一种液态CO2爆破与注浆耦合加固破碎边坡系统的制作方法

本实用新型属于边坡防护技术领域，尤其涉及一种液态co2爆破与注浆耦合加固破碎边坡系统。

背景技术：

边坡加固工程广泛涉及公路施工与运营、露天开采、排石场等工程安全。当前对于破碎岩石边坡工程的加固主要有锚网法、抗滑桩加固、注浆加固等，这些方法由于为加固强度与范围的限制，没能够很好的控制边坡的稳定尤其是破碎边坡的稳定。

专利cn2012104127996及cn2012205512619公开了一种橄榄状抗滑键注浆锚固支护爆破锚杆，该专利构建了橄榄状加筋抗滑键-围岩裂隙注浆体-锚固支护新型复合边坡加固和支护体系，可通过多根锚杆构成的群锚，实现了以滑动面为抗滑重点并进行岩土体加固的综合立体滑坡防治，提高了边坡稳定性和安全性。

但是上述专利是在软弱滑动结构面处形成以相应段锚杆杆体为加强筋的橄榄状加筋抗滑键，并且抗滑键通过围岩裂隙中的注浆体外延，从而将传统锚杆主要通过提供锚固力间接抗滑转变为依托于橄榄状加筋抗滑键、围岩裂隙中的注浆体直接抗滑和锚杆间接抗滑并加固岩土体的体系，并没有对破碎边坡层进行加固，而且爆破装药爆炸所产生的爆轰气体会对破碎边坡层内的碎石产生强烈的冲击，使得破碎边坡层整体滑坡。

技术实现要素：

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的目的之一在于提供一种结构简单，能够有效防止边坡滑坡的液态co2爆破与注浆耦合加固破碎边坡系统。

一种液态co2爆破与注浆耦合加固破碎边坡系统，包括爆破组件和注浆组件；

所述爆破组件包括埋设在破碎边坡上钻孔内的液态co2相变管和液态co2输送泵，所述液态co2相变管包括储液管和泄能头，所述储液管通过所述注液管与所述液态co2输送泵连通，所述注液管上设有充液控制阀；

所述注浆组件包括注浆泵和注浆管，所述注浆泵通过所述注浆管与所述液态co2相变管连通，所述注浆管上设有注浆控制阀；

所述泄能头位于所述边坡的破碎层中，所述储液管内设有加热元件，所述泄能头内设有连通所述储液管的释放管路，外侧壁上设有贯通所述释放管路的喷射孔，所述储液管与所述释放管路之间设有爆破片。

进一步的，还包括打设在所述破碎边坡上的与所述钻孔一一对应的若干刚性筒体，所述刚性筒体同轴设置在对应钻孔的外围，所述筒体的侧部均布有供注浆液穿过的穿孔。

进一步的，各所述刚性筒体的侧壁均与相邻的所述刚性筒体的侧壁相切。

进一步的，所述刚性筒体延伸至边坡的压密层中。

所述钻孔延伸至所述边坡的压密层中。

所述液态co2相变管的底部设有插入到所述压密层的锚固杆。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果在于：

1、该系统利用液态co2相变产生的高压气体使得钻孔周围碎石实现挤压致密并出现钻孔周围排空区，然后进行高压注浆使得挤压区碎石粘结成体最终形成以钻孔为中心的注浆区域；在此过程中，通过控制钻孔间距实现相邻钻孔的注浆区域连接，进而在碎石表面形成加固面，以整体加固整个边坡碎石体，实现边坡的稳定。

2、通过在边坡上打设刚性筒体，而且刚性筒体与对应钻孔同轴，液态co2相变产生的高压气体挤压碎石时，能量沿着钻孔进行均匀发散，传导至刚性筒体时，会相互抵消，而不会继续向外传导，进而可以有效防止在挤压碎石时发生滑坡。

3、在破碎层中位于刚性筒体之间的碎石因不能承受高压气体作用，因此碎石的间隙比筒体内的要大，由于在相同条件下，渗流路径总是沿着渗流压力降低最快的路径渗流，因此会在刚性筒体之间形成一个注浆加固区(中心支撑柱)，将周围的刚性筒体连接成一体，保证各注浆区域连接的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中液态co2相变管结构示意图；

图3为本实用新型中液态co2爆破后形成的排空区示意图；

图4为本实用新型中注浆耦合加固破碎边坡形成粘聚体的示意图；

图5为本实用新型中刚性筒体结构示意图；

图6为co2爆破前破碎层中碎石间距示意图；

图7为co2爆破后破碎层中碎石间距示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1和图2，一种液态co2爆破与注浆耦合加固破碎边坡系统，包括爆破组件和注浆组件；其中，

爆破组件包括埋设在破碎边坡上钻孔1内的液态co2相变管2和液态co2输送泵3，液态co2相变管2包括储液管201和泄能头202，储液管201通过注液管4与液态co2输送泵3连通，注液管4上设有充液控制阀5。注浆组件包括注浆泵6和注浆管7，注浆泵6通过注浆管7与液态co2相变管2连通，注浆管7上设有注浆控制阀8。

