林永默

广州市盾建建设有限公司 广东 广州 511442

1 引言

1.1 项目研究背景

改革开放以来，我国土建工程的建设速度不断加快，其数量、范围、规模也不断加大。我国对注浆技术的研究起步较晚，就目前的情况来看，注浆技术已经广泛应用于房屋建筑、地铁、大坝、隧道等领域，随着注浆技术的广泛应用，注浆技术有了较快发展，一些基本的工艺已经成熟、基本的理论也已形成。但其传统工艺存在着较多不足，人工操作使其浆液性能和注浆过程的多样性对注浆质量有较大的影响，同时传统的注浆施工过程中往往会出现扬尘、浆液飞溅等环境污染，且施工效率低，作业人员劳动强度大。因此，优化注浆施工工艺，以保证注浆质量、提升注浆效率和改善文明施工效果，进一步促进注浆技术在工程上的应用显得尤为重要。

1.2 国内外同类技术研究现状

目前，传统的注浆的施工一般比较简单，由工人分别按设计配合比将袋装水泥或水泥、水玻璃两种原材料放进浆液调配圆桶中进行浆液调配，再通过搅拌池进一步搅拌，由注浆泵经注浆管道输送至袖阀管进行注浆。相对于其他的施工方法，它的工程实施规模小、设备简单。但正因传统的注浆工艺设备简单，则显现出较多问题。传统注浆工艺的各个环节受人为因素影响较大，效率不均衡，浆液配合比存在一定程度上的误差，导致浆液性能存在差异[1]；且由于注浆工程规模一般比较小，往往采用袋装水泥，下料过程造成的水泥扬尘和残留均较为严重，对于注浆规模较大的注浆工程，则显得尤为严重。

1.3 项目的意义

本项目“自动化控制绿色注浆系统”，为单液浆、双液浆注浆系统，主要用于溶土洞处理、地基加固等注浆施工。旨在通过对注浆施工工艺的创新优化，提升浆液性能，优化下料控制，并尝试将注浆施工形成系统，实现注浆施工自动化，使整个系统集成度高、操作简易，可实现原材料自动定量输送，排除人员操作偏差，施工效率倍增，保证浆液配比，具有良好的密封性，改善施工现场文明施工状况，实现绿色施工，从而降低工程成本，提高企业效益。

2 技术方案论证与设计

2.1 技术方案的总体思路

传统注浆工艺的各个环节受人为因素影响较大，效率不均衡，浆液配合比存在一定程度上的误差，导致浆液性能存在差异，浆液调配虽分量进行，致使浆液不能连续供给；且一般采用袋装水泥，下料过程造成的水泥扬尘和残留均较为严重。

对传统注浆工艺进行分析，其主要的问题症结在于人为因素和下料造成的浆液性质不均及环境污染。因此，本项目“自动化控制绿色注浆系统”针对传统注浆工艺的问题症结进行创新优化。注浆系统整体划分为三个组件，分别为原材料存储组件、搅拌组件和注浆集成组件。拟采用称重螺旋输送机作为其核心设备，利用称重螺旋输送机将原材料存储组件和搅拌组件桥接起来，实现下料定量、自动、密闭，从而控制浆液性能，降低人为误差，消除水泥残留及扬尘污染，并设置多级搅拌，保证浆液搅拌均匀[2]。

2.2 技术方案论证

2.2.1 称重螺旋输送机运用

称重螺旋输送机主要由稳流给料螺旋、称重桥架、减速电机、称重传感器、测速传感器、称重控制仪表和电控系统等组成，其工作原理为用于对散状物料的定量给料，给料过程为螺旋旋转连续给料，将给料仓的物料输送并通过称重桥架进行重量检测；同时装于端部的测速传感螺旋体进行速度检测；被检测的重量信号及速度信号一同送入称重控制器进行微积分处理并显示瞬时流量及累计量。

称重螺旋输送机具有独特的稳流结构，在整个进料口截面上料均匀下沉；通过螺旋体使物料稳定，不会卡料，重量信号真实，计量精度更高；密封结构，减少粉尘外扬，进料口为软连接，可根据现场要求任意调整水平安装角度；手动设置各种参数，运行操作可手动/自动切换。

图1 称重螺旋输送机图

鉴于称重螺旋输送机工作原理和特性，只需将其运用在注浆系统中，便能解决下料自动化、定量化，同时其密闭性能解决水泥颗粒扬尘污染问题。

为选择合适的称重螺旋输送机，跟据现场工艺布置及供料参数做试验，得出结果如下：

表1 称重螺旋输送机参数表

跟据称重螺旋输送机参数表，最终采用螺旋管直径为300mm的称重螺旋输送机运用到系统当中。

2.2.2 搅拌试验

本系统由于下料采用自动化、定量化的方式，故需要对原材料进行充分的搅拌，方可使浆液达到均匀，满足设计要求的性能。因此，项目部技术攻关小组进行了两组搅拌试验，试验方案及结果如下：

试验一：采用人工搅拌并设置1～3级搅拌序号 试验方案 搅拌时间 试验结果1一级人工搅拌 100s 较均匀2二级人工搅拌 150s 均匀3三级人工搅拌 200s 均匀试验二：采用机械搅拌并设置1～3级搅拌序号 试验方案 搅拌时间 试验结果1一级机械搅拌 50s 较均匀2二级机械搅拌 85s 均匀3三级机械搅拌 120s 均匀

通过试验结果分析，采取人工二级搅拌可以使浆液搅拌均匀，且避免了机械故障的影响，但人工搅拌耗时较长，且作业人员劳动强度大，人员需求量大。而机械搅拌则需要采用二级搅拌，方可使浆液搅拌均匀，因其自动化程度高，对操作者的要求不高，容易为操作者掌握，搅拌时间短，在保证浆液搅拌良好及浆液供给的连续性方面有显著优势。故在本项目技术采用二级机械搅拌。

