一种地层加固装置及地层加固系统

摘要

本实用新型涉及地层加固技术领域，特别是指一种地层加固装置及地层加固系统，解决了现有技术中对既有建筑物近侧施工空间要求高、施工效率低的问题。本实用新型地层加固装置，包括与导向杆可拆卸连接的注浆管，注浆管密封连接在导向杆的出口端，所述注浆管上设有搅拌叶片和注浆孔，所述导向杆上设有用于驱动注浆管转动的驱动机构，导向杆的进口端与注浆设备相连接。本实用新型利用定位钻孔技术配合地层加固装置实现地下空间远距离加固；加固结构一次成型，操作简便，缩短工期，提高施工效率。

说明书

技术领域

本实用新型涉及地层加固技术领域，特别是指一种地层加固装置及地层加固系统。

背景技术

由于城市地铁施工环境较为复杂，地铁区间开挖多采用盾构技术穿越建筑物群。盾构技术能够在不拆除既有建筑物或构筑的前提下，施作地下空间工程，具有较高的适应性及经济性。

地铁区间的施工必然会引起周围土体的位移，如果对土体中的既有建筑物的基础扰动太大，则可能导致既有建筑物发生倾倒、不规则沉降等危害，造成严重的人员伤亡及财产损失。因此，通常需要采取加固地层措施进行沉降控制，主要分为两种形式，一种拆除既有建筑物加固地层，虽然加固效果较好，但劳民伤财，得不偿失；另一种是保留既有建筑物加固地层，主要采用方法有，既有建筑物近侧施作工作竖井对既有建筑物下方加固、既有建筑物近侧地面斜向加固既有建筑物下方等方法，这些加固方法具有较高的安全系数和良好的经济性，但对既有建筑周边施工空间要求较高，面对大范围建筑物群，近侧无施工空间；盾构掘进与超前注浆循环作业，对施工技术要求较高，遇到大范围加固将导致停机时间过长或遇到富水地层可能发生涌水等危害。

现有技术中如公开号为CN 210033432 U的一种盾构隧道下穿既有建筑物的加固结构及公开号为CN 111608688 A的一种盾构下穿建筑物地面的加固方法，均采用靠近建筑物施工，对既有建筑周边施作空间要求高，且加固装置施工复杂。而公开号为CN112922607A的一种土压平衡盾构下穿建筑物基础洞内超前注浆加固施工方法对施工技术要求较高，停机时间过长，增大风险系数。公开号为CN 114060036 A的一种适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，施工较复杂，施工时间较长，整体施工效率低。

实用新型内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种地层加固装置及地层加固系统，解决了现有技术中对既有建筑物近侧施工空间要求高、施工效率低的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种地层加固装置，包括与导向杆可拆卸连接的注浆管，注浆管密封连接在导向杆的出口端，所述注浆管上设有搅拌叶片和注浆孔，所述导向杆上设有用于驱动注浆管转动的驱动机构，导向杆的进口端与注浆设备相连接。

作为一种优选方式，所述注浆管与导向杆相对转动连接，驱动机构固定在导向杆上且与注浆管传动连接。

具体地，所述驱动机构包括驱动环套和驱动电机，所述驱动环套的一端通过连接件与导向杆固定连接，注浆管穿设在驱动环套的另一端，注浆管与连接件密封连接且能相对连接件转动；驱动电机位于驱动环套内且通过传动机构带动注浆管转动。

优选地，所述传动机构包括设置在驱动电机输出轴上的主动齿轮和固定在注浆管上的被动齿轮，被动齿轮与主动齿轮啮合。

优选地，所述注浆管上设有与驱动环套相配合的限位环，限位环与驱动环套及连接件与注浆管之间均设有密封件。所述连接件及导向杆上均设有相对应的电缆孔槽，导向杆上设有与电缆孔槽配合的固定片。

