一种螺旋式地下连续墙施工装置及方法

本发明涉及地下连续墙施工技术领域，特别涉及一种螺旋式地下连续墙施工装置及方法，可用于防渗墙施工。

背景技术：

目前，我国水利水电防渗墙施工主要采用液压抓斗法、高喷法、深搅法、射水法、csm工法等，因不同工程的地质条件差异，这些工艺都不同程度地存在一定局限性。例如：深搅工艺在卵石地层搅不动，无法正常施工；高喷工艺可能会存在漏喷、开叉的质量缺陷；液压抓斗及射水法等工艺往往存在沉渣过厚、混凝土离析等质量缺陷；csm工法无法适应于狭窄作业面，且造价较高。

为了降低施工成本，加快施工效率，提高施工质量，发明人在中国专利申请202010292060.0提出挖槽法自凝灰浆防渗墙施工方法，后又进一步改进，在中国专利申请202010696586.5提出刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法，通在挖机上安装耙斗结合高压流体切割，取得了比高喷法更高的施工效率，且大大降低了施工成本。为了进一步加快施工效率，提高施工质量，节约施工成本，现发明了螺旋式地下连续墙施工装置及方法。

技术实现要素：

为了提高防渗墙施工效率，降低施工成本，形成高质量薄型防渗墙，本发明提供了一种螺旋式地下连续墙施工装置及方法，采用螺旋钻杆实现高效切割地层，切割搅拌地层后水泥浆与砂石混合凝固形成高质量防渗墙，可适用于水利水电防渗墙施工。

本发明通过下述技术方案来实现：一种螺旋式地下连续墙施工装置，包括螺旋钻杆、固定箱体、支撑柱、行走设备平台、加压臂；螺旋钻杆通过若干固定在固定箱体上的支撑柱固定，螺旋钻杆连接旋转驱动装置；固定箱体上端与行走设备平台后部通过转轴连接，行走设备平台前部安装有支撑臂，支撑臂通过转轴连接加压臂，加压臂下端连接固定箱体；固定箱体和螺旋钻杆中间形成排渣通道，排渣通道的上端安装抽渣泵。

进一步地，所述固定箱体内设置低压浆管，低压浆管上端连接低压浆泵，低压浆管下端连接固定箱体下端的低压浆出口，低压浆泵的进浆管放于固定箱体上方的泥浆中。

进一步地，所述固定箱体内设置高压浆管ⅰ和高压浆管ⅱ，高压浆管ⅰ的上端连接高压浆泵，高压浆泵连接水泥浆制浆平台，高压浆管ⅰ的下端和高压浆管ⅱ下端相连，支撑柱中心设有输浆孔，高压浆管ⅱ与支撑柱的输浆孔相连，螺旋钻杆内部设有高压浆通道，高压浆通道与输浆孔连通，螺旋钻杆上均匀设置喷浆孔，喷浆孔与高压浆通道相通。

进一步地，螺旋钻杆上的高压浆通道分为多段，各段高压浆通道不相通。

进一步地，螺旋钻杆的螺旋叶片上设置齿，通过齿和螺旋翼片共同作用切割地层。

进一步地，行走设备平台采用履带式挖机或其他履带式行走机械，履带式行走机械腹部应预留放置固定箱体和螺旋钻杆的空间。

进一步地，加压臂采用液压臂，通过液压缸提供压力，可以调整角度。

进一步地，所述抽渣泵连接排渣管，按施工时前进方向，排渣管的出料口应位于固定箱体后方。

进一步地，加压臂上端连接加压臂角度调节油缸的推杆，加压臂角度调节油缸坐落在支撑臂上。

进一步地，所述行走设备平台上安装控制装置，控制装置信号连接抽渣泵、高压浆泵、低压浆泵、加压臂角度调节油缸和加压臂的液压系统，和其他各类需要控制的设备。

一种螺旋式地下连续墙施工方法，基于前述的螺旋式地下连续墙施工装置，将行走设备平台驾驶至预定施工位置，调节行走设备平台的支撑臂角度，并通过加压臂角度调节油缸调节加压臂角度，使螺旋钻杆贴向地面，并启动旋转驱动装置带动螺旋钻杆旋转，逐步切割地层形成沟槽，切割过程中低压浆泵向下部泵入水泥浆(也可以泵入清水或泥浆)，并通过高压浆泵向螺旋钻杆泵入高压水泥浆(或清水或泥浆)，高压水泥浆起辅助切割的作用，高压水泥浆与地层本身的沙石、泥土混合形成的材料，通过抽渣泵抽走形成沟槽，当达到设计深度后，加压臂固定(使螺旋钻杆底端维持在设计深度位置)，行走设备平台逐步行走，水泥浆液、沙石、泥土混合形成的混合料被抽渣泵抽至后方已挖好的沟槽中凝固形成防渗墙。

本发明的技术效果：通过固定箱体和多节支撑柱保证螺旋钻杆的刚度，在加压臂提供压力的条件下，驱动螺旋钻杆旋转，实现高效切割地层，切割搅拌地层后水泥浆与地层渣料混合、凝固形成高质量防渗墙，施工效率高，施工成本低，可适用于松散地层防渗墙施工，也可适用于在基岩中建造超薄的防渗墙。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中固定箱体和螺旋钻杆连接部剖面图。