注浆泵6与浆液储存池9连通，液态co2输送泵3与co2储存器10连接，泄能头202位于边坡的破碎层11中，储液管201内设有加热元件(图中未示出)，泄能头202内设有连通储液管201的释放管路(图中未示出)，外侧壁上设有贯通释放管路的喷射孔2021，储液管201与释放管路之间设有爆破片(图中未示出)。

具体到本实施例中，泄能头202同轴套设在储液管201外部。当然液态co2相变管2(致裂管)也可以采用现有技术中其他结构的管体结构。

优选的，注浆管7包括注浆主管和通过分流阀12分出的多根注浆支管，注液管4包括注液主管和通过分流阀12分出的多根注液支管，注浆主管和注浆支管上均设有注浆控制阀8；注液主管和注液支管上均设有充液控制阀5，通过充液控制阀5和注浆控制阀8保证液态co2相变管2的密封压力大于co2爆破产生的瞬态高压，在注液支管和注浆支管上还可以设置流量表19。

参见图3-图5，利用上述液态co2爆破与注浆耦合加固破碎边坡系统对边坡进行加固的过程为：

步骤一、在破碎边坡上钻孔1，钻孔1的间距为液态co2爆破时，碎石挤压致密区半径的2倍，将液态co2相变管2放入孔内；

步骤二、关闭注浆主管路及其注浆支管的注浆控制阀8，启动充液泵及充液控制阀5，将co2储存器10中的液态co2注入液态co2相变管2；

步骤三、关闭液态co2泵及充液控制阀5，启动电源使得加热元件对液态co2相变管2中的液态co2进行加热使其相变膨胀，当气体压力大于爆破片的强度，储液管201前端爆破片破裂，高压气体瞬间进入释放管路中，从泄能头202上的喷射孔2021进入钻孔1内，在创造排空区的同时，对钻孔1周围的碎石进行挤压致密；

步骤四、打开注浆主管路及其注浆支管的注浆控制阀8，注浆泵6将加固浆液通过管道进入液态co2相变管2中，并从喷射孔2021流出对碎石进行注浆固结，挤压区碎石形成粘聚体13。最终形成以钻孔1为中心的注浆区域14，通过控制钻孔1间距实现相邻钻孔1的注浆区域14连接，进而在碎石表面形成加固面，以整体加固整个边坡碎石体，实现边坡的稳定。

该系统利用液态co2相变产生的高压气体使得钻孔1周围碎石实现挤压致密并出现钻孔1周围排空区，然后进行高压注浆使得挤压区碎石粘结成体最终形成以钻孔1为中心的注浆区域14；在此过程中，通过控制钻孔1间距实现相邻钻孔1的注浆区域14连接，进而在碎石表面形成加固面，以整体加固整个边坡碎石体，实现边坡的稳定。

本实用新型中通过co2爆破挤压周围碎石并通过注浆形式连接的原理在于增加颗粒间的粘结强度，如图6和图7所示，fcap,ftotal分别表示浆体连接的颗粒体中，颗粒间的静态拉伸强度与动态拉伸强度。

式中v代表颗粒间注浆体的体积，d代表颗粒间的表面距离，r0为颗粒半径，μ为颗粒间注浆体的粘结性，β为浆体湿润角，v为颗粒间的相对移动速度，σ是浆体和颗粒表面之间的界面张力。

由此可以看出，在颗粒间浆体体积相同情况下，颗粒间距离越短，颗粒间的静态拉伸强度与动态拉伸强度越强。

参见图3-图5，在一些实施例中，该系统还包括打设在破碎边坡上的与钻孔1一一对应的若干刚性筒体15，刚性筒体15同轴设置在对应钻孔1的外围，筒体的侧部均布有供注浆液穿过的穿孔1501。

本实施例通过在边坡上打设刚性筒体15，而且刚性筒体15与对应钻孔1同轴，液态co2相变产生的高压气体挤压碎石时，能量沿着钻孔1进行均匀发散，传导至刚性筒体15时，会相互抵消，而不会继续向外传导，进而可以有效防止在挤压碎石时发生滑坡。

参见图3和图5，此外，在破碎层11中位于刚性筒体15之间的碎石因不能承受高压气体作用，因此碎石的间隙比筒体内的要大，由于在相同条件下，渗流路径总是沿着渗流压力降低最快的路径渗流，因此会在刚性筒体15之间形成一个注浆加固区16(中心支撑柱)，将周围的刚性筒体15连接成一体，保证各注浆区域14连接的可靠性。

因本实施例中爆破的目的不是为了破碎碎石而是使得碎石在高压气体作用下实现挤压堆积，并产生排空区，因此在实际操作中应控制液态co2的充填量。

可以理解的是，在实际应用中，刚性筒体15在破碎边坡上呈矩形阵列分布，并且各刚性筒体15的侧壁均与相邻的刚性筒体15的侧壁相切。

需要解释说明的是，在另一些实施例中，刚性筒体15延伸至边坡的压密层17中，钻孔1延伸至边坡的压密层17中，液态co2相变管2的底部设有插入到压密层17的锚固杆18。

本实施例刚性筒体15和液态co2相变管2均延伸至边坡的压密层17中，相当于抗滑桩，对加固后的碎石层进行抗滑桩加固。

上述实施例仅仅是清楚地说明本实用新型所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

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