优选地，所述驱动环套朝向导向杆的一端为圆锥面，圆锥面与导向杆平滑过渡连接；所述连接件为管型件，注浆管的进口端嵌设在管型件内，管型件的进口端套设在导向杆内。

作为另一种优选方式，所述注浆管与导向杆固定连接，驱动机构与导向杆传动连接，驱动机构通过导向杆带动注浆管转动。

其中，所述注浆管为盲管，盲管的开口端与导向杆对应连接。

一种地层加固系统，包括钻机、回拉及供电设备和所述的地层加固装置；钻机将导向杆从工作井施作到接收井，地层加固装置安装在导向杆上，位于接收井内的注浆设备向导向杆内注浆的同时位于接收井内的回拉及供电设备对导向杆进行回拉。

本实用新型利用定位钻孔技术配合地层加固装置实现地下空间远距离加固；加固结构一次成型，操作简便，缩短工期，提高施工效率。本实用新型地层加固装置通过原位地层搅拌形成加固结构，对地层扰动小，经济安全；且通过驱动环提供动力，搅拌力大，搅拌更充分，避免远端提供扭转能耗大。本实用新型的地层加固系统通过地层加固装置反复施作形成排状加固结构，实现地层更稳固，安全系数更高，具有较高的实用性和推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型地层加固装置结构示意图。

图2为实施例2中地层加固装置内部结构示意图。

图3为实施例2驱动环套内部结构示意图。

图4为实施例2驱动环套内部传动机构示意图。

图5为导向钻杆施作完成的纵剖面示意图。

图6为地层加固结构施作过程的纵剖面示意图。

图7为地层加固结构施作完成的纵剖面示意图。

图8为加固体结构示意图。

图中：驱动环套1、连接件2、注浆管3、搅拌叶片4、导向杆5、电缆6、工作井7、既有建筑（构）物8、加固体9、地层加固装置10、驱动电机11、主动齿轮12、密封件13、注浆设备20、回拉及供电装置30、注浆孔31、被动齿轮32、接收井40、钻机50、固定片51、电缆孔槽52。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，实施例1，一种地层加固装置，包括与导向杆5可拆卸连接的注浆管3，实际工作状态时，注浆管连接在导向杆上与导向杆连通，浆液经导向杆流向注浆管，再经注浆管进入到地层形成加固结构。注浆管3密封连接在导向杆5的出口端，防止浆液外漏。所述注浆管3上设有搅拌叶片4和注浆孔31，所述导向杆5上设有用于驱动注浆管3转动的驱动机构；在驱动机构的作用下注浆管能在地层内转动，进而带动搅拌叶片4转动，浆液与地层土体被叶片搅拌形成搅拌加固结构，加固结构沿导向杆回拉路径形成完整的加固体。实际施工状态下导向杆5的进口端与注浆设备20相连接，注浆设备用于向导向杆内加注水泥浆液，水泥浆液经注浆管上的注浆孔向外旋转扩散，使其注浆更加均匀。

本实施例中所述注浆管3为盲管，即盲管具有开口端和非开口端，盲管的开口端与导向杆5对应连接，使得水泥浆液快速流入注浆管内，非开口端为封闭状态，水泥浆液无法流出；开口端与非开口端之间管壁上有分布注浆孔和周向设置的搅拌叶片4，进行边注浆边搅拌，提高加固效率。工作过程中一定压力的水泥浆液通过注浆管上孔洞旋转扩散进入地层，搅拌叶片4结合水泥浆液对行走路径上的地层进行搅拌，同时随导向杆移动。

如图2所示，实施例2，一种地层加固装置，在实施例1的基础上，作为一种实施方式，所述注浆管3与导向杆5相对转动连接，驱动机构固定在导向杆5上且与注浆管3传动连接。即在本实施例中，注浆管在驱动机构的作用下能相对导向杆转动，而导向杆不转动。此种方式适用于长距离地层加固。

具体地，所述驱动机构包括驱动环套1和驱动电机11，驱动环套1类似驱动电机和传动机构的保护罩。所述驱动环套1的一端通过连接件2与导向杆5固定连接，连接件2固定在驱动环套内，连接方式可为焊接、法兰、螺纹等。用于连接导向杆和注浆管。注浆管3穿设在驱动环套1的另一端。注浆管3与连接件2密封连接且能相对连接件2转动；驱动电机11位于驱动环套1内且通过传动机构带动注浆管3转动。传动机构可采用齿轮副或涡轮蜗杆结构，实现注浆管相对导向杆的转动。

