一种青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化方法及装置与流程

1.本发明涉及冻土活动层固化技术领域，特别是涉及一种青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化方法及装置。


背景技术：

2.冻土活动层指覆盖于多年冻土之上夏季融化冬季冻结的土层。它具有夏季单向融化、冬季双向冻结的特征。
3.冻土活动层夏季融沉，冬季冻胀，对区域内的公路、铁路、输油管道等设置具有非常大的危害，因此，本发明提供一种青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化方法及装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化方法及装置，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化方法，包括以下步骤：
7.步骤一：在处于冻土环境下的待固化地区的地面上打竖孔；
8.步骤二：向竖孔的侧壁喷射高压流体；
9.步骤三：向竖孔内注入砂浆。
10.优选的，在步骤二中，向竖孔内穿入喷射管，喷射管的侧壁上周向等间隔开设有若干出孔，若干所述出孔由上至下等间隔分布，高压流体通过出孔喷射在竖孔的侧壁上，形成横孔，并将竖孔内的残留泥土取出。
11.优选的，在步骤三中，竖孔内注入砂浆后，通过振动棒振捣砂浆，同时避免振动棒与竖孔侧壁接触。
12.一种青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化装置，用于实施所述的青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化方法，包括：
13.机架；
14.打孔部，设置在所述机架上，所述打孔部包括第一升降电机，所述第一升降电机传动连接有第一固定架，所述第一固定架上固定安装有打孔机构；
15.喷气部，设置在所述机架上，所述喷气部包括第二升降电机，所述第二升降电机传动连接有第二固定架，所述第二固定架上固定安装有喷气机构；
16.负压储存部，设置在所述机架上，所述负压储存部分别与所述打孔机构和所述喷气机构连通。
17.优选的，所述机架的顶面上开设有台阶通槽，所述台阶通槽内滑动连接有承载板，所述承载板上开设有第二通孔，所述打孔部、所述喷气部、所述负压储存部均固定安装在所述第二通孔内。
18.优选的，所述打孔部还包括第一立板，所述第一立板固接在所述第二通孔的侧壁
上，所述第一立板垂直于所述承载板的运动方向，所述第一立板的侧壁上开设有竖直设置的第一滑槽，所述第一滑槽内转动连接有第一螺纹杆，所述第一螺纹杆的顶端伸出所述第一滑槽且固定安装有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮啮合有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮固定安装在所述第一升降电机的输出轴上，所述第一升降电机固定安装在第一横板上，所述第一横板固接在所述第一立板的顶端，所述第一螺纹杆螺纹连接有第一滑块，所述第一滑块滑动连接在所述第一滑槽内，所述第一滑块伸出所述第一滑槽的一端与所述第一固定架固接。
19.优选的，所述打孔机构包括固接在所述第一固定架上的打孔电机，所述打孔电机的输出轴上固接有第一齿轮，所述第一齿轮啮合有第二齿轮，所述第二齿轮固接在打孔管的外侧壁上，所述打孔管通过轴承转动连接在所述第一固定架的底壁上，所述打孔管的顶端穿出所述第一固定架的底壁并与所述负压储存部连通，所述打孔管的底端固定安装有打孔组件。
20.优选的，所述打孔部包括第二立板，所述第二立板固接在所述第二通孔内与所述第一立板相对的侧壁上，所述第二立板的侧壁上开设有第二滑槽，所述第二滑槽内转动连接有第二螺纹杆，所述第二螺纹杆的顶端伸出所述第二滑槽且固定安装有第三锥齿轮，所述第三锥齿轮啮合有第四锥齿轮，所述第四锥齿轮固定安装在所述第二升降电机的输出轴上，所述第二升降电机固定安装在第二横板上，所述第二横板固接在所述第二立板的顶端，所述第二螺纹杆螺纹连接有第二滑块，所述第二滑块滑动连接在所述第二滑槽内，所述第二滑块伸出所述第二滑槽的一端与所述第二固定架固接。
21.优选的，所述喷气机构包括固定安装在所述第二固定架上的喷射管，所述喷射管内穿设有第二管体，所述喷射管与所述第二管体之间形成容纳腔，所述容纳腔的顶端与底端封闭设置，所述喷射管的侧壁上开设有若干出孔，所述出孔与所述容纳腔连通，所述喷射管的侧壁上固接且连通有连接管，所述连接管连通有加压喷射机，所述加压喷射机固接在所述第二固定架上，所述第二管体的顶端与所述负压储存部连通。
