一种针对土壤和地下水修复的阻隔墙施工装置及方法与流程

本发明涉及土壤环境修复领域，特别是涉及一种针对土壤和地下水修复的阻隔墙施工装置及方法。

背景技术：

土壤修复是使遭受污染的土壤恢复正常功能的技术措施，在土壤修复行业，已有的土壤修复技术达到一百多种，常用技术也有十多种，大致可分为物理、化学和生物三种方法，20世纪80年代以来，世界上许多国家特别是发达国家均制定并开展了污染土壤治理与修复计划，因此也形成了一个新兴的土壤修复行业。我国是全球土壤污染最严重的国家之一，根据2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》，中国土壤环境状况总体不容乐观，全国土壤污染超标率达16.1％，在工矿业废弃地土壤环境问题突出的同时，耕地土壤环境质量更加堪忧，面对土壤污染的严峻局面，国家立法速度明显加快，环保部除了在新《环境保护法》中增加了土壤修复的内容外，日前又公布了新的《土壤环境质量标准(征求意见稿)》，《土壤污染防治行动计划》(简称“土十条”)的制定实施也被提上日程，土壤大范围污染超标加上国家立法的推动，业内预计将催生万亿级土壤修复市场，然而与早已展开的空气和水污染治理相比，土壤修复却还在起步阶段，土壤修复具有迫切性，土壤修复领域的技术亟待突破。针对土壤修复所进行的阻隔墙施工，是土壤妥善修复的前提，然而，目前阻隔墙的施工存在浆液注入量不准确，桩间距离调整困难，针对特定不同含水率的土壤的施工针对性不强，对冬季极寒天气的适用性不强等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种针对土壤和地下水修复的阻隔墙施工装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高施工精度并增强阻隔墙施工装置的场地和气候的适应性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种针对土壤和地下水修复的阻隔墙施工装置及方法，其中，一种针对土壤和地下水修复的阻隔墙施工装置，包括中控室、固化剂储罐、溶液储罐、添加剂储罐、蒸汽储罐、蒸汽发生器以及立式储水罐，与中控室电性连接的立式四轴叶片式搅拌釜和三轴并联套筒式螺旋搅拌桩；

所述固化剂储罐，溶液储罐和添加剂储罐分别通过独立管道与立式四轴叶片式搅拌釜连接，每根独立管道分别依次安装有电磁阀，流量泵和流量计，所述电磁阀，流量泵和流量计分别与中控室电性连接，经中控室进行投加量的控制；

所述的蒸汽发生器通过独立管道与蒸汽储罐连接，所述蒸汽发生器产生的高温水蒸汽经独立管道储存于蒸汽储罐中，所述蒸汽发生器与蒸汽储罐之间的独立管道上依次安装有电磁阀和风机，所述电磁阀和风机与中控室电性连接，蒸汽储罐为双层真空不锈钢隔热储罐；

所述蒸汽储罐和立式储水罐分别通过独立管道与三轴并联套筒式螺旋搅拌桩连接，每根独立管道均安装有电磁阀和流量泵，所述电磁阀和流量泵分别与中控室电性连接。

优选的，所述立式四轴叶片式搅拌釜内安装有两组立式四轴搅拌桨，所述四轴搅拌桨包括四根搅拌桨轴，四根所述搅拌桨轴对称错落设置，所述搅拌桨轴上安装有电机，所述搅拌桨轴上的电机与中控室电性连接，所述搅拌桨轴上安装有两个对称设置的六页斜桨。

优选的，所述三轴并联套筒式螺旋搅拌桩包括三根并联安装的螺旋轴，所述螺旋轴上由上而下依次安装有传动电机，齿轮盘和套筒，所述传动电机通过传动轴与螺旋轴轴接，所述中控室与传动电机电性连接，所述中控室控制传动电机实现三轴并联套筒式螺旋搅拌桩的纵向移动，所述齿轮盘通过轴承安装在螺旋轴上部，所述套筒安装在齿轮盘的下部，所述齿轮盘的两端分别啮合连接有齿轮导轨，所述齿轮盘上安装有齿轮电机，所述齿轮盘上的齿轮电机与中控室电性连接，所述中控室控制齿轮盘实现对三轴并联套筒式螺旋搅拌桩横向位移的精确控制。

