一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置及方法

技术领域

本发明涉及一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置及方法，属于市政工程管道修复技术领域。

背景技术

随着城市建设的发展，大直径混凝土污水管道广泛应用于地下排水管网中。由于施工质量差、管道老化、负载过大或地质沉降等原因，管道投入使用后会出现裂缝，导致渗漏事故发生，需要及时修复。管道修复方式分为开挖修复和非开挖修复两类，目前，后者已俨然成为管道修复的潮流。

当前，混凝土污水管道非开挖修复技术主要有注浆法、短管置换法和内衬法，其中内衬法又包括局部树脂固化法、紫外光固化法、原位固化法、螺旋缠绕法和不锈钢双胀环法等。部分专利针对性地开发了修复装置，但现有技术方案大多需要人工进入管道内部修复，安全风险高；难以在水流和淤泥环境中作业，需隔断水流，影响正常排水；修复效果不佳，易出现二次渗漏；尚不能良好地解决混凝土污水管道裂缝渗漏水问题。因此，亟待发明新的施工方法及装置以解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置及方法，以解决大直径混凝土污水管道渗漏修复难、作业环境复杂、安全风险高的技术问题。

本发明采取的技术方案为：一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置，包括车身、动力及传动机构、信号与通信机构、行走及固定机构、液氮冻结机构、灌浆机构、清淤机构以及辅助机构，所述动力及传动机构、所述信号与通信机构、所述行走及固定机构、所述液氮冻结机构、所述灌浆机构、所述清淤机构以及所述辅助机构均安装在所述车身上，所述动力及传动机构、所述行走及固定机构、所述液氮冻结机构、所述灌浆机构、所述清淤机构以及所述辅助机构均通过所述信号与通信机构远程连接有同一个远程控制系统；

所述动力及传动机构用于提供动力，所述信号与通信机构用于通信，所述行走及固定机构用于在污水管道内部行走和固定，所述液氮冻结机构用于冻结裂缝周围土体，所述灌浆机构用于灌浆，所述清淤机构用于清除污水管道内部的淤泥，所述辅助机构包括摄像头和照明灯，所述摄像头与所述信号与通信机构信号连接。

优选的，所述行走及固定机构包括主轮、辅轮以及支腿，所述主轮安装在所述车身的下方，所述辅轮安装在车身的前后两侧的两端，所述支腿安装在所述车身前进方向的两侧。

优选的，液氮冻结机构包括固定在车身上的液氮存储仓，所述液氮存储仓连接有液氮冻结器，所述液氮冻器的上方通过可调液氮供液管连接有液氮冻结钢花管，所述液氮冻器的上方还连接有钻头。

优选的，所述灌浆机构包括固定在所述车身上的搅拌机，所述搅拌机连接有压浆泵，所述压浆泵通过送料管连接有注浆头，所述注浆头固定在所述车身的上方；还包括安装在车身上的圆弧钢模板、气囊、弯扁凿以及夹钳。

优选的，所述清淤机构包括固定在所述车身底部的可调清淤刮以及转动连接在所述车身底部的辊刷。

本发明还包括一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复方法，包括以下步骤，

步骤一：利用视频成像定位裂缝渗漏处，远程遥控将下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置移动至渗漏处，并将支腿支撑在管壁，根据水流大小和需要决定是否将辅轮收回；

步骤二：调节钻头对准裂缝进行钻孔后，将液氮冻结钢花管伸入裂缝上方土体，并注入液氮冻结裂缝附近区域土体，实现封水；

步骤三：用弯扁凿剔凿裂缝和小部分已冻结土体，使之形成上大下小的楔形空间，并用活动夹钳将镂空衬砌钢板放置好；

步骤四：调节灌浆机构，使圆弧钢模板对准并覆盖裂缝，对气囊充气使裂缝形成密闭空间，灌注具有抗渗、微膨胀、自密实、早强性能的高强度成品灌浆料填实裂缝空间；

步骤五：待灌浆料达到一定强度后，利用预留的注浆管向灌浆料背后注入适量水泥浆，确保裂缝空间饱满密实，强化堵水效果。

本发明的有益效果：

1.与现有技术相比，本发明可在带水流和淤泥的管道内平稳行走及作业，无需人工进入管道施工。

2.与现有技术相比，本发明利用液氮冻结渗漏处周围土体，冻结速度快、效率高，封水效果好，大大提高了土体强度。

3.与现有技术相比，本发明剔凿裂缝和小部分冻结土体形成上大下小空间，便于灌浆，结构受力良好。

4.与现有技术相比，本发明设置拱形镂空衬砌小钢板，可提高抗压能力，保证安全。

5.与现有技术相比，本发明采用成品高强灌浆料，具有抗渗、微膨胀、自密实、早强等特点，性能优异，简单方便。

6.与现有技术相比，本发明背后注浆确保裂缝空间饱满密实，使灌浆料与土体形成整体，强化堵水效果。

附图说明

图1是一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置的整体结构示意图。

图2是一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置侧视图。

图3是一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置钻孔、液氮冻结土体示意图。

图4是一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置剔凿裂缝和小部分冻结土体示意图。

图5是一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置放置拱形镂空衬砌小钢板、注浆示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

