一种流态固化土溶洞填筑置换施工系统的制作方法

本发明涉及工程建筑施工，更具体地说，是涉及一种流态固化土溶洞填筑置换施工系统。

背景技术：

1、地下工程的建设施工，如地铁、地下建筑等的施工，遇到土洞、溶洞等不规则地下密封及异形空间的可能性增大，频次增加，为了地下工程的安全、建筑强度等，需要采用低标号混凝土或水泥砂浆进行回填。

2、现有的溶洞回填施工主要是通过砂砾、二灰土等材料进行分层碾压、夯实，需要使用级配良好的砂性土或砂石才能得到较高的干密度和较好的力学特性，或者是采用低等级混凝土、砂浆进行回填。在回填过程中，还需要针对溶洞的内容物进行分类进行分层填充：全充填溶洞则需要采用注水泥浆进行填充加固；半充填溶洞需要根据高度分别采用注水泥浆、注水泥砂浆、c15素砼填充+注水泥浆进行填充加固；无充填溶洞需要根据高度不同分别采用注水泥浆、注水泥砂浆、c15素砼填充+注水泥浆进行填充加固。

3、上述的溶洞回填施工方式一方面采用大量的建筑材料进行回填，材料成本过高，另一方面，分层回填的注浆施工方法对压力与流量的控制要求高，遇到形状不规则、狭窄、回填深度大的溶洞，难以充分填充溶洞，形成不均匀的填充体，甚至出现空隙的情况，影响溶洞回填质量。此外，实际施工时需填充的溶洞通常在空腔下方均存在地下水与沉底泥浆，采用直接灌注回填的施工方式，灌注材料易直接冲击在地下水与沉底泥浆上导致回填材料离散、稀释、不成型，最终导致形成的填充体不均匀，影响注浆质量。

4、这种情况下，为达到溶洞填充物的均匀性技术效果，设计有一种溶洞置换填筑施工工艺，在填筑溶洞的过程中，不断抽取溶洞不均匀的浆液，最终令溶洞内填充物均为均匀的浆液的固化产物。

技术实现思路

1、为了实现置换式填筑溶洞的施工工艺，本发明提供一种流态固化土溶洞填筑置换施工系统，在实现流态固化土的自动化生产的同时，满足填筑溶洞并抽取溶洞不均匀的浆液的施工工艺，充分利用流态固化土的流动性与自密实性，为抽取溶洞不均匀浆液提供可行性，且能够切实、均匀、稳定地填筑溶洞，使得溶洞的填充物均匀，保证溶洞填筑质量。

2、本发明技术方案如下所述：

3、一种流态固化土溶洞填筑置换施工系统，包括控制系统、流态固化土制备设备及灌注设备，流态固化土制备设备与灌注设备均与控制系统连接并受到控制系统的控制，流态固化土制备设备与灌注设备连通，流态固化土制备设备制成的流态固化土自流态固化土制备设备流经灌注设备回填溶洞；

4、控制系统通过感应器获得各个流态固化土制备设备的重量数据，根据预设数据控制流态固化土制备设备中的上料设备的工作状态，定时、定量地制备出相同配合比的流态固化土；

5、控制系统通过感应器获得各个灌注设备的重量数据，根据预设数据控制灌注设备的注浆、抽浆动作，使得灌注设备循环若干次向溶洞底部填筑流态固化土与抽取溶洞上部浆液的动作。

6、本发明利用流态固化土填筑溶洞，在该过程中，为了令溶洞填充物均匀性提高，在分层灌注流态固化土的间歇期间，抽取溶洞上部浆液，并将其作为流态固化土的原料，最终反灌注入溶洞中，如此，即能够达到溶洞填充物均匀，保证填筑质量，也降低了工程材料成本，对环境友好。

7、而在这个过程中，为了实现自动化控制，设置流态固化土溶洞填筑置换施工系统，在该系统中，设置用于控制各个设备运作的控制系统、用于生产制备流态固化土的流态固化土制备设备及将流态固化土灌注入溶洞底部的灌注设备。

8、由于该施工方式利用了流态固化土的流动性与可临时配置性能的特点，为了实现流态固化土能够填筑溶洞并在灌注过程中抬高溶洞原内容物，因此流态固化土的比重较大，故而采用重量作为控制系统控制各个设备的指标参数，在各个环节位置设置重量传感器，以获得控制用的重量数据。

