本发明涉及注浆工艺技术领域，具体为一种泵吸降压定向注浆设备和方法。
背景技术：
注浆是利用液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入地层的裂隙或孔隙，以改善地层的物理力学性质，达到加固、止水等目的的工程作业活动。注浆施工是地基处理和加固、建筑基坑帷幕堵漏中常见的施工方法。富水地区隧道修建过程中，突水涌水时有发生，是隧道修建过程中致灾的重要原因。注浆是治理突水涌水的常用方法之一。由于富水地层水流通道复杂，常规注浆实施后，注浆液受地下水流场作用，通常向流水通道下游流动，当注浆封堵方向与地下水流场方向相反时，注浆封堵效果欠佳，大部分注浆液会被地下水冲至下游；
现有的注浆装置主要为真空定向注浆装置，现有专利公开了申请号为：cn201521078447.7的一种真空定向注浆装置，包括：真空管和注浆管，所述注浆管间隔设置在所述真空管的周围；所述真空管和所述注浆管均为一端开口，一端封闭，所述真空管的管壁上设置有第一开孔；所述注浆管包括外管和内管，所述内管套设在所述外管内，且所述内管可在所述外管内上下移动；所述内管两端外侧均连接有封堵气囊，所述封堵气囊充气后可紧贴所述外管；所述外管的管壁上设置有第二开孔，所述内管的管壁上设置有第三开孔。采用该注浆装置，实现了定向和定点注浆，解决了现有技术中，由于注浆压力过大，土体产生劈裂裂缝，浆液随之沿着劈裂裂缝流失，起不到有效加固或封堵作用的问题；
而用于土层加固注浆的真空定向装置在富水区隧道工程中无法使用。原因1：土层注浆无需抵御高外水压力，封堵气囊可以实现充气密闭，但富水区隧道工程注浆压力一般大于3mpa，最大可达10mpa以上，封堵气囊无法实现注浆管密封。原因2：地下工程突涌水，一般地下水压力高，流量大，需采用速凝水泥浆液注浆封堵，采用速凝水泥后，管道内水泥浆液粘性迅速增加，带来的阻力也成倍增加，该方案中注浆管内外管很难实现上下移动。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种泵吸降压定向注浆设备，解决了富水地区溶腔管道突涌水治理中，向溶腔上游方向定向注浆的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种泵吸降压定向注浆设备，包括富水地层，所述富水地层的内部设置有溶腔管道，所述溶腔管道的中上游端连通有第一输液管，所述第一输液管远离溶腔管道的一端连通有第一减压水泵，所述溶腔管道的上游端连通有第二输液管，所述第二输液管远离溶腔管道的一端连接有第二减压水泵，所述溶腔管道的中下端连通有注入管道，所述注入管道远离溶腔管道的一端连通有第一支管和第二支管，所述第一支管远离注入管道的一端连通有第一水泥注浆泵，所述第二支管远离注入管道的一端连通有速凝剂泵，所述第一支管的表面设置有压力传感器，所述第二支管的表面设置有流量传感器，所述流量传感器的输出端固定连接有控制终端计算机，所述溶腔管道的下游管道内设置有下游通道阻塞装置，所述下游通道阻塞装置的表面连接有第三输液管，所述第三输液管远离下游通道阻塞装置的一端固定连接有第二水泥注浆泵，所述控制终端计算机分别与压力传感器、流量传感器、第一水泥注浆泵和速凝剂泵电性连接。
优选的，所述第一输液管、第二输液管、第一支管和第二支管的表面均设置有电控阀门。
一种泵吸降压定向注浆的方法，包括以下步骤：
s1：现场勘察，测量突涌水孔的水压和流量，溶腔管道尺寸范围；
s2：在控制终端计算机内，输入水压、注入流量、设计注入距离和溶腔管道尺寸范围等参数，得到速凝剂注入量和水泥注入量的关系，以及注浆压力控制范围；
s3：将注入管道与第一水泥注浆泵和速凝剂泵连接，并在管道上布置流量传感器、压力传感器和电控阀门；
s4：在溶腔管道上游位置钻孔，放置第一减压水泵和第二减压水泵，减压水泵可根据注浆设计距离的长短而增加或者减少；
s5：在溶腔管道下游位置钻孔，放置下游通道阻塞装置，打开所有减压水泵，通过第二水泥注浆泵并向阻塞装置中注入水泥浆，该装置滤水后，形成水泥栓塞，阻断下游方向流动通道，然后关闭第二水泥注浆泵；
