1.本发明涉及一种浅层生物气空腔自动识别与填充设备。本发明还涉及采用上述浅层生物气空腔自动识别与填充设备进行的生物气空腔注浆填充的施工方法。
背景技术：
2.浅层生物气是指地层沉积物中富含的有机质在还原环境下经厌氧微生物作用而形成的富甲烷气体。生物气在土层中一般以微小气囊或空腔形式存在，主要分布于我国江浙沿海、长江三角洲、柴达木盆地等地区。
3.在勘察和施工过程中，由于浅层气可燃，且浓度大时将造成人员窒息，其对勘探作业人员的人身安全及周边环境形成潜在威胁；同时，在粉砂土层空腔中，浅层气在无控制或控制不当条件下释放，易引起强烈井喷并能带走大量泥砂，引起地层大面积沉陷；而在黏土层中，大体积的空腔气体释放将显著改变土层应力分布，使上覆软土受到严重扰动，造成土体强度的弱化，增加工程后期维护成本。
4.现有技术一般通过钻孔然后通过土芯断层判断含气土层中是否存在空腔，然后进行自然排气，气体释放后易导致空腔上部土体结构的过大变形甚至失稳；即使排气后采取注浆措施，由于钻探与注浆为分步进行，土体结构仍将受到一定扰动，导致土体强度降低，发生不可逆变形甚至失稳。
技术实现要素：
5.本发明所要解决的技术问题是提供一种浅层生物气空腔自动识别与填充设备，该设备能够依据端头阻力感应进行注浆和排气作业。本发明还涉及一种采用上述浅层生物气空腔自动识别与填充设备进行生物气空腔注浆填充的施工方法。
6.为此，本发明提供的浅层生物气空腔自动识别与填充设备，包括注浆泵、注浆管道、静力触探装置和数据采集系统；
7.所述注浆泵将浆液通入注浆管道；所述注浆管道包括上部软管和下部钢管，下部钢管端口处安装静力触探探头，通过显示仪实时监控注浆管底部阻力变化；
8.所述下部钢管配置有打设机构；
9.所述静力触探装置包括静力触探探头，能够探测前端阻力；所述数据采集系统包括显示仪和数据线，显示器通过数据线将静力触探探头的前端阻力实时显示在显示器上，当测得前端阻力发生突变变小时，即为发现空腔，注浆泵自动开始注浆，浆液从注浆管道流过，到达下部钢管口时，从下部钢管壁上的注浆孔中注入空腔，将浆液灌满空腔，此时探头做测得的阻力回升，自动关闭注浆泵，在注浆的同时，空腔中的气体从通气管道中排出，储存在储气袋中。
10.优选的，所述打设机构包括打设支架，打设支架架设有上吊杆和下导向杆，上吊杆顶端带有上滑轮，支架上设置有卷扬电机，卷扬电机配置飞轮，卷扬电机配置卷有锤链的卷
筒，锤链末端带有击打锤，所述下导向杆上带有导向块，锤链穿过导向块上的导向孔，卷扬电机将击打锤上升后释放时依靠重力将帽盖向下打设，滑轨上安装有击打锤，所述下部钢管上端采用帽盖锁接。
11.优选的，所述打设机构包括打设支架，打设支架架设有上吊杆和下导向杆，上吊杆上带有驱动螺母，驱动螺母配置螺母驱动电机，所述下导向杆上带有通孔，驱动螺母配置有顶杆，顶杆上部带有外螺纹、下部带有导向肋板，顶杆下部穿过下导向杆的导向件的通孔，所述导向肋板卡入导向件的侧孔中，所述顶杆的下端与所述下部钢管对准并连接，通过促使驱动螺母的正反转转动促使顶杆下压或上提下部钢管。
12.优选的，下部钢管上端具有外螺纹，帽盖与下部钢管上端螺纹连接，所述上部软管侧向与下部钢管连接并导通。
13.优选的，所述数据线、注浆管道和通气管道集成设置于下部钢管中。
14.本发明提供的一种采用上述浅层生物气空腔自动识别与填充设备进行生物气空腔注浆填充的施工方法，包括以下步骤：
15.a、向土体中插入所述下部钢管；
16.b、通过显示器显示或自动感应钢管端头阻力是否变小到阻力临界值以下，如果减少到临界值以下则马上开始注浆，显示注浆状态并提示暂停插管，注浆同时开启抽排系统以向储气袋抽排空腔中的气体；
17.c、注浆、抽排直至静力触探探头的阻力上升持续1-3分钟，则停止注浆和抽排；
18.d、向上拔出下部钢管。
19.优选的，在将下部钢管往外拔出时，也需要注浆，将孔隙填满，通过观察显示仪上的前端阻力，匀速缓慢的将下部钢管拔出。