优选的，所述套筒的顶部密闭并固接在齿轮盘的底部，所述套筒与立式四轴叶片式搅拌釜之间连接有浆液管道，所述套筒与蒸汽储罐之间连接有蒸汽管道，所述套筒与立式储水罐之间连接有给水管道。

优选的，所述蒸汽储罐和立式储水罐分别通过独立管道与套筒的顶部相连接。

一种针对土壤和地下水修复的阻隔墙施工方法，所述方法为将固化药剂与特殊配比的溶液按照一定的质量比从各自储罐中泵送进入立式四轴叶片式搅拌釜中进行混合制备固化剂浆液，随后浆液被流量泵送进套筒内，利用螺旋轴将浆液注入土壤深处。

优选的，所述方法中，当遇到含水率较低的土壤时，则通过套筒上的给水管道从立式储水罐向土壤中注水，调节土壤含水率；在冬季极寒天气下作业时，会遇到因土壤冻结导致现场作业困难，则将水蒸汽注入套筒内，使得冻结土壤融化。

优选的，所述固化药剂为粉末状改性硅酸盐材料。

优选的，所述特殊配比的溶液为添加了相关药剂的水溶液。

优选的，所述固化药剂与特殊配比的溶液的质量比范围为0.1～1.0。

与现有技术相比，本发明具体的有益效果为：(1)螺旋搅拌桩的纵向插拔通过电机控制，横向位移通过齿轮导轨控制，浆液量、水蒸气和水的注入均通过精密流量泵控制，施工精度大大提高；(2)通过向螺旋搅拌桩套筒中注水和水蒸气，提高了阻隔墙施工装置的场地和气候适应性。

附图说明

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。

图1为本发明中针对土壤和地下水修复的阻隔墙施工装置的结构示意图；

图2为本发明中套筒式螺旋搅拌桩的结构示意图；

图3为本发明中六页斜桨的结构示意图；

图4为本发明中搅拌桨轴的结构示意图；

其中，1为固化剂储罐，2为溶液储罐，3为添加剂储罐，4为电磁阀，5为流量泵，6为流量计，7为立式四轴叶片式搅拌釜，8为中控室，9为风机，10为蒸汽发生器，11为立式储水罐，12为蒸汽储罐，13为三轴并联套筒式螺旋搅拌桩，14为齿轮导轨，15为传动电机，16为齿轮盘，17为螺旋轴，18为套筒，19为六页斜桨，20为搅拌桨轴，21为浆液管道，22为蒸汽管道，23为给水管道。

具体实施方式

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。

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。

实施例1

参照图1-4，本发明提供一种针对土壤和地下水修复的阻隔墙施工装置，包括中控室8、固化剂储罐1、溶液储罐2、添加剂储罐3、蒸汽储罐12、蒸汽发生器10以及立式储水罐11，与中控室8电性连接的立式四轴叶片式搅拌釜7和三轴并联套筒式螺旋搅拌桩13；

所述固化剂储罐1，溶液储罐2和添加剂储罐3分别通过独立管道(图中未标出)与立式四轴叶片式搅拌釜7连接，每根独立管道分别依次安装有电磁阀4，流量泵5和流量计6，所述电磁阀4，流量泵5和流量计6分别与中控室8电性连接，经中控室8进行投加量的控制；

所述的蒸汽发生器10通过独立管道与蒸汽储罐12连接，所述蒸汽发生器10产生的高温水蒸汽经独立管道储存于蒸汽储罐12中，所述蒸汽发生器10与蒸汽储罐12之间的独立管道上依次安装有电磁阀4和风机9，所述电磁阀4和风机9与中控室8电性连接，蒸汽储罐12为双层真空不锈钢隔热储罐；

所述蒸汽储罐12和立式储水罐11分别通过独立管道与三轴并联套筒式螺旋搅拌桩13连接，每根独立管道均安装有电磁阀4和流量泵5，所述电磁阀4和流量泵5分别与中控室8电性连接。

所述立式四轴叶片式搅拌釜7内安装有两组立式四轴搅拌桨(图中未标出)，所述四轴搅拌桨包括四根搅拌桨轴20，四根所述搅拌桨轴20对称错落设置，所述搅拌桨轴20上安装有电机(图中未显示)，所述搅拌桨轴20上的电机与中控室8电性连接，所述搅拌桨轴20上安装有两个对称设置的六页斜桨19。