2.3 技术方案设计

2.3.1 技术方案原理

图2 技术方案流程图

2.3.2 技术方案说明

（1）自动化控制绿色注浆系统设计方案

图3 技术方案设计图

该注浆系统主要包括材料储存组件、一级搅拌池、二级搅拌池、注浆集成组件、称重螺旋输送机五个重要部分。每个部分作用清晰，系统的总控制主要设置在注浆集成组件。

该注浆系统集成度高，操作简易，自动化程度高，单液浆、双液浆的配比均是有系统预先设定的，配料的加入量、加入时间均预先设定，排除了因为人员的操作水平不一致导致浆液配比存在偏差，保证了浆液的质量和浆液供给的连续性。

（2）原材料存储组件

本项目“自动化控制绿色注浆系统”，为水泥浆及双液浆（水泥和水玻璃混合浆液）注浆系统，其原材料主要是水泥和水玻璃。水玻璃按一般方法采取灌装；而水泥则采用散装水泥罐存储，主要目的为了接合称重螺旋输送机，实现定量、自动下料。同时，使用散装水泥可节约包装资源，减少水泥损耗，存储的水泥质量有保证，减少仓储场地，大大改善劳动条件，减少环境污染。

（3）搅拌组件

通过搅拌试验，确定采用二级搅拌使浆液性质达到均匀状态，为使整个搅拌组件合理运作，利用浆液的重力作用，将二级搅拌设备按梯度布置，减少能源投入。同时，在搅拌池安置搅拌设备，实现自动化搅拌施工，从过程中排除人员操作偏差，降低劳动强度和减少劳动力的投入。整个搅拌组件均为自动化运作，确保浆液供给连续。

（4）注浆组件

集中设置注浆泵，实现统一控制注浆。将所有注浆机械及其配套设备存放于控制室，以便于保护和统一管理。

（5）系统组装连接

各个组件之间主要采用管线连接。其中水泥原材料与一级搅拌池采用称重螺旋输送机桥接，运用螺旋输送机的特性实现水泥自动、定量下料，且因其密闭性好，消除了使用袋装水泥产生的扬尘污染。而一级搅拌池与二级搅拌池之间采用直径300mm的钢管连接，避免水泥浆未搅拌均匀导致管网阻塞。二级搅拌池与注浆集成组件之间采用柔软的塑料管，有利于管网连接和移动。

3 技术关键与创新点

自动化控制绿色注浆系统，是集成度高、操作简易、自动化程度高的单液浆、双液浆注浆系统，除注浆总控制需人工操作，其余工序均按设定自动进行，降低劳动强度和排除了人为操作的偏差，从材料成本、人力成本上实现了良好的经济效益，提高了注浆施工效率，实现了绿色施工，改变了以往注浆工艺文明施工差的状况，是一项具有创造性和实效性的新技术[3]。

3.1 自动化程度高

传统注浆工艺各个工序均由人员操作，人员劳动强度大，投入人力资源大，而且从配置浆液到浆液拌制工序，受人为因素影响过大，容易导致浆液性能达不到设计要求，浆液性能和注浆过程的多样性是传统注浆工艺影响注浆质量的最大因素，而本项目“自动化控制绿色注浆系统”则通过加设称重螺旋输送机和利用重力势能，施工过程除了注浆设备的开关及异常情况处理需人工操作外，实现整个注浆过程按设定自动化运作，排除了人为因素的影响，保证了注浆质量，同时节约了人力成本。

3.2 系统集成度高

自动化控制绿色注浆系统主要包括材料储存组件、搅拌组件、注浆集成组件三个部分。每个部分作用清晰，系统的总控制主要设置在注浆集成组件，若注浆过程中系统出现了错误，由于组件划分清晰，易于查找问题及修复。通过将注浆工艺以组件划分，将注浆工艺系统化，把浆液性能、注浆工艺和注浆的形式始终如一的确定下来，为注浆技术的理论分析、试验提供了一定的帮助，同时为系统自动化运作奠定了基础。

3.3 施工效率高

传统注浆工艺施工过程中，从原材料搬运到浆液制作这一流程中，花费的时间是最长的，若要保证浆液的质量，则每次只能配置1立方米的浆液。由于自动化控制绿色注浆系统自动化程度高、系统集成度高，整个注浆施工过程为流水作业，从使用散装水泥节省了袋装水泥搬运、拆袋等等程序，按设定的配备定量下料，采用二级搅拌，实现了浆液的高质量和高效率制作过程，注浆过程中原材料和浆液的供应大于注浆量，注浆施工效率得到了成倍以上的提升，大大的缩短了施工工期。

3.4 贯彻绿色施工理念，提高文明施工质量

自动化控制绿色注浆系统，是对传统注浆施工工艺的创新优化，提升浆液性能，优化下料控制，实现注浆施工自动化，整个系统集成度高、操作简易，改善施工现场文明施工状况，实现四节一环保。

原材料采用了散装水泥，节约袋装水泥包装消耗的大量资源、能源以及可观的包装费用，减少仓储场地，散装水泥装于容器内，外界气温及温度对它影响很小，故能长期储存而不影响质量；下料过程运用了称重螺旋输送机，实现了自动、定量下料，且空间密闭，消除了水泥的扬尘污染，排除了水泥纸袋破损流失和纸袋内的残留，达到了环境保护作用；系统自动化程度高，浆液不会四处流淌，施工现场整洁，整个系统清晰、部位明确，提高了现场文明施工质量。