22.优选的，所述负压储存部包括负压收集箱，所述负压收集箱的底端固接且连通有两伸缩管，任一所述伸缩管与所述打孔管通过密封轴承连通，另一所述伸缩管与所述第二管体的顶端固接且连通，所述伸缩管与所述负压收集箱之间设置有电磁阀。
23.本发明公开了以下技术效果：
24.本发明中，首先将机架固定在需要打孔的位置，启动第一升降电机，第一升降电机带动打孔机构运动，在地面上打出竖孔，此时控制第一升降电机带动打孔机构上升并脱离竖孔，然后控制第二升降电机将喷气部伸入竖孔内，喷气部与竖孔的底壁之间留有间隙，喷气部的直径小于竖孔的直径，喷气部向竖孔的侧壁上喷射高压流体，在竖孔的侧壁上开出若干横孔，利用负压储存部将竖孔内的泥土清除，控制第二升降电机将喷气部提升并脱离竖孔，将机架移动至下一处打孔的地点，工人向完工的竖孔内灌注砂浆，同时利用振动棒振捣砂浆，一方面使砂浆中的气体溢出，使砂浆凝结更加密实，另一方面，通过振捣砂浆增加砂浆的流动性，使砂浆能够更顺利的填充到横孔中；
25.在冬季施工，冻土活动层处于固化状态，便于施工，同时在施工过程中不会影响未施工的地点，减少了施工过程中对冻土活动层的扰动；在冻土层上开设竖孔，在竖孔的侧壁上开设横孔，砂浆在竖孔内凝结后，能够对地表的建筑设施进行支撑，砂浆在横孔内凝结，
横向的砂浆柱与竖向的砂浆柱配合，减少了冻土活动层的融沉程度，有效保护地表上的建筑设施。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明一种青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化装置的结构示意图；
28.图2为本发明一种青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化装置的俯视图；
29.图3为图1中a处的局部放大图；
30.图4为本发明中打孔组件的俯视图；
31.图5为本发明中打孔组件的主视图；
32.其中，1、机架；2、第一升降电机；3、第一固定架；4、第二升降电机；5、第二固定架；6、承载板；7、第一立板；8、第一螺纹杆；9、第一锥齿轮；10、第二锥齿轮；11、第一横板；12、第一滑块；13、打孔电机；14、第一齿轮；15、第二齿轮；16、打孔管；17、第二立板；18、第二螺纹杆；19、第三锥齿轮；20、第四锥齿轮；21、第二横板；22、第二滑块；23、喷射管；24、第二管体；25、加压喷射机；26、负压收集箱；27、伸缩管；28、电磁阀；29、螺母；30、第三螺纹杆；31、刀片。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
35.本发明提供一种青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化方法，包括以下步骤：
36.步骤一：在待固化地区的地面上打竖孔，时间选择为冬季；
37.步骤二：向竖孔的侧壁喷射高压流体；
38.步骤三：向竖孔内注入砂浆。
39.进一步优化方案，在步骤二中，向竖孔内穿入喷射管23，喷射管23的侧壁上周向等间隔开设有若干出孔，若干出孔由上至下等间隔分布，高压流体通过出孔喷射在竖孔的侧壁上，形成横孔，并将竖孔内的残留泥土取出。
40.进一步优化方案，在步骤三中，竖孔内注入砂浆后，通过振动棒振捣砂浆，同时避免振动棒与竖孔侧壁接触。
41.一种青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化装置，用于实施青藏高原冻土活动层低扰动旋喷固化方法，包括：
42.机架1；
43.打孔部，设置在机架1上，打孔部包括第一升降电机2，第一升降电机2传动连接有第一固定架3，第一固定架3上固定安装有打孔机构；
44.喷气部，设置在机架上，喷气部包括第二升降电机4，第二升降电机4传动连接有第二固定架5，第二固定架5上固定安装有喷气机构；
45.负压储存部，设置在机架1上，负压储存部分别与打孔机构和喷气机构连通。
46.首先将机架1固定在需要打孔的位置，启动第一升降电机2，第一升降电机2带动打孔机构运动，在地面上打出竖孔，此时控制第一升降电机2带动打孔机构上升并脱离竖孔，然后控制第二升降电机4将喷气部伸入竖孔内，喷气部与竖孔的底壁之间留有间隙，喷气部的直径小于竖孔的直径，喷气部向竖孔的侧壁上喷射高压流体，在竖孔的侧壁上开出若干横孔，利用负压储存部将竖孔内的泥土清除，控制第二升降电机4将喷气部提升并脱离竖孔，将机架移动至下一处打孔的地点，工人向完工的竖孔内灌注砂浆，同时利用振动棒振捣砂浆，一方面使砂浆中的气体溢出，使砂浆凝结更加密实，另一方面，通过振捣砂浆增加砂浆的流动性，使砂浆能够更顺利的填充到横孔中。
