一种高压粉体喷射方法所使用的高压射粉喷嘴

摘要

本发明涉及一种高压粉体喷射方法所使用的高压射流粉体喷嘴，其目的是在切割加固过程中，形成连续、完整、止水效果好的加固体，拓展喷射注浆法在饱水砂层地下水防治工程中的应用范围；同时降低加固体含水量，减少单位加固体造成的泥浆污染和冒浆体的水泥浪费，从而降低工程造价。所述的喷嘴包括：喷嘴座体、喷粉调节盖、密封圈、高压水喷嘴、钻头、钻杆、高压水管、粉体输送管、粉体通道以及高压水通道。喷嘴座体与所述钻杆相连接，钻杆内部有高压水管和粉体输送管。高压水喷嘴与高压水通道采用螺纹连接；喷粉调节盖与喷粉通道采用螺纹联接；喷粉嘴是环绕在高压水喷嘴的周围，并有一定锥度，当粉体喷射出来，形成一个环形粉体集束喷向高压水射流。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压粉体喷射方法所使用的高压射粉喷嘴。

背景技术

如图3所示目前，喷射注浆法基本种类为单管法、双管法、三管法，其基本加固原理为：

单管法：高压水泥浆射流切割土体并与被切割破碎的土体混合；

双管法：环状压缩空气与高压水泥浆射流同轴(气浆同轴)喷射切割土体并与被切割破碎的土体混合；

三管法：环状压缩空气与高压清水射流同轴(气水同轴)喷射切割土体，同时向土体中输送中低压水泥浆与被切割破碎的土体混合；

由三种基本的喷射注浆方法的加固原理可知：切割破碎土体的高压射流有两种即高压水泥浆射流和高压清水射流。由于受高压输送泵的限制，高压水泥浆射流的水灰比通常≥1.0，与深层搅拌法水灰比0.4-0.5相比，喷射注浆法形成的水泥土加固体含水量大，相同水泥含量的条件下，加固体水泥土强度低；另一方面，由于喷射注浆加固过程中向土体中注入了大量的水(高压清水射流和高压水泥浆射流中的水)，特别是对喷射注浆法被广泛应用的饱水砂层止水加固工程，由于喷射注浆形成的水泥土(砂浆)水灰比大，通常≥2.0，固结过程中水泥土(砂浆)离析，形成竖向不连续的“饼状”加固体，严重影响止水效果；同时在加固体底部某一范围内强度很低甚至无强度，达不到地基加固的目的。

发明内容

针对上述现有的喷射注浆方法所存在的缺陷，本发明提供一种高压粉体喷射式注浆方法所使用的高压射流粉体喷嘴，其可大大降低水泥土加固体中的含水量又可扩大喷射注浆的加固范围，从而改善加固体的强度使其承载力提高；在止水工程中确保加固体在饱水砂层中不产生离析现象，使止水帷幕均匀连续，止水效果好。总之使土性参数达最佳组合形成优良的复合地基或止水帷幕，还可通过调节高压空气参数和环状喷粉嘴间隙来合理使用固化剂，降低固化剂用量，节约施工成本。

本发明采用高压粉体喷射注浆法方法是将上述的喷射注浆法中的喷水泥浆改为喷水泥粉。其机理是根据粉粒体气力输送原理，用压缩空气将粉体加固料以粉雾状喷入土体中；而高压水(＞30MPa)由高压水喷嘴喷出形成高压射流切割土体的同时还造成局部真空区，其真空吸附作用使喷嘴外圈的环绕粉体流溶入高压射流内，最终与土体搅和形成均匀的水泥土固结体。

高压粉体喷射注浆法形成的水泥土加固体的含水量比现有注浆法减少20％以上，从而提高加固体的承载力，确保加固体在饱水砂层中不产生离析现象，均匀连续，止水效果好。

另外高压射流在不同介质中喷射时，其轴向动压力随离喷嘴出口的距离衰减规律亦不一样，其中以水中衰减最快，空气中衰减最慢，当高压射流出口处压力从40Mpa变化至0.2Mpa，所用距离：空气中为1.1～1.2m，水中仅为0.35～0.4m。因此，采用本发明的高压射流粉体喷嘴，由于喷粉嘴是环绕在高压水喷嘴的周围，并有一定锥度，当粉体喷射出来，形成一个环形粉体集束喷向高压水射流，从而减少了高压水射流的喷射阻力，扩大了喷射直径；同时又利于高压水射流携带粉体冲击切割土体，与土体搅和形成均匀的、强度高的水泥土固结体。

