控制。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提出了一种分层双通道地下灌浆结构及方法。
7.本发明的技术方案：
8.一种分层双通道地下灌浆结构，主要由供浆系统、灌浆系统以及监测系统组成；
9.所述的供浆系统包括贮液器1、恒压水泵2、pe软管3、电磁流量计4、管道转换接头
5；贮液器1用于盛放灌浆液；pe软管3的一端放置在贮液器1的底部，另一端穿过恒压水泵2连接到管道转换接头5上；pe软管3上设置有电磁流量计4，用于测量灌浆量；恒压水泵2可调节灌浆压力，对不同深度以及不同渗透性的目标区域采用合适的灌浆压力；
10.所述的灌浆系统包括灌浆内管6、灌浆外管7、锥形钻头8、灌浆孔9和张力固定阻隔器16组成；灌浆内管6位于灌浆外管7内，二者的下端分别与锥形钻头8焊接在一起；从灌浆内管6下端向上一定高度处设置多个灌浆孔组9；每个灌浆孔组9包括沿圆周方向以及高度方向的多个灌浆孔10，作为灌浆液的流通通道；在灌浆外管7上，与灌浆内管6的对应位置设置多个灌浆孔10；灌浆孔10的尺寸与灌浆内管6上的灌浆孔10的尺寸相同；
11.每个灌浆孔组9上设置一系列的电磁阀门11，通过控制电磁阀门11实现灌浆孔10的开闭；电磁阀门11主要由密封块12、磁控开关13、伸缩弹簧14以及保护壳15组成；电磁开关13与密封块12通过伸缩弹簧14相连；保护壳15焊接在灌浆内管6以及灌浆外管7的内壁上；保护壳15靠近密封块12的一端开口，开口大小与密封块12的尺寸相同；当磁控开关13打开时，密封块12在电磁吸力的作用下向保护壳15内移动，此时伸缩弹簧14被压缩；当磁控开关13关闭时，密封块12在伸缩弹簧14作用下向保护壳15外移动，并完全覆盖灌浆孔10；灌浆内管6与灌浆外管7的灌浆孔组9位置处的内壁上均设置电磁阀门11；在相邻的灌浆孔组9之间设置张力固定阻隔器16；通过张力固定阻隔器16的开闭，进行分层灌浆，并且防止在利用灌浆内管6灌浆时，浆液沿着灌浆外管7不断上升；
12.声波探测器17位于电磁阀门11的保护壳15内，并固定在灌浆外管7上；声波探测器17主要由声波发射器和声波接收器组成；声波接收器接受衰减的反射波，根据波形振幅的变化对灌浆加固或防渗堵漏后的目标区域进行分析，判断改良效果。根据实时监测结果反馈，可及时调整或者终止灌浆加固，避免过度或者无效灌浆，提高灌浆效率。
13.一种分层双通道地下灌浆结构的使用方法，包括以下步骤：
14.首先将灌浆结构钻入地层中；培养微生物液和配制胶结液；打开灌浆内管6以及灌浆外管7上灌浆孔组9的磁控阀门11，该灌浆孔组对应目标土层，打开灌浆外管7与灌浆内管6之间的张力固定阻隔器16，使微生物液仅通过目标区域对应的灌浆孔组9流向待处理土层；
15.连接供浆系统；将pe软管3的一端放入装有微生物液的贮液器1底部，通过管道转换接头5将pe软管3的另一端与灌浆管连接；在pe软管3上设置电磁流量计4；调节恒压水泵2的灌浆压力；打开恒压水泵2，通过灌浆外管7向目标土层或待封堵渗漏区域注入预设体积的微生物液，预设体积由待加固区域的孔隙总体积决定，确保不少于待处理区域的孔隙总体积；
16.关闭恒压水泵2；关闭灌浆内管6上的电磁阀门11，则灌浆内管6上的灌浆孔组9被封闭；关闭灌浆内管6上已打开的灌浆孔组9上方的张力固定阻隔器16，连通灌浆外管7到灌浆管口的灌浆通道；将pe软管3放置在装有固定液的贮液器1底部；打开恒压水泵2，立即向土体中注入预设体积的固定液；固定液由50mm的氯化钙溶液组成；停止灌浆4h，使菌体充分吸附在地层中；