47.进一步优化方案，机架1的顶面上开设有台阶通槽，台阶通槽内滑动连接有承载板6，承载板6上开设有第二通孔，打孔部、喷气部、负压储存部均固定安装在第二通孔内。
48.进一步优化方案，承载板6的底面固接有螺母29，机架1的底面上固接有另一螺母29，两螺母29螺纹连接有第三螺纹杆30，第三螺纹杆30的一端伸出螺母29且固定安装有把手，通过转动把手即可调节承载板6的位置，进而调节打孔部与喷气部的位置，使得本装置在进行工作时不需要移动机架1，只需要调节承载板6即可正常工作，避免了本装置在工作过程中需要反复调整机架1的位置。
49.进一步优化方案，打孔部还包括第一立板7，第一立板7固接在第二通孔的侧壁上，第一立板7垂直于承载板6的运动方向，第一立板7的侧壁上开设有竖直设置的第一滑槽，第一滑槽内转动连接有第一螺纹杆8，第一螺纹杆8的顶端伸出第一滑槽且固定安装有第一锥齿轮9，第一锥齿轮9啮合有第二锥齿轮10，第二锥齿轮10固定安装在第一升降电机2的输出轴上，第一升降电机2固定安装在第一横板11上，第一横板11固接在第一立板7的顶端，第一螺纹杆8螺纹连接有第一滑块12，第一滑块12滑动连接在第一滑槽内，第一滑块12伸出第一滑槽的一端与第一固定架3固接。如此设置，第一升降电机2通过第一锥齿轮9与第二锥齿轮10驱动第一滑块12运动，第一固定架3随第一滑块12运动，进而实现驱动打孔机构上下移动，在地面上打出竖孔。
50.进一步优化方案，打孔机构包括固接在第一固定架3上的打孔电机13，打孔电机13的输出轴上固接有第一齿轮14，第一齿轮14啮合有第二齿轮15，第二齿轮15固接在打孔管16的外侧壁上，打孔管16通过轴承转动连接在第一固定架3的底壁上，打孔管16的顶端穿出第一固定架3的底壁并与负压储存部连通，打孔管16的底端固定安装有打孔组件。如此设置，打孔电机13通过相互啮合的第一齿轮14与第二齿轮15带动打孔管16转动，打孔管16通过打孔组件在地面上打出竖孔。
51.进一步优化方案，打孔组件包括固接在打孔管16底端的圆环，圆环的内侧周向等间隔固接有若干刀片31，刀片31相对于水平面倾斜设置，刀片31的底端伸出圆环的底端，便于更好的打出竖孔。
52.进一步优化方案，打孔部包括第二立板17，第二立板17固接在第二通孔内与第一
立板7相对的侧壁上，第二立板17的侧壁上开设有第二滑槽，第二滑槽内转动连接有第二螺纹杆18，第二螺纹杆18的顶端伸出第二滑槽且固定安装有第三锥齿轮19，第三锥齿轮19啮合有第四锥齿轮20，第四锥齿轮20固定安装在第二升降电机4的输出轴上，第二升降电机4固定安装在第二横板21上，第二横板21固接在第二立板17的顶端，第二螺纹杆18螺纹连接有第二滑块22，第二滑块22滑动连接在第二滑槽内，第二滑块22伸出第二滑槽的一端与第二固定架5固接。如此设置，第二升降电机4通过第三锥齿轮19与第四锥齿轮20驱动第二螺纹杆18在第二滑槽内转动，进而使第二滑块22在第二滑槽内上下移动，通过第二固定架5带动喷气部上下运动。
53.进一步优化方案，喷气机构包括固定安装在第二固定架5上的喷射管23，喷射管23内穿设有第二管体24，喷射管23与第二管体24之间形成容纳腔，容纳腔的顶端与底端封闭设置，喷射管23的侧壁上开设有若干出孔，出孔与容纳腔连通，喷射管23的侧壁上固接且连通有连接管，连接管连通有加压喷射机25，加压喷射机25固接在第二固定架5上，第二管体24的顶端与负压储存部连通。加压喷射机25优选为高压蒸汽机，为现有技术，高压流体优选为高温高压的水蒸气；喷射管23的直径小于竖孔的直径，一方面便于高压流体喷射在竖孔的侧壁上打出横孔，另一方面便于横孔内融化的淤泥流出；加压喷射机25将高压流体通入容纳腔内，并通过出孔喷射到竖孔的侧壁上，形成横孔，负压储存部与第二管体24连通，喷射管23与竖孔的底壁之间留有间隙，便于横空内流出的淤泥流到竖孔的底端，并在负压储存部的作用下通过第二管体24流入负压储存部。
54.进一步优化方案，负压储存部包括负压收集箱26，负压收集箱26的底端固接且连通有两伸缩管27，任一伸缩管27与打孔管16通过密封轴承连通，另一伸缩管27与第二管体24的顶端固接且连通，伸缩管27与负压收集箱26之间设置有电磁阀28。
55.打孔管16工作时，与打孔管16连通的电磁阀28打开，负压收集箱26将打孔管16内的泥土吸入负压收集箱26内，喷射管23工作时，与第二管体24连通的电磁阀28打开，另一电磁阀28关闭。
56.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
57.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。