9、上述的一种流态固化土溶洞填筑置换施工系统，流态固化土溶洞填筑置换施工过程包括

10、步骤s1.准备并连接施工设备；

11、步骤s2.送料并根据设定标准制备流态固化土；

12、步骤s3.流态固化土运输至灌注孔注入溶洞底部；

13、步骤s4.在注入一定量的流态固化土后停止，自抽浆孔抽取溶洞上部浆液，并以溶洞上部浆液为原料之一制备流态固化土；

14、步骤s5.通过灌注孔向溶洞底部注入流态固化土；

15、步骤s6.重复步骤s4～步骤s5，直至抽取的溶洞上部浆液的比重与流态固化土的比重相同或相近，停止抽取溶洞上部浆液，并继续灌注流态固化土至溶洞设计高度要求。

16、本发明使用流态固化土填筑溶洞的施工方式包括：利用施工现场就地取材，使用流态固化土制备设备生产流态固化土，利用流态固化土的流动性与强度，向溶洞底部灌注流态固化土，以抬高溶洞原内容物有地下水与沉底泥浆，使得地下水、沉底泥浆及部分前期灌注的流态固化土成为溶洞上部浆液，将溶洞上部浆液抽取出并将其作为流态固化土的原材料，重复利用生产流态固化土继续回填溶洞。通过不断地抽取与灌注，将溶洞的内容物全部置换出，回填低成本、比重相同或相近的流态固化土，使得回填溶洞的填充体均匀且不产生空隙，保证溶洞回填质量。

17、上述的一种流态固化土溶洞填筑置换施工系统，流态固化土制备设备包括放置流态固化土的原料的原料池与产生流态固化土的搅拌设备，流态固化土的原料经混合后形成流态固化土混合原料，流态固化土混合原料经过上料设备运输至搅拌设备，根据预设的配合比，搅拌设备中添加固化剂搅拌均匀后形成流态固化土。

18、流态固化土是一种新型的岩土工程材料，其原料为就地取土或其他工矿业废弃物，根据工程需要，掺入与岩土特性相适应的专用特殊胶凝材料(即固化剂)、必要的水及外加剂，通过特定的搅拌机进行拌合均匀，形成可以通过管道输送或泵送、可浇筑施工的混合料，经浇筑或填筑、养护后，固化成为具有一定强度、水稳定性、低渗透性及保持长期稳定的工程材料。

19、进一步的，原料池内放置制备流态固化土的原料，流态固化土的原料包括溶洞上部浆液、土材及水，不同的建材放置在不同的存储空间内，不同的存储空间之间通过上料结构连接，上料结构与控制系统连接并受到控制系统的控制，控制系统控制上料结构的工作状态，使得溶洞上部浆液、土材及水混合并经翻搅后形成固定比重的流态固化土混合原料。

20、流态固化土制备设备输出的流态固化土的比重恒定，为了避免在搅拌设备完成原料的配合比，增加搅拌设备的复杂性，提高安全性(例如可能会造成某一成分用量超过设定量，导致需要按照配比添加其他的成分，最终导致搅拌设备内原料超过安全容量等)，需要在原料池完成对原料的配置，即调整溶洞上部浆液、土材及水的配比，令其形成固定比重的流态固化土混合原料。如此，令控制系统控制连接放置溶洞上部浆液、土材及水的不同的存储空间之间的上料结构的工作状态，通过上料结构的工作与关闭，使得混合在一起的溶洞上部浆液、土材及水的比例的不同，从而形成固定比重的流态固化土混合原料。

21、再进一步的，原料池内设置比重计量装置，比重计量装置将原料池内原料的实时比重数据发送至控制系统，控制系统根据预设的配比数据，启动或关闭与原料池与放置土材或放置水的存储空间连通的上料结构，分别控制进入原料池的土材与水的量，使得原料池内比重计量装置传输的实时比重数据达到控制系统的预设数据，控制系统输出控制信号关闭与原料池与放置土材或放置水的存储空间连通的上料结构。

22、原料池内设置比重计量装置与翻搅装置，翻搅装置令原料池内的原料混合均匀，比重加量装置与控制系统连接并发送实时的比重数据至控制系统，控制系统接收比重数据后，经对比，输出控制信号控制上料结构的工作状态，令原料池内的溶洞上部浆液、土材及水形成的混合物的比重(即接收的实时比重数据)达到预设值，最终形成固定比重的流态固化土混合原料。

23、进一步的，搅拌设备包括搅拌机，搅拌机与原料池通过渣浆泵连通，搅拌机与固化剂存储空间通过传输设备连通，渣浆泵、传输设备均与控制系统连接并受到控制系统的控制，渣浆泵设置重量计量装置，传输设备的末端设置重量计量装置，重量计量装置与控制系统连接并发送实时重量信号至控制系统。

24、搅拌机将流态固化土混合原料与固化剂实现混合，该混合过程受到控制系统的控制。控制系统根据重量计量装置获得进入搅拌机内部的流态固化土混合原料的重量与固化剂的重量，将其与预设数据进行比较，控制渣浆泵与传输设备的工作状态，达到控制搅拌机内物料固定重量与固定比重的效果。

25、上述的一种流态固化土溶洞填筑置换施工系统，灌注设备包括抽浆管与注浆管，抽浆管的底部位置随着溶洞内容物的高度变化而变化，注浆管的底部位置设置在溶洞的底部；

26、流态固化土制备设备与注浆管之间设置灌注泥浆泵，流态固化土制备设生产的流态固化土在灌注泥浆泵的作用下经注浆管流入溶洞底部；

27、放置流态固化土的原料的原料池与抽浆管之间设置抽浆泥浆泵，溶洞上部浆液在抽浆泥浆泵的作用下经抽浆管流入原料池。

28、进一步的，灌注设备还包括排气管，排气管的底部位置设置在溶洞上部浆液的上方。

29、溶洞内部存在物质，即溶洞内容物，常见的为地下水与沉底泥浆，均为可通过大型泥浆泵进行抽取的物质，抽浆泥浆泵设置在溶洞与原料池的浆料池之间，抽浆管为伸入溶洞内部的管路。间隔若干时间，使用测量绳等测量工具测出溶洞内容物的顶部位置后，将抽浆管深入溶洞上部浆液中，利用大型泥浆泵将其抽取至浆料池内。