如图4所示，其中作为优选方式，本实施例中电机可采用4个，所述传动机构包括设置在驱动电机11输出轴上的主动齿轮12和固定在注浆管3上的被动齿轮32，被动齿轮32以齿圈的形式固定在注浆管的外壁上，被动齿轮32与主动齿轮12啮合，驱动电机通过主动齿轮带动被动齿轮转动，进而带动注浆管转动，使搅拌叶片对水泥浆液进行搅拌。

如图3所示，本实施例中所述注浆管3上设有与驱动环套1相配合的限位环33，注浆管3与驱动环套连接处通过限位环33防止注浆管上下移动。限位环33与驱动环套1之间及连接件2与注浆管3之间均设有密封件13。连接件2与注浆管3之间的密封件13可采用密封圈，保证水泥浆液不流入驱动环内部。限位环33与驱动环套1之间的密封件13，使注浆管更加稳定，实现搅拌叶片稳定加固地层。

优选地，所述连接件2及导向杆5上均设有相对应的电缆孔槽52，连接件上的电缆孔槽布置在管壁中，保证电缆6正常穿过，且穿过后采用结构胶及时密封。导向杆5上的电缆孔槽52沿导向杆外壁布置，导向杆5上设有与电缆孔槽52配合的固定片51。导向杆上间隔一定距离采用固定片51固定电缆，随导向杆钻设向接收端铺设，回拉导向杆时，电缆脱离固定片即可回收。

优选地，所述驱动环套1朝向导向杆5的一端为圆锥面，圆锥面与导向杆5平滑过渡连接；即路径方向的表面有一定斜度，达到小范围扩孔的目的。所述连接件2为管型件，注浆管3的进口端嵌设在管型件内，管型件的进口端套设在导向杆5内；确保连接的密封性，防止浆液外漏。

实施例3，本实施例与实施例2不同的是：所述注浆管3与导向杆5固定连接，驱动机构与导向杆5传动连接，驱动机构通过导向杆5带动注浆管3转动。即本实施例中导向杆与注浆管同步转动，进而实现搅拌叶片对浆液和土体的搅拌。该方式适用于短距离地层加固。该种方式下驱动机构可采用电机或利用现有的钻机或回拉装置提供扭转动力，带动导向杆旋转，从而使地层加固装置整体旋转，从而搅拌叶片搅拌浆液与地层土体形成加固结构。

实施例4：一种地层加固系统，包括钻机50、回拉及供电设备30和实施例2或3所述的地层加固装置10；钻机50将导向杆5从工作井7施作到接收井40，地层加固装置10安装在导向杆5上，位于接收井40内的注浆设备20向导向杆5内注浆的同时位于接收井40内的回拉及供电设备30对导向杆5进行回拉。

具体工作过程如下：S1：首先准备场地及物资并施作工作井7，然后在始发端工作井7内采用水平定向钻机50钻设导向杆5，且电缆沿导向杆外壁槽内布置，且间隔采用固定片固定，随导向杆向接收端（接收井40）铺设，直至导向杆施作完成，如图5所示。

S2：在接收端卸下导向钻头，将电缆与供电装置连接，并连接回拉装置及注浆设备20；在始发端，导向杆端部连接地层加固装置10，导向杆回拉的同时搅拌叶片通过电缆供能搅拌，在搅拌的同时，注浆设备注入水泥浆液到达注浆管，通过注浆管旋转扩散的水泥浆液与地层土体被叶片搅拌形成加固结构，加固结构沿导向杆回拉路径形成加固体9，如图6、7所示。

S3：重复S1-S2步骤，通过地层加固装置形成排状咬合加固体9，如图8所示，加固体9远离既有建筑（构）物8，满足地层加固范围要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。