ЭЛЕКТРОД-ИНЪЕКТОР

Полезная модель относится к искусственному закреплению влагонасыщенных грунтов и грунтовых оснований сооружений инъекционными и электрохимическими методами.
Известно устройство электроосмотического зонда, включающего перфорированную металлическую трубу, обмотанную внутренней и наружной металлическими сетками (Ломизе Г.М., Нетушил А.В. Электроосмотическое осушение. - М.: Госэнергетическое изд-во, 1958 г. - С.149-150). При подключении зондов к источнику тока происходит электроосмотическое движение жидкости в межэлектродном пространстве, вследствие чего обеспечивается осушение участка массива и насыщение его укрепляющим раствором. Недостаток аналога состоит в том, что взаимодействие зонда с обрабатываемым массивом происходит непосредственно в области перфорированной части трубы. Вследствие химических реакций образуются нерастворимые соединения, закупоривающие поры грунта, а также газы, пузырьки которых снижают электропроводность грунта. Указанные процессы приводят к быстрому снижению проницаемости грунта и снижению тока обработки. Другой недостаток аналога заключается в том, что при длительной обработке массива и малом расходе укрепляющего раствора его свойства могут значительно измениться. В частности, при применении однорастворного способа на основе силиката натрия и кремнефтористоводородной кислоты время гелеобразования может составлять 0,1-1 ч. Время обработки массива в зависимости от физических свойств грунта и технологических режимов электрохимического закрепления (ЭХЗ) без дозаливки укрепляющего раствора в полость активных электродов достигает нескольких часов. Поскольку силикат натрия имеет плотность, на 15-20% более высокую, чем кислота, при статическом состоянии укрепляющего раствора в полости электрода-инъектора, будет происходить его расслоение по высоте электрода и соответствующее изменение времени гелеобразования. Таким образом, свойства раствора на средних и заключительных стадиях обработки будут существенно отличаться от заданных по проекту.
Описанные недостатки частично устранены в устройстве инъектора для электрохимического укрепления грунтов (а.с. СССР №184729, кл. МПК Е02D 3/14, опубл. 21.07.1966, бюл. №15), включающее перфорированный корпус из токонепроводящего материала, шланг и токопроводящий стержень, несущий потенциал электрода. Данное устройство обеспечивает частичную циркуляцию раствора вдоль оси электрода, что способствует выносу к устью скважины пузырьков газа, продуктов коррозии, а также препятствует расслоению раствора. Недостаток данного аналога состоит в необходимости приготовления большого объема укрепляющего раствора. Для обеспечения режима циркуляции требуется объем в 2-5 раз больший, чем при зажимном режиме заполнения электрода-инъектора.
Из известных технических решений наиболее близким на настоящий момент, является буроинъекционный став-инъектор оборудования МТ, включающий трубчатый корпус с отверстиями, внутреннюю трубу и смеситель-рассекатель (Хамяляйнен В.А., Митраков В.И., Сыркин П.С. Физико-химическое укрепление пород при сооружении выработок. - М.: Недра, 1996. - С.192-194). Компоненты А и В рабочего раствора подают соответственно по внутренней и наружной трубам на смеситель-рассекатель, представляющий собой обратную воронку с наклонными отверстиями и ребрами. Смеситель-рассекатель разделяет компоненты на струи, отклоняет их и смешивает. Таким образом, смешивание компонентов происходит непосредственно в корпусе инъектор, что исключает какой-либо перерасход раствора.
Недостаток прототипа состоит в том, что он обеспечивает эффективный режим смешивания компонентов только при высоких скоростях подачи и расходе 10-20 л/мин., что имеет место при инъекционном способе закрепления. При электрохимическом закреплении грунтов расход раствора обычно не превышает 1-2 л/мин, поэтому требуется многократное принудительное смешивание компонентов раствора.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение качества укрепления грунта за счет повышения стабильности физических свойств укрепляющего многокомпонентного раствора.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в электроде-инъекторе, устанавливаемом в скважине, включающем трубчатый корпус из токонепроводящего материала с отверстиями, внутреннюю трубу и устройство для принудительного смешивания компонентов раствора, согласно полезной модели, внутренняя труба установлена соосно с трубчатым корпусом с возможностью вращения вокруг общей оси, а устройство для принудительного смешивания компонентов выполнено в виде радиальных плоских лопастей, закрепленных на внутренней трубе.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где показаны на фиг.1 конструкция электрода-инъектора в продольном разрезе, на фиг.2 вид А-А на фиг.1.
Основой электрода-инъектора является корпус 1, изготовленный из непроводящего материала в виде трубы с отверстиями 2 в нижней части, погружаемой в грунт, они выполняются в количестве 20-40 шт. на 1 м длины электрода-инъектора. Корпус 1 жестко соединен с коническим наконечником 3. В верхней части корпуса 1 устанавлена крышка 4, выполненная из металла, в которой закреплен подшипник 5, защищенный сальником 6, необходимый для установки и вращения внутренней трубы 7 с закрепленными на ней радиальными плоскими лопастями 8. Для соединения корпуса 1 и крышки 4 выполнены проушины 9 и 10. Для подключения электрода-инъектора к источнику тока на поверхности корпуса установлена клемма 11 с контактным кольцом.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Электрод-инъектор, включающий корпус 1 с коническим наконечником 3 и крышкой 4, выполненной из металла, со вставленной внутренней трубой 7, которая жестко соединена с корпусом 1 посредством проушин 9 и 10, погружается в скважину 12.
Подача укрепляющего раствора 13 в полость корпуса 1 осуществляется через внутреннюю трубу 7. Клемму 11 соединяют с электросиловой установкой и производят обработку массива грунта, в процессе чего укрепляющий раствор 13 через отверстия 2 в корпусе 1 за счет сил электроосмоса насыщает массив грунта через стенки скважины 12.
На внутренней трубе 7 прикреплены ручки 14 с изолирующим покрытием, используемые для вращения лопастей 8 и для принудительного смешивания компонентов укрепляющего раствора 13 в полости корпуса 1. Принудительное смешивание осуществляют после заливки компонентов укрепляющего раствора 13, для предотвращения расслоения раствора в процессе электрообработки и частичного увеличения времени гелеобразования.
После обработки массива грунта проушины 9 и 10 высвобождают и крышку 4 с внутренней трубой 7 лопастями 8 отделяют от корпуса 1, что позволяет после очистки от осевших частиц укрепляющего раствора 13 и продуктов химической реакции повторно использовать крышку 4 и внутреннюю трубу 7 в другом электроде-инъекторе.
Преимущества заявленной конструкции по сравнению с прототипом состоят в следующем. Используя предложенную конструкцию можно производить как электрохимическую обработку массива грунта, так и инъецирование укрепляющего раствора в грунт, что расширяет область применения электрода-инъектора. Принудительное смешивание укрепляющего раствора 13 в полости корпуса 1 посредством вращения внутренней трубы 7 с закрепленными на ней радиальными плоскими лопастями 8, способствует формированию более однородной структуры раствора, что позволяет по данным опытных испытаний увеличить время гелеобразования на 15-30%, обеспечить стабильность физических свойств укрепляющего раствора, устранить условия для закупоривания пор грунта и скапливания газов на контакте с корпусом 1, что в конечном счете способствует повышению качества укрепления грунта.