说明书附图中的附图标记包括：压浆泵11、搅拌机12、支撑杆13、送料管14、注浆头15、气囊16、圆弧钢模板17、弯扁凿18、夹钳19、液氮冻结钢花管21、可调液氮供液管22、钻头23、钻头连接杆24、液氮冻结器25、液氮存储仓26、辅轮31、辅轮轮轴32、主轮33、主轮轮轴34、支腿35、支腿连接杆36、可调清淤刮41、辊刷轴42、辊刷毛43、辊刷连接杆44、摄像头51、摄像头底座52、照明灯53、可调节灯座54、车身55、动力及传动机构56、信号与通信机构57。

实施例1：

一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置，如图1-图2所示，包括车身55、动力及传动机构56、信号与通信机构57、行走及固定机构、液氮冻结机构、灌浆机构、清淤机构以及辅助机构，动力及传动机构56、信号与通信机构57、行走及固定机构、液氮冻结机构、灌浆机构、清淤机构以及辅助机构均安装在车身55上，

动力及传动机构56用于提供动力，动力及传动机构56的结构为现有的，动力及传动机构56远程信号连接有远程控制系统；

信号与通信机构57用于车身55的各机构与远程控制系统之间的通信，从而实现远程监控和遥控，信号与通信机构57的结构为现有的，信号与通信机构57固定在车身55的左上端；

行走及固定机构和信号与通信机构57信号连接，行走及固定机构用于在污水管道内部行走和固定，行走及固定机构包括主轮33、辅轮31以及支腿35，主轮33通过主轮轮轴34安装在车身55的下方，主轮轮轴34由动力及传动机构56驱动，主轮33用于行走，辅轮31通过辅轮轮轴32安装在车身55的前后两侧的两端，辅轮31用于辅助前进，支腿35通过支腿连接杆36安装在车身55前进方向的两侧，车身55的两侧分别设置有两个支腿35，支腿35为可伸缩的支腿35，通过将支腿35抵在污水管道内壁从而实现将车身55固定在污水管道内；

液氮冻结机构和信号与通信机构57信号连接，液氮冻结机构用于冻结裂缝周围土体，液氮冻结机构包括固定在车身55上的液氮存储仓26，液氮存储仓26通过管道连接有液氮冻结器25，液氮冻结器25的上方通过可调液氮供液管22连接有液氮冻结钢花管21，液氮冻结器25的上方通过钻头连接杆24还连接有钻头23。钻头23用于对裂缝进行钻孔后，液氮冻结钢花管21用于伸入裂缝上方土体，并注入液氮冻结裂缝附近区域土体，实现封水。

灌浆机构和信号与通信机构57信号连接，灌浆机构包括固定在车身55上的搅拌机12，搅拌机12连接有压浆泵11，压浆泵通过送料管14连接有注浆头15，注浆头15固定在车身55的上方，还包括固定在车身55上的可伸缩的支撑杆13，支撑杆13的上端固定有圆弧钢模板17，圆弧钢模板17的上端固定有气囊16；还包括固定在车身55上的弯扁凿18以及夹钳19。圆弧钢模板17起支撑和模板作用，和气囊16一起实现支模，使裂缝形成密闭空间。

弯扁凿18用于剔凿裂缝和小部分已冻结土体，使之形成上大下小的楔形空间，活动夹钳19用于将镂空衬砌钢板放置好。镂空衬砌小钢板放入裂缝空间与灌浆料起填充作用。

灌浆机构用于灌浆，兼具模板和灌浆功能，稳定可靠，可根据裂缝位置转动角度加压灌注灌浆料或水泥浆。

清淤机构和信号与通信机构57信号连接，清淤机构包括固定在车身55底部的可调清淤刮41以及转动连接在车身55底部的辊刷，辊刷安装在辊刷轴42上，辊刷轴42通过辊刷连接杆44固定在车身55的底部，辊刷的外周固定有辊刷毛43，清淤机构用于清除污水管道内部的淤泥。

辅助机构和信号与通信机构57信号连接，辅助机构包括摄像头51和照明灯53，摄像头51和信号与通信机构57信号连接，摄像头51通过摄像头底座52安装在车身55上，照明灯53通过可调节灯座54安装在车身55的前端。摄像头51用于视频采集。

本实施例还包括一种下穿水库的大直径混凝土污水管道修复方法，包括以下步骤，

步骤一：利用摄像头51的视频成像定位裂缝渗漏处，远程遥控将下穿水库的大直径混凝土污水管道修复装置移动至渗漏处，并将支腿35支撑在管壁，根据水流大小和需要决定是否将辅轮31收回；

步骤二：如图3所示，调节钻头23对准裂缝进行钻孔后，将液氮冻结钢花管21伸入裂缝上方土体，并注入液氮冻结裂缝附近区域土体，实现封水；

步骤三：如图4所示，用弯扁凿18剔凿裂缝和小部分已冻结土体，使之形成上大下小的楔形空间，并用活动夹钳19将镂空衬砌钢板放置好；

步骤四：如图5所示，调节灌浆机构，使圆弧钢模板17对准并覆盖裂缝，对气囊16充气使裂缝形成密闭空间，灌注具有抗渗、微膨胀、自密实、早强性能的高强度成品灌浆料填实裂缝空间；

步骤五：待灌浆料达到一定强度后，利用预留的注浆管向灌浆料背后注入适量水泥浆，确保裂缝空间饱满密实，强化堵水效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。