s6：关闭第二减压水泵，开启第一减压水泵，然后打开第一水泥注浆泵，向溶腔管道内注浆，当第一减压水泵排出水泥浆时，开启速凝剂泵，此时，控制终端计算机依据设定值，自动控制水泥流量和速凝剂流量，从而形成速凝水泥浆液，当第一减压水泵排出粘稠水泥浆时，说明速凝水泥浆液已经充满第一水泥注浆泵与第一减压水泵之间的溶腔管道；
s7：打开第二减压水泵，然后逐渐关闭第一减压水泵，保持速凝水泥浆液注入流量，当第二减压水泵排出更为粘稠的水泥浆甚至膏状体时，关闭第二减压水泵，然后注浆降低注入流量，并保持一段时间，确保速凝水泥浆液完全凝固；
s8：移除减压水泵，检验封堵效果。
优选的，所述富水地层的内部开设有放置第一输液管、第二输液管、注入管道和第三输液管的通槽。
优选的，所述下游通道阻塞装置的表面为滤水材料。
优选的，所述第一减压水泵和第二减压水泵为同一种减压水泵。
(三)有益效果
传统注浆方法很难实现溶腔管道内向上游定向注浆。本发明提供了一种泵吸降压定向注浆设备。具备以下有益效果：
(1)、该泵吸降压定向注浆设备，通过设置第一减压水泵和第二减压水泵，改变溶腔管道内局部压力梯度，引导注浆液向溶腔管道上游流动，从而解决了富水地区溶腔管道突涌水治理中，向溶腔上游方向定向注浆的问题，通过设置下游通道阻塞装置、第二水泥注浆泵和第三输液管，能够阻塞下游通道，从而避免浆液向下游流动。
(2)、该泵吸降压定向注浆设备，通过设置速凝水泥浆液，使溶腔管道的速凝水泥浆液能够迅速凝固，从而避免了浆液被地下水冲蚀，通过采用控制终端计算机调节速凝剂和水泥配比，实现速凝水泥浆液凝固时间定量控制，使速凝水泥浆液的浓度达到更加精确的控制，从而使溶腔上游方向定向注浆的效果更好。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1富水地层、2溶腔管道、3第一输液管、4第一减压水泵、5第二输液管、6第二减压水泵、7注入管道、8第一支管、9第二支管、10第一水泥注浆泵、11速凝剂泵、12压力传感器、13流量传感器、14控制终端计算机、15下游通道阻塞装置、16第三输液管、17第二水泥注浆泵、18电控阀门。
具体实施方式
以下实施例所用材料，方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料，方法和仪器，本领域普通技术人员均可通过商业渠道获得。
在本发明以下的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”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和简化描述，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。
在本发明以下的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明以下的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。
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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种泵吸降压定向注浆设备，包括富水地层1，富水地层1的内部设置有溶腔管道2，溶腔管道2的中上游端连通有第一输液管3，第一输液管3远离溶腔管道2的一端连通有第一减压水泵4，溶腔管道2的上游端连通有第二输液管5，第二输液管5远离溶腔管道2的一端连接有第二减压水泵6，第一减压水泵4和第二减压水泵6为同一种减压水泵，通过设置第一减压水泵4和第二减压水泵6，改变溶腔管道2内局部压力梯度，引导注浆液向溶腔管道2上游流动，从而解决了富水地区溶腔管道突涌水治理中，向溶腔上游方向定向注浆的问题，其中可以不设置减压水