注浆机械质量的好坏直接决定了注浆效果。注浆机械主要包括注浆泵、注浆管路以及止浆塞等。其中注浆泵是注浆机械的核心动力装备,大多数为容积泵,即通过改变腔体容积实现浆液的高压输送。注浆泵应根据所涉及的注浆终压和注浆流量来选择,注浆泵的额定工作压力要超过注浆设计中的注浆终压,注浆泵要有良好的耐磨、耐腐蚀性。
注浆机械
将浆液注入地层的动力装备。
- 英文名称
- grouting machinery
- 所属学科
- 土木工程
1876年,研究者用重力将硅酸盐水泥直接灌入滕斯托尔水坝的岩层地基中,并于1880~1905年设计了采用压缩空气为动力源的注浆设备。1886年,英国人研发了空气压缩机,由此诞生了气动注浆方式。1889年,德国人发明了双液注浆方式并申请相关专利,是现代双液注浆的先驱。1949年,研究者发布了双液混合注浆泵、单缸柱塞注浆泵、柱塞式注浆泵及隔膜双液注浆泵等注浆设备专利,为当时的注浆工程提供了先进的核心装备,并分别在1951年、1956年对专利进行了更新。
注浆机械可以按照注浆泵的不同进行分类。注浆泵主要分为柱塞式注浆泵、隔膜式注浆泵、挤压式注浆泵、正排量注浆泵和三角转子泵。
①柱塞式注浆泵是通过柱塞的往复运动完成吸浆和排浆工作,在进口和出口各设一个单向阀,起到防止浆液回流和起压的作用。柱塞式注浆泵分为单作用泵和双作用泵,柱塞在缸体内往复运动一次,在一侧吸入浆液并在另一侧排出,完成一次吸浆和排浆工作即为单作用泵;而柱塞在缸体内往复运动一次,在两侧都可以进行吸入和排除工作,完成两次吸浆和排浆工作,为双作用泵。市场主要应用的柱塞式注浆泵有手动柱塞泵、2TGZ系列泵(双液调速高压注浆泵)、YGZ系列(液动高压注浆泵)、KBY系列(全液压单缸双作用注浆泵)、BW系列(卧式单作用注浆泵)、SNS系列(单缸单作用卧式注浆泵)等。柱塞式注浆泵的密封系统比较完善,能够产生较高的压力,但是柱塞的往复工作方式带来的惯性力矩、惯性力的不平衡性造成柱塞泵结构中支撑件的惯性负荷加剧,容易引起设备整体的不稳定震动与噪声。此外,柱塞式注浆泵受限于缸体尺寸,一般情况下流量小,不能满足工程中需要大量浆液输送的情形。
②隔膜式注浆泵主要由传动部分和隔膜缸头两大部分组成,其中的关键零部件包括曲柄连杆机构、柱塞、液缸、隔膜等。隔膜式注浆泵的基本原理是通过隔膜的变形形成上下两室的容积来完成泵送工作,通过机械、气动或液压传动形式完成对隔膜的控制。具代表性的有BQG系列泵。
③挤压式注浆泵是靠滚轮加上的滚轮做行星转动挤压胶管将管内的浆液挤压出去,同时滚压过的胶管内形成真空吸入新的浆液,在滚轮连续滚动、挤压过程中完成浆液的吸入和排出。主要功能是水平及垂直输送灰浆,也适用于化工、电业原料,粉煤灰浆的输送,还具备公路路面维护中用于水泥砼路面板底脱空压浆等作业功能。具代表性的有HJB系列泵、JBY系列泵、GJB系列泵等。
④正排量注浆泵常见的类型如螺杆泵,主要工作部件是电机驱动的螺杆转子和固定的橡胶定子,当螺杆绕轴线自转同时与衬套内壁贴合,形成封闭的工作腔,通过螺杆的转动工作腔内的介质往出口方向不断推进,每圈一个螺距,最终液体劣质通过出口挤出泵体。正排量泵的脉动更小,特别是在低压下比柱塞泵保持的压力更为稳定。
⑤三角转子泵适用于地下工程高压注浆,转子在转动的同时可以做吸液和排液两种工作,一次回转完成三次吸浆排浆,实现持续稳定大流量输送,代表性型号有RTR系列泵。具有注浆泵体积小、流量大、效率高、结构简单、拆卸方便、便于维修、可实现无级调节等优点,可作为注浆泵广泛应用于各类隧道及地下工程预处理及灾害治理领域。
注浆机械的性能主要以注浆泵性能参数为指标。注浆泵的性能参数主要有输出流量、效率和扬程。注浆泵的输出流量是指注浆泵在单位时间内输送浆液的体积,是注浆泵输出性能的直接表现;注浆泵的效率是指注浆泵的输出功率与注浆泵轴功率之比,是注浆泵输出性能的重要指标;注浆泵的扬程是指能够扬水的高度,可近似表示为进出口压力差为浆液提供动力,是注浆泵工作性能的重要参数。