本发明涉及地下工程突水灾害治理，具体涉及一种软硬骨料混合灌注装置及方法。
背景技术：
1、地下隧道、巷道掘进揭露含水层或导水构造时常发生突水事故，尤其是遇到高水压、大流量突水时，如何在高压高速动水环境下通过灌注在大型突水通道和过水通道中建造“阻水塞”是一项关键技术难题。现有骨料灌注技术是利用负压效应，通过高速水流携带不同级配的骨料，经过地面输料管路系统和钻孔进入突水通道，然后在通道堆积形成阻水塞。其技术原理相对成熟，但工程应用仍存在以下突出问题：
2、（1）高压高速动水环境下阻水墙反复溃坝。现有技术中通常只灌注骨料（如砂石、木块）时，在大流量动水作用下，骨料堆积体形成的阻水墙容易被冲击溃坝。研究显示，动水截流需要经历多次溃坝、反复灌注才能最终成功截流。其力学本质是：骨料堆积体中存在“应力拱”结构，当上游水压超过颗粒间的咬合力时，应力拱发生剪切失稳，导致堆积体溃坝。每一次溃坝不仅延误工期，更使已灌注的骨料大量流失，堵水效果大打折扣。
3、（2）高速动水条件下阻水墙内细骨料易冲刷流失。为了建造低孔隙率、高密实度的阻水墙，需要使用级配良好的骨料，粗骨料（石子、木块）形成骨架支撑，细骨料（砂、锯末、纤维）填充粗骨料间隙。然而，在高速动水条件下，细骨料受流场筛选效应影响，容易被冲刷运移，难以留存在粗骨料间隙内，而是被冲向下游远处。为了达到设计堆积量，不得不成倍增加骨料用量，造成巨大浪费，且影响堵水时效。
4、（3）现有装置混合灌注软硬骨料易堵管。为增强阻水墙的抗剪强度，实践中常需使用编织袋、麻绳、尼龙绳等纤维状软骨料与砂石等硬骨料混合灌注。然而，现有灌注装置的加料口通常设有筛分用的篦子或格栅，以防止大块杂物堵塞管路。当灌注编织袋、麻绳等长纤维软骨料时，这些柔性物料极易挂在篦子上，形成“架桥”或缠绕成团，导致加料中断。作业人员需频繁停机清理篦子，效率低下；若为通过软骨料而拆除篦子，则无法过滤大块硬骨料，极易造成管路深层堵塞。此外，灌注时携带空气进入钻孔，极易造成孔中搭桥堵塞，诱发高压水砂喷出造成极大安全隐患。
5、综上所述，现有技术缺乏对阻水墙溃坝的主动防控手段，无法解决细骨料在动水中的管涌问题，更缺乏能够同时处理长纤维软骨料和硬骨料的无堵塞灌注装置，导致堵水工程高度依赖经验，成功率低、成本高、安全隐患大。
技术实现思路
1、本发明主要目的在于提供一种软硬骨料混合灌注装置及方法，以克服现有技术中存在的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
3、一种软硬骨料混合灌注装置，包括供水单元、硬骨料灌注单元、软骨料负压吸入单元以及混合输送管，所述硬骨料灌注单元包括混合仓、下料斗和篦子，所述混合仓的一端与所述供水单元连通，另一端与所述混合输送管连通，所述下料斗的底端与所述混合仓连通，顶端用于放置所述篦子，所述软骨料负压吸入单元包括与所述混合输送管连通的软骨料吸料斗，所述软骨料吸料斗位于所述混合仓的下游；
4、其中，硬骨料进入所述混合仓与水混合形成高速固液两相流，当高速固液两相流流经所述软骨料吸料斗与所述混合输送管的连接处时，在连接处形成负压区，用于将所述软骨料吸料斗内的软骨料吸入所述混合输送管中。
5、进一步的，所述供水单元包括水池、水泵、控水阀门和输水管路，所述水池位于所述混合仓的上游，所述水泵设置于所述水池中，所述控水阀门一端与所述水泵的出口端连接，另一端与所述输水管路连接，所述输水管路的另一端与所述混合仓连接。
6、进一步的，所述混合仓靠近所述输水管路的一端安装有射流嘴。
7、进一步的，所述下料斗上安装有硬骨料下料控制阀，所述混合仓的顶端通过所述硬骨料下料控制阀与所述下料斗连通。
8、进一步的，所述软骨料负压吸入单元还包括安装于所述软骨料吸料斗上的球阀和负压表，所述球阀位于所述软骨料吸料斗的颈部，所述负压表位于所述球阀的下方。
9、进一步的，所述混合输送管远离所述混合仓的一端插入钻孔中，其插入深度为9~10m。
10、进一步的，所述混合仓入口端的管道与所述输水管路通过法兰连接，出口端的硬骨料输送管与所述混合输送管通过法兰连接。
11、一种软硬骨料混合灌注方法，包括以下步骤：
12、步骤一、注水测试
13、开启水泵，打开控水阀门至供水流量最大，关闭负压表，调节控水阀门至混合仓内的水流不溢出，且水流在混合仓内不打转；
14、步骤二、启动硬骨料灌注