30、注浆管是将流态固化土导入溶洞底部的通道，由于本发明需要将溶洞内容物置换出来，因此，注浆管的灌注一是要抬高溶洞中原有的内容物，如地下水与沉底泥浆，另一方面，流态固化土为回填溶洞的填充物材料，注浆管尽可能深入溶洞底部能够更好地将溶洞填充，因此，注浆管需要深入溶洞底部。

31、排气管是将溶洞内多余气体排出的通道，同时也对控制注浆、抽浆稳定性起到辅助作用，气体聚集在溶洞上部(保持溶洞内压力稳定)，其底部位置随着溶洞内容物的抬高而变化，因此排气管与抽浆管二者的底部位置均需要随着注浆进程的变化而变化。

32、进一步的，灌注泥浆泵设置重量计量装置或流量计量装置，重量计量装置或流量计量装置记录注入的流态固化土的实时用量，并发送至控制系统，若流态固化土的实时用量与控制系统预设的单位灌注用量相等，控制系统控制灌注泥浆泵停止工作。

33、进一步的，抽浆泥浆泵设置比重计量装置，比重计量装置发送溶洞上部浆液的实时比重数据至控制系统，控制系统将实时比重数据与流态固化土的比重数据进行对比，若溶洞上部浆液的实时比重数据小于流态固化土的比重数据，控制系统启动灌注泥浆泵；若溶洞上部浆液的实时比重数据与流态固化土的比重数据相等或相近，控制系统停止抽浆泥浆泵的工作，启动灌注泥浆泵直至溶洞设计高度要求。

34、溶洞回填采用分层压力灌注的方式，使得流态固化土能够被确切地被压实、渗透固结，并令流态固化土充分流动至溶洞底部各处，因此，灌注流态固化土需要分段进行。此外，由于本发明需要将溶洞上部浆液抽出，以提高溶洞填充物的均匀性，不能一次性灌注完毕，一次性将溶洞上部浆液抽取出，需要分步抽取，以放置流态固化土四散造成的不均匀现象未能被彻底清除。故而，需要设置感应装置，以控制单次流态固化土灌注的用量。而同时为了监控溶洞上部浆液是否能够达到与流态固化土等同比重的条件，抽取浆液的抽浆泥浆泵需要设置比重感应装置，以获取实时的溶洞上部浆液的比重数据，从而判断何时停止灌注流态固化土。

35、根据上述方案的本发明，其有益效果在于，

36、1.采用流态固化土交换回填溶洞的方式，在灌注的过程中抬高溶洞空腔下部的地下水与沉底泥浆的位置，并将其抽取制备成回填材料，最终以抽取的浆料的比重与制备的流态固化土的比重相等或相近为停止抽浆条件并继续灌注回填溶洞，从而保证回填溶洞的填充体的均匀性与质量，同时也避免了复杂、困难的溶洞地形勘探流程(溶洞内部的条件可能复杂，包括不规则的形状、大小不一的洞穴、岩石裂缝等，想要大致了解内部环境，需大范围勘探监测，但由于监测成本高而难以大范围应用)，节省了细致、复杂、成本高的地下勘探费用。

37、2.由于溶洞原有的内容物在回填溶洞施工过程中均会被置换而出，部分在前端工序注入的流态固化土也有可能被抽取置换出，如此，基本将所有影响溶洞填充物均匀性的因素均被抽取排除，故而在对流态固化土注入溶洞的控制上的要求难度降低，叠加流态固化土的比重较溶洞原有内容物的比重大，自身流动性佳，能够在重力以及自身物理化学反应的作用下实现自密实、自硬化，无需考虑流态固化土与其他物质冲击造成的不均匀问题，仅需要考虑流态固化土注浆时的稳定性，降低了对注浆工艺的压力与流量控制难度。

38、3.分层压力注浆，使得流态固化土形成的溶洞填充物能够被压实、渗透固结，且流态固化土自身具有优异的流动性、自密实性，能够确保溶洞内的全面填充，提高施工效率与地基稳定性。

39、4.对环境友好，填充溶洞的流态固化土的原料来源于施工现场及溶洞原有内容物，仅添加固化剂与水形成，制备过程与固化过程不产生有害物质，对地下环境影响较小，符合环保标准。

40、5.整体实施系统的控制系统通过重量计量装置与比重计量装置的反馈数据，能够自动利用溶洞原内容物生产流态固化土，也能够自动灌注流态固化土与抽取溶洞上部浆液，节省施工成本，提高施工效率。