20.优选的，所述钢管端头的阻力临界值范围在0-0.1pa。
21.本发明的技术效果：
22.1、将钻孔探测空腔和注浆两步合并为一个步骤，减少工序，避免土体的扰动；
23.2、根据注浆管前端静力触探探头反馈的阻力变化情况，注浆泵可自动判断注浆启停，方便快捷，节省人力；
24.3、有专门的储气袋储存空腔中的气体，保证施工过程安全。
附图说明
25.图1为本发明实施例1提供的浅层生物气空腔自动识别与填充设备的结构示意图。
26.图2为图1中的下部钢管的注浆端结构示意图。
27.图3为注浆自动判断过程逻辑图。
28.图4为本发明实施例1提供的打设机构的结构示意图。
29.图5为本发明实施例2提供的打设机构的结构示意图。
具体实施方式：
30.下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件
几何中心的方向。
31.参照图1-4所示，本发明实施例1提供的浅层生物气空腔自动识别与填充设备，包括注浆泵、注浆管道、静力触探装置和数据采集系统；
32.所述注浆泵2将浆液通入注浆管道；所述注浆管道包括上部软管3和下部钢管4，下部钢管4端口处安装静力触探探头8，通过显示仪1实时监控注浆管底部阻力变化；
33.所述下部钢管4配置有打设机构，所述打设机构包括打设支架11，打设支架11架设有上吊杆12和下导向杆13，上吊杆12顶端带有上滑轮14，支架上设置有卷扬电机15，卷扬电机15配置飞轮，卷扬电机15配置卷有锤链 16的卷筒17，锤链16末端带有击打锤18，所述下导向杆13上带有导向块 19，锤链16穿过导向块19上的导向孔20，卷扬电机15将击打锤18上升后释放时依靠重力将帽盖21向下打设，所述下部钢管4上端采用帽盖21锁接，下部钢管4上端具有外螺纹，帽盖21与下部钢管4上端螺纹连接，所述上部软管3侧向与下部钢管4连接并导通。
34.所述静力触探装置包括静力触探探头8，能够探测前端阻力；所述数据采集系统包括显示仪1和数据线6，显示器1通过数据线6将静力触探探头8 的前端阻力实时显示在显示器上，当测得前端阻力发生突变变小时，即为发现空腔，注浆泵2自动开始注浆，浆液从注浆管道3、4流过，到达下部钢管 4口时，从下部钢管4壁上的注浆孔7中注入空腔，将浆液灌满空腔，此时探头做测得的阻力回升，自动关闭注浆泵2，在注浆的同时，空腔中的气体从通气管道9中排出，储存在储气袋10中。
35.参照图1-4所示，本发明提供的一种采用上述浅层生物气空腔自动识别与填充设备进行生物气空腔注浆填充的施工方法，包括以下步骤：
36.a、向土体中插入所述下部钢管；
37.b、通过通过显示器显示或自动感应或自动感应钢管端头阻力是否变小到阻力临界值以下，阻力临界值范围在0-0.1pa，如果减少到临界值以下则马上开始注浆，显示注浆状态并提示暂停插管，注浆同时开启抽排系统以向储气袋 10抽排空腔中的气体；
38.c、注浆、抽排直至静力触探探头8的阻力上升持续1-3分钟，则停止注浆和抽排；
39.d、向上拔出下部钢管，在将下部钢管4往外拔出时，也需要注浆，将孔隙填满，通过观察显示仪1上的前端阻力，匀速缓慢的将下部钢管4拔出。
40.参照图5所示，本发明实施例2与实施例1基本相同，其区别仅在于打设机构，本实施例2的打设机构包括打设支架11，打设支架11架设有上吊杆12和下导向杆13，上吊杆12上带有驱动螺母22，驱动螺母22配置螺母驱动电机，所述下导向杆13上带有通孔23，驱动螺母22配置有顶杆24，顶杆24上部带有外螺纹、下部带有导向肋板24a，顶杆24下部穿过下导向杆 13的导向件13a的通孔13b，所述导向肋板24a卡入导向件13a的侧孔中，所述顶杆24的下端与所述下部钢管4对准并连接，通过促使驱动螺母22的正反转转动促使顶杆24下压或上提下部钢管4。
41.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。