本发明所采用的技术方案是：

高压射流粉体喷嘴如图1所示，包括喷嘴座体1、喷粉调节盖2、密封圈3、高压水喷嘴4、钻头5、钻杆6、高压水管7、粉体输送管8、粉体通道9以及高压水通道10，其特征在于：所述的高压射流粉喷嘴安装在钻头5内部，钻头5与钻杆6相连，所述高压水喷嘴4与喷嘴座体1的高压水通道10采用螺纹连接，所述喷粉调节盖2与喷嘴座体1的粉体通道9采用螺纹连接，与高压水喷嘴4组合形成环状喷粉嘴，通过旋转喷粉调节盖2来调节喷粉嘴的环形间隙大小，喷粉嘴是环绕在高压水喷嘴4的周围，所述高压水通道10与安置在钻杆6内高压水管7相连接，所述粉体通道9与安置在钻杆6内部的水泥粉体输送管8相连接；施工时，粉体由喷粉嘴喷射出来，形成一环形粉体集束喷向高压水射流，高压水射流携带喷射出的粉体冲击切割土体，最终与土体搅和形成均匀的水泥土固结体。

所述的高压水喷嘴4，其特征在于：与所述喷嘴座体1的高压水通道10螺纹连接，喷嘴座体1上有密封圈沟槽，安置所述密封圈3。

所述的喷粉调节盖2，其特征在于：与喷嘴座体1的粉体通道9采用螺纹连接，其喷粉调节盖2内腔是圆锥形或圆柱形。

所述的喷嘴座体1，其特征在于：所述粉体通道9设置在粉嘴座体1中心线的一侧，工作时形成旋转式粉体流，或粉体通道9设置在喷嘴座体1的中心线上，工作时粉体流直接喷射出去。

在切割加固过程中，采用环状水泥粉体保护下的高压清水射流切割土体，可有效增大加固范围，同时降低加固体的含水量，从而可消除饱水砂层中水泥土(砂浆)产生的离析，形成连续、完整、止水效果好的加固体，拓展喷射注浆法在饱水砂层地下水防治工程中的应用范围；同时，降低加固体含水量能够提高其承载能力，减少单位加固体造成的泥浆污染和冒浆体的水泥浪费，从而降低工程造价。

附图说明

图1为本发明的高压射流粉体喷嘴结构示意图；

图2为本发明高压射流粉体喷嘴的工作示意图；

图3为现有技术高压喷射注浆的三种基本方法。

图中代号

1喷嘴座体        2喷嘴调节盖

3密封阀          4高压水喷嘴

5钻头            6钻杆

7高压水管        8粉体输送管

9粉体通道        10高压水通道

具体实施方式

如图1所示，图1为本发明高压射流粉体喷嘴的结构示意图。

该高压射流粉体喷嘴包括：喷嘴座体1、喷粉调节盖2、密封圈3、高压水喷嘴4、钻头5、钻杆6、高压水管7、粉体输送管8、粉体通道9以及高压水通道10，其特征在于：所述的高压射流粉体喷嘴安装在钻头5内部，钻头5与钻杆6相连，所述高压水喷嘴4与喷嘴座体1的高压水通道10采用螺纹连接，所述喷粉调节盖2与喷嘴座体1的粉体通道9采用螺纹连接，与高压水喷嘴4组合形成环状喷粉嘴，通过旋转粉体调节盖2来调节喷粉嘴的环形间隙大小，喷粉嘴是环绕在高压水喷嘴4的周围，所述高压水通道10与安置在钻杆6内高压水管7相连接，所述粉体通道9与安置在钻杆6内部的水泥粉体输送管8相连接；

所述的高压水喷嘴4，其特征在于：与所述喷嘴座体1的高压水通道10螺纹连接，喷嘴座体1上有密封圈沟槽，安置所述密封圈3。

所述的喷粉调节盖2，其特征在于：与喷嘴座体1的粉体通道9采用螺纹连接，其喷粉调节盖2内腔是圆锥形或圆柱形。

所述的喷嘴座体1，其特征在于：所述粉体通道9设置在喷嘴座体1中心线的一侧，工作时形成旋转式粉体流或粉体通道9设置在喷嘴座体1的中心线上，工作时粉体流直接喷射出去。

在施工时其特征如图2所示，图2是本发明高压射流粉体喷嘴的工作示意图。高压水经高压水管7流入高压水通道10，经高压水喷嘴4的直径突变效应使水流速度增大数十倍，形成高压水射流喷出；由于喷粉嘴是环绕在高压水喷嘴4的周围，并有一定锥度，当粉体喷射出来，形成一个环形粉体集束喷向高压水射流，以利于高压水射流携带粉体冲击切割土体，最终与土体搅和形成均匀的水泥土固结体。

以上所述案例只为本发明的较佳实施案例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、构造及原理所作的任何等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。