图中：1、螺旋钻杆；2、固定箱体；3、支撑柱；4、行走设备平台；5、抽渣泵；6、旋转驱动装置；7、低压浆泵；8、加压臂；9、排渣管；10、低压浆管；11、高压浆管ⅰ；12、高压浆管ⅱ；13、高压浆通道；14、加压臂角度调节油缸；15、低压浆出口。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1和图2所示，一种螺旋式地下连续墙施工装置，包括螺旋钻杆1、固定箱体2、支撑柱3、行走设备平台4、加压臂8；螺旋钻杆1通过若干固定在固定箱体2上的支撑柱3固定，螺旋钻杆1连接旋转驱动装置6；固定箱体2和螺旋钻杆1工作时倾斜设置，固定箱体2上端与行走设备平台4后部通过转轴连接，行走设备平台4前部安装有支撑臂，支撑臂通过转轴连接加压臂8，加压臂8上端连接加压臂角度调节油缸14的推杆，加压臂角度调节油缸14坐落在支撑臂上；加压臂8下端连接固定箱体2的中下部；固定箱体2和螺旋钻杆1中间的排渣通道应满足施工环境下卵石可以通过，排渣通道的上端地面处安装抽渣泵5，抽渣泵5连接排渣管9，排渣管9的出料口应位于固定箱体2后方(按施工时前进方向)，保证抽出的砂石不积压在固定箱体2上。固定箱体2内设置低压浆管10和高压浆管ⅰ11和高压浆管ⅱ12，低压浆管10上端连接低压浆泵7，低压浆管10下端连接固定箱体2下端的低压浆出口15，低压浆泵7可安装于固定箱体2上端，也可安装于行走设备平台4上，低压浆泵7的进料管放于固定箱体2上方的泥浆中，通过低压浆泵7将施工过程中产生表层低骨料泥浆水泵送至螺旋钻杆1下端，在螺旋钻杆1旋转过程中，泥浆与切割的砂石一起向上输送，然后经抽渣泵5排至已施工的区域。高压浆管ⅰ11的上端连接高压浆泵，高压浆泵连接水泥浆制浆平台，高压浆管ⅰ11的下端和高压浆管ⅱ12下端相连，支撑柱3中心设有输浆孔，高压浆管ⅱ12与支撑柱3的输浆孔相连，螺旋钻杆1与支撑柱3的连接处两端通过密封圈和法兰密封，螺旋钻杆1内部设有高压浆通道13，高压浆通道13通过在周向上均匀设置的三个连接孔与输浆孔连通，在螺旋钻杆1旋转过程中，三个连接孔交替与输浆孔连通实现高压浆输送。螺旋钻杆1上的高压浆通道13分为多段，各段高压浆通道13不相通，除螺旋钻杆1的最下端小部分，其余各段高压浆通道13均从下端进浆，这样尽量减少因为泵送距离和泥浆压力导致喷浆速度的差异，螺旋钻杆1上均匀设置喷浆孔，喷浆孔与高压浆通道13相通。螺旋钻杆1的螺旋叶片上还设置齿，通过齿切割地层。

本发明中，行走设备平台4采用履带式挖机，采用履带式挖机改装安装相关组件即可构成本发明的装置，履带式挖机下部应预留放置固定箱体2和螺旋钻杆1的空间，施工完毕后，可将固定箱体2和螺旋钻杆1提起固定在履带式挖机下部，方便运输。当然行走设备平台4也采用定制的设备，以契合本发明装置的要求。

本发明中，加压臂8采用液压臂，通过液压缸提供压力，可以伸缩。本发明中旋转驱动装置6可采用旋转电机或者液压旋转马达。

本发明中，行走设备平台4上安装控制装置，控制装置信号连接抽渣泵、高压浆泵、低压浆泵、加压臂角度调节油缸和加压臂的液压系统，和其他各类需要控制的设备。

施工时，将行走设备平台4驾驶至预定施工位置，调节行走设备平台4的支撑臂角度，并通过加压臂角度调节油缸14调节加压臂8角度，并调节加压臂8的长度，使螺旋钻杆1贴向地面，并启动旋转驱动装置6带动螺旋钻杆1旋转，逐步切割地层形成沟槽，切割过程中低压浆泵7向下部泵入水或泥浆，并通过高压浆泵向螺旋钻杆1泵入高压水泥浆，高压水泥浆起辅助切割的作用，高压水泥浆与地层本身的沙石、泥土混合形成可凝固的材料，通过抽渣泵5抽走，当螺旋钻杆1旋转至切割深度达到设计深度后，加压臂8固定，在切割过程中，行走设备平台4逐步前进(螺旋钻杆1一侧方向，如果是采用履带式挖机改装，应为相对于驾驶室操作习惯后退行驶)，在前进过程中倾斜的逐步切割地层，这时高压水泥浆、沙石、泥土混合形成的混合料被抽渣泵5抽至后方已挖好的沟槽中凝固形成防渗墙。

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。