15、在下料斗上固定放置篦子，打开硬骨料下料控制阀，先灌注细砂细骨料，骨料进入混合仓与水混合形成高速固液两相流，同时观察负压表的度数，当负压值大于0.6mpa时开始灌注石子，当负压值为0.2~0.6mpa时灌注细砂和软骨料混合物；
16、步骤三、负压吸入软骨料
17、高速固液两相流流经软骨料吸料斗末端的软骨料吸入管与混合输送管的连接处时，在连接处形成负压区，软骨料吸料斗内的纤维状软骨料在大气压作用下，经软骨料吸入管被自动吸入混合输送管内；
18、步骤四、软骨料与硬骨料混合
19、被吸入的纤维状软骨料与高速流动的硬骨料水流在混合输送管内充分混合，形成均匀的硬骨料、纤维软骨料和水的三相混合流体；
20、步骤五、形成阻水塞
21、三相混合流体经混合输送管和孔口装置连续注入钻孔内，在粗骨料形成的阻水墙空隙内堆积形成富含纤维的阻水塞，减少细骨料流失；
22、步骤六、注浆胶结
23、骨料灌注完成后，切换注浆泵注入水泥浆液进行胶结加固，突水巷道被彻底封堵。
24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25、（1）解决了反复溃坝问题：增加了对阻水墙溃坝的主动防控手段，引入纤维状细骨料起到加筋作用，在硬骨料的颗粒之间形成“桥接”，增强应力拱的稳定性，纤维状细骨料在硬骨料颗粒间隙中形成三维网状结构，显著增强颗粒间的咬合力和阻水墙的抗剪强度；
26、（2）解决了细骨料管涌问题：将长纤维软骨料以脉冲注入的方式高速吸入混合管，在粗骨料空隙间形成“网状筋膜”结构，从而有效阻挡细骨料，避免了全断面过量灌注造成的浪费，提高细骨料的留存率，降低了细骨料的用量；
27、（3）解决了软骨料挂料问题：设置下料斗和软骨料吸料斗，分别用于硬骨料的和软骨料的投料，软骨料无需经过任何篦子或机械喂料装置，直接从软骨料吸料斗进入混合输料管，彻底避免了纤维状软骨料在篦子上的缠绕挂料问题；
28、（4）适应性强，材料来源广泛：此装置对各种形态的堵水材料（块状、粒状、纤维状、条状）都有极强的处理能力，作业人员可以就地取材（如废旧编织袋、麻绳），大大降低了材料成本，提高了应急响应的灵活性。
1.一种软硬骨料混合灌注装置，其特征在于，包括供水单元、硬骨料灌注单元、软骨料负压吸入单元以及混合输送管（14），所述硬骨料灌注单元包括混合仓（7）、下料斗（9）和篦子（10），所述混合仓（7）的一端与所述供水单元连通，另一端与所述混合输送管（14）连通，所述下料斗（9）的底端与所述混合仓（7）连通，顶端用于放置所述篦子（10），所述软骨料负压吸入单元包括与所述混合输送管（14）连通的软骨料吸料斗（11），所述软骨料吸料斗（11）位于所述混合仓（7）的下游；
2.如权利要求1所述的一种软硬骨料混合灌注装置，其特征在于，所述供水单元包括水池（1）、水泵（2）、控水阀门（3）和输水管路（4），所述水池（1）位于所述混合仓（7）的上游，所述水泵（2）设置于所述水池（1）中，所述控水阀门（3）一端与所述水泵（2）的出口端连接，另一端与所述输水管路（4）连接，所述输水管路（4）的另一端与所述混合仓（7）连接。
3.如权利要求2所述的一种软硬骨料混合灌注装置，其特征在于，所述混合仓（7）靠近所述输水管路（4）的一端安装有射流嘴（6）。
4.如权利要求1所述的一种软硬骨料混合灌注装置，其特征在于，所述下料斗（9）上安装有硬骨料下料控制阀（8），所述混合仓（7）的顶端通过所述硬骨料下料控制阀（8）与所述下料斗（9）连通。
5.如权利要求1所述的一种软硬骨料混合灌注装置，其特征在于，所述软骨料负压吸入单元还包括安装于所述软骨料吸料斗（11）上的球阀（12）和负压表（13），所述球阀（12）位于所述软骨料吸料斗（11）的颈部，所述负压表（13）位于所述球阀（12）的下方。
6.如权利要求1所述的一种软硬骨料混合灌注装置，其特征在于，所述混合输送管（14）远离所述混合仓（7）的一端插入钻孔（15）中，其插入深度为9~10m。
7.如权利要求2所述的一种软硬骨料混合灌注装置，其特征在于，所述混合仓（7）入口端的管道与所述输水管路（4）通过法兰（5）连接，出口端的硬骨料输送管与所述混合输送管（14）通过法兰（5）连接。
8.一种软硬骨料混合灌注方法，基于权利要求1-7任一项的装置，其特征在于，包括以下步骤：