所述三轴并联套筒式螺旋搅拌桩13包括三根并联安装的螺旋轴17，所述螺旋轴17上由上而下依次安装有传动电机15，齿轮盘16和套筒18，所述传动电机15通过传动轴与螺旋轴17轴接，所述中控室8与传动电机15电性连接，所述中控室8控制传动电机15实现三轴并联套筒式螺旋搅拌桩13的纵向移动，所述齿轮盘16通过轴承安装在螺旋轴17上部，所述套筒18安装在齿轮盘16的下部，所述齿轮盘16的两端分别啮合连接有齿轮导轨14，所述齿轮盘16上安装有齿轮电机(图中未显示)，所述齿轮盘16上的齿轮电机与中控室8电性连接，所述中控室8控制齿轮盘16实现对三轴并联套筒式螺旋搅拌桩13横向位移的精确控制。

所述套筒18的顶部密闭并固接在齿轮盘16的底部，所述套筒18与立式四轴叶片式搅拌釜7之间连接有浆液管道21，所述套筒18与蒸汽储罐12之间连接有蒸汽管道22，所述套筒18与立式储水罐11之间连接有给水管道23。

所述蒸汽储罐12和立式储水罐11分别通过独立管道与套筒18的顶部相连接。

一种针对土壤和地下水修复的阻隔墙施工方法，所述方法为将固化药剂与特殊配比的溶液按照一定的质量比从各自储罐中泵送进入立式四轴叶片式搅拌釜7中进行混合制备固化剂浆液，随后浆液被流量泵5送进套筒18内，利用螺旋轴17将浆液注入土壤深处。

所述方法中，当遇到含水率较低的土壤时，则通过套筒18上的给水管道23从立式储水罐11向土壤中注水，调节土壤含水率；在冬季极寒天气下作业时，会遇到因土壤冻结导致现场作业困难，则将水蒸汽注入套筒18内，使得冻结土壤融化。

所述固化药剂为粉末状改性硅酸盐材料。

所述特殊配比的溶液为添加了相关药剂的水溶液。

所述固化药剂与特殊配比的溶液的质量比范围为0.1～1.0。

实施例2

以安徽某场地为例，基于水文地质勘探结果，得到阻隔墙施工深度和土壤特性，确定固化剂浆液中固化剂与溶液的质量比为0.5，阻隔墙深度为13m，1000kg的固化剂和2000kg的溶液分别存储于固化剂储罐1和溶液储罐2中，经电磁阀4，流量泵5和流量计6控制，通过独立管道输送进立式四轴叶片式搅拌釜7中。

立式四轴叶片式搅拌釜7内的搅拌桨轴20的转速设定为100r/min；四个搅拌桨轴20的方向设定为：纵向两个为顺时针，横向两个搅拌桨轴20设定为逆时针；搅拌时间为30min，搅拌桨轴20上安装有电机，通过中控室8控制搅拌桨轴20的转速和搅拌方向。立式四轴叶片式搅拌釜7底部有浆液管道21与三轴并联套筒式螺旋搅拌桩13的套筒18连接，浆液管道21靠近搅拌釜的一端安装有流量泵5和电磁阀4，通过中控室8将固化剂浆液泵送至对应的三轴并联套筒式螺旋搅拌桩13内部，浆液的流量为100l/min。

三轴并联套筒式螺旋搅拌桩13的长度为15m，通过齿轮盘16和齿轮导轨14设定三根筒式螺旋搅拌桩的轴间距为50cm，套筒18内径为50cm，内部的螺旋轴17的公称直径为35cm，螺旋轴17的转动速度为20r/min，横向移动速度为0.5m/min，纵向移动速度为0.5m/min，随着搅拌桩纵向移动，螺旋轴17上的叶片破碎土壤，套筒18内的固化剂浆液则与破碎后的土壤进行混合，螺旋轴17向下移动的同时将土壤与浆液的混合物注入场地，最终完成阻隔墙施工。

同时，考虑到该场地土壤的含水率要求，采用立式储水罐11对搅拌桩内的土壤给水，调节土壤含水率，给水流量为20l/min，立式储水罐11与三轴并联套筒式螺旋搅拌桩13采用给水管道23连接，给水管道23的储水罐侧安装有流量泵5和流量计6，中控室8对给水量进行控制。

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。

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。