17.将pe软管3的一端置于装有胶结液的贮液器1中，向目标区域注入预设体积的胶结液；胶结液由1m氯化钙和尿素组成；每次灌浆完成后，停止灌浆4小时；循环多次上述灌浆过程；在微生物的作用下，地层中会发生生物矿化反应，生成碳酸钙，填充孔隙，提高土体强
度，降低土体渗透性；在整个灌浆过程中，打开声波探测器17，实时采集目标区域反射回来的声波，评估目标区域的孔隙填充效果；根据评估结果及时调整灌浆操作或终止灌浆，避免了过度灌浆或无效灌浆。
18.待目标区域处理完成后，关闭该目标地层对应的灌浆孔组9，打开另一目标土层对应的灌浆孔组9。执行上述所有的灌浆操作步骤，直至完成整个区域的灌浆加固。
19.在同一灌浆位点的过度灌浆会导致靠近灌浆口区域被过度胶结，而远离灌浆口的区域则胶结不足。采用分层灌浆的方法，减少了单次灌浆的灌浆量，避免了灌浆口附近的阻塞，使浆液分布更合理，灌浆效率更高。而且在分层灌浆时无需移动灌浆管，大大减小了灌浆加固的工程量。同时在灌浆过程中实时监测目标区域改良效果，实现了精准灌浆，提高了浆液利用率，大大缩短了所需工期。对推广micp灌浆在加固地基方面的应用具有重要意义。
20.本发明的有益效果：
21.(1)通过张力固定隔断器，电磁阀门控制的各灌浆组的分时开闭可以对不同地层分别灌浆。解决了不同渗透性地层，灌浆液主要在高渗透性土中流动，难以渗入低渗透土层所导致的灌浆效果差问题。
22.(2)通过多灌浆孔组以及恒压水泵，可以尽可能在一次成孔后对不同分层或者单层高厚土层进行分层灌浆，减小了灌浆管的移动次数，也避免了远距离渗透造成的浆液损失，提高了灌浆效率及浆液利用率。
23.(3)采用双通道灌浆管，避免了不同灌浆液在灌浆管道内相互作用，降低了浆液在输运过程中的损失，也解决了灌浆孔容易阻塞的问题。
24.(4)将声波监测系统集成在磁控阀门内，可以在灌浆处理土层的同时对处理效果进行实时监测，并根据评估结果及时调整灌浆工艺，精准控制灌灌浆时间，避免无效灌浆及过度灌浆，提高灌浆效率。
25.(5)整个灌浆结构功能丰富，原理明确，制造成本低，便于施工操作，对推广micp灌浆在地基加固以及防渗堵漏方面的应用具有重要意义。
附图说明
26.图1是分层双通道灌浆结构正视图。
27.图2是电磁阀门正视图。
28.图中：1贮液器；2恒压水泵；3pe软管；4电磁流量计；5管道转换接头；6灌浆外管；7灌浆内管；8锥形钻头；9灌浆孔组；10灌浆孔；11电磁阀门；12密封块；13磁控开关；14伸缩弹簧；15保护壳；16张力固定阻隔器；17声波探测器。
具体实施方式
29.为了使本领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明：
30.如图1
‑
2所示，本实例中公布了一种分层双通道地下灌浆结构，贮液器1由大型塑料桶制成，容量可以根据预设浆液的体积进行实时调整。pe软管3的内径为32mm，其一端放置在贮液器的底部，另一端穿过恒压水泵2连接到管道接头5上。pe软管3上设置电磁流量计4。恒压水泵2可以调节灌浆压力，可对不同深度以及不同渗透性的待灌浆区采用合适的灌
浆压力。灌浆外管7与灌浆内管6分别与锥形钻头8焊接在一起。灌浆外管7为金属钢管，内径为60mm，壁厚为8mm，灌浆内管6为金属钢管，其内径为32mm，壁厚为8mm。从灌浆内管6下端向上每间隔一定距离设置一个灌浆孔组9。每个灌浆孔组9包括沿圆周方向以及高度方向的多个灌浆孔10，灌浆孔10的直径为5mm。在灌浆外管7上，与灌浆内管6的对应位置设置多个灌浆孔10，灌浆孔10孔口直径为5mm。在每个灌浆孔组9上设置一个电磁阀门11。