泵，但需要注入压力非常大的注浆泵，操作困难，能耗大，且高压设备容易有安全隐患；溶腔管道2的中下端连通有注入管道7，注入管道7远离溶腔管道2的一端连通有第一支管8和第二支管9，第一输液管3、第二输液管5、第一支管8和第二支管9的表面均设置有电控阀门18，第一支管8远离注入管道7的一端连通有第一水泥注浆泵10，第二支管9远离注入管道7的一端连通有速凝剂泵11，第一支管8的表面设置有压力传感器12，第二支管9的表面设置有流量传感器13，流量传感器13的输出端固定连接有控制终端计算机14，通过采用控制终端计算机14、压力传感器12、流量传感器13、第一水泥注浆泵10和速凝剂泵11调节速凝剂和水泥配比，实现速凝水泥浆液凝固时间定量控制，使速凝水泥浆液的浓度达到更加精确的控制，从而使溶腔上游方向定向注浆的效果更好，溶腔管道2的下游管道内设置有下游通道阻塞装置15，下游通道阻塞装置15的表面为滤水材料，下游通道阻塞装置15的表面连接有第三输液管16，第三输液管16远离下游通道阻塞装置15的一端固定连接有第二水泥注浆泵17，通过设置下游通道阻塞装置15、第二水泥注浆泵17和第三输液管16，能够阻塞下游通道，从而避免浆液向下游流动，控制终端计算机14分别与压力传感器12、流量传感器13、第一水泥注浆泵10和速凝剂泵11电性连接，富水地层1的内部开设有放置第一输液管3、第二输液管5、注入管道7和第三输液管16的通槽。
一种泵吸降压定向注浆的方法，包括以下步骤：
s1：现场勘察，测量突涌水孔的水压和流量，溶腔管道2尺寸范围；
s2：在控制终端计算机14内，输入水压、注入流量、设计注入距离和溶腔管道2尺寸范围等参数，得到速凝剂注入量和水泥注入量的关系，以及注浆压力控制范围；
s3：将注入管道7与第一水泥注浆泵10和速凝剂泵11连接，并在管道上布置流量传感器13、压力传感器12和电控阀门18；
s4：在溶腔管道2上游位置钻孔，放置第一减压水泵4和第二减压水泵6，减压水泵可根据注浆设计距离的长短而增加或者减少；
s5：在溶腔管道2下游位置钻孔，放置下游通道阻塞装置15，打开所有减压水泵，通过第二水泥注浆泵17并向阻塞装置中注入水泥浆，该装置滤水后，形成水泥栓塞，阻断下游方向流动通道，然后关闭第二水泥注浆泵17；
s6：关闭第二减压水泵6，开启第一减压水泵4，然后打开第一水泥注浆泵10，向溶腔管道2内注浆，当第一减压水泵4排出水泥浆时，开启速凝剂泵11，此时，控制终端计算机14依据设定值，自动控制水泥流量和速凝剂流量，从而形成速凝水泥浆液，通过设置速凝水泥浆液，使溶腔管道2内的速凝水泥浆液能够迅速凝固，从而避免了浆液被地下水冲蚀，当第一减压水泵4排出粘稠水泥浆时，说明速凝水泥浆液已经充满第一水泥注浆泵10与第一减压水泵4之间的溶腔管道2；
s7：打开第二减压水泵6，然后逐渐关闭第一减压水泵4，保持速凝水泥浆液注入流量，当第二减压水泵6排出更为粘稠的水泥浆甚至膏状体时，关闭第二减压水泵6，然后注浆降低注入流量，并保持一段时间，确保速凝水泥浆液完全凝固；
s8：移除减压水泵，检验封堵效果。
综上所述，该泵吸降压定向注浆设备，通过设置第一减压水泵4和第二减压水泵6，改变溶腔管道2内局部压力梯度，引导注浆液向溶腔管道2上游流动，从而解决了富水地区溶腔管道突涌水治理中，向溶腔上游方向定向注浆的问题，通过设置下游通道阻塞装置15、第二水泥注浆泵17和第三输液管16，能够阻塞下游通道，从而避免浆液向下游流动。
同时，通过设置速凝水泥浆液，使溶腔管道2内的速凝水泥浆液能够迅速凝固，从而避免了浆液被地下水冲蚀，通过采用控制终端计算机14调节速凝剂和水泥配比，实现速凝水泥浆液凝固时间定量控制，使速凝水泥浆液的浓度达到更加精确的控制，从而使溶腔上游方向定向注浆的效果更好。
该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220v市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。