31.电磁阀门11由密封块12、磁控开关13、伸缩弹簧14以及保护壳15组成。磁控开关13与密封块12通过伸缩弹簧14连接。保护壳15为长方体，由钢板焊接而成，并与灌浆管内壁焊接在一起。保护壳15靠近密封块12的一端开口，开口大小与密封块12的尺寸相同。密封块12由硅胶制成，长度为7mm，整体呈长方体形。当磁控开关13打开时，密封块12在电磁吸力的作用下向保护壳15内移动。此时伸缩弹簧14压缩。当磁控开关13关闭时，密封块12在伸缩弹簧14作用下向保护壳15外移动，并完全覆盖灌浆孔10。在相邻灌浆孔组9之间设置张力固定阻隔器16。通过调节张力固定阻隔器16的开闭，可以进行分层灌浆，防止从灌浆内管6流出的灌浆液沿着灌浆外管不断上升。
32.所述的声波探测器17位于电磁阀门11的保护壳15内，并固定在灌浆外管7上；声波探测器17主要由声波发射器以及接收器组成。波探测器(17)主要由声波发射器和声波接收器组成；声波接收器接受衰减的反射波，根据波形振幅的变化对灌浆加固或防渗堵漏后的目标区域进行分析，判断改良效果。根据评估结果，可及时调整或者终止灌浆加固，避免过度灌浆或者无效灌浆，提高了灌浆效率。
33.本发明所提出的一种操作方法主要包括以下步骤：
34.首先将灌浆内管6和灌浆外管7通过锥形钻头8钻入地下。在现场的移动实验室中培养好微生物液，配制好胶结液。打开灌浆内管6以及灌浆外管7上，目标土层处对应灌浆孔组9的电磁阀门11。打开灌浆外管7与灌浆内管6之间的张力固定阻隔器16，使微生物液仅通过目标区域对应的灌浆孔组9流向待处理土层。
35.连接供浆系统。将pe软管3的一端放入贮液器1底部，贮液器1中放置微生物液，通过管道转换接头5将pe软管的另一端与灌浆管连接。将电磁流量计4安装在pe软管上，调节恒压水泵2的灌浆压力等参数。打开恒压水泵2，通过灌浆内管6向目标土层或待封堵渗漏区域注入预设体积的微生物液。预设体积由待加固区域的孔隙总体积决定，一般情况下不少于待处理区域的孔隙总体积。
36.关闭恒压水泵2。关闭灌浆内管6上的电磁阀门11，则灌浆内管6上的灌浆孔组9被封闭。关闭灌浆内管6上已打开的灌浆孔组9上方的张力固定阻隔器16，连通灌浆外管7到灌浆管口的灌浆通道。将pe软管3放置在固定液贮液器1底部。整个转换过程操作简单，快捷方便。打开恒压水泵2，立即向土体中注入预设体积的固定液。固定液由50mm的氯化钙溶液组成。停止灌浆4h，使菌体充分吸附在土颗粒上。
37.将pe软管3端口置于胶结液贮液器1中，向目标区域注入预设体积的胶结液。胶结液由1m氯化钙和尿素组成。每次灌浆完成后，停止灌浆4小时。循环多次上述灌浆过程。在微生物的作用下，地层中会发生生物矿化反应，生成碳酸钙，填充孔隙，提高土体强度，降低土体渗透性；。在整个灌浆过程中，打开声波探测器17，实时采集目标区域反射回来的声波，评估目标区域的孔隙填充效果。根据评估结果，及时调整灌浆方法或终止灌浆，避免了过度灌浆或无效灌浆。
38.待目标区域处理完成后，关闭该目标地层对应的灌浆孔组9，打开另一目标土层对应的灌浆孔组。重复执行上述所有的灌浆操作步骤，直至完成整个目标区域的灌浆处理。
39.在同一灌浆位点的过度灌浆将会导致靠近灌浆口区域被过度胶结，产生阻塞，而远离灌浆口的区域则加固不足。采用分层灌浆的方法，减少了单次灌浆的灌浆量，避免了灌浆口附近的阻塞，使浆液分布更合理，灌浆效率更高。而且在分层灌浆时无需移动灌浆管，大大减小了灌浆加固的工程量。同时在灌浆过程中实时监测目标区域改良效果，实现了精准灌浆，提高了浆液利用率，大大缩短了所需工期。对推广micp灌浆在加固地基方面的应用具有重要意义。