[0052] 下面将对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0053] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0054] 本发明的分层注浆冻结装置的具体实施例1：
[0055] 如图1所示，分层注浆冻结装置包括分层注浆管道，分层注浆管道包括回液管2、注浆管3和冻结管1，注浆管3、回液管2和冻结管1从内到外依次排布并构成同心圆筒，注浆管3的底部封闭。如图4所示，分层注浆管道的底部设置有钻头5，钻头5通过螺纹连接的方式设置在分层注浆管道的底部，钻头5具有回流腔5‑1，回液管2、冻结管1均与回流腔5‑1连通，冻结管1、回流腔5‑1和回液管2构成低温冻结液流动通道。
[0056] 如图2和图3所示，分层注浆管道包括多个管道单体，管道单体的两端的回液管管壁、注浆管管壁和冻结管管壁上都设有连接螺纹7；管道单体之间螺纹连接。管道单体的数量可以根据工程需要调整，使分层注浆管道满足工程所需的长度。管道单体包括第一管道单体8和第二管道单体4，区别在于第二管道单体4上设有浆液管4‑1，浆液管4‑1沿第二管道单体4的径向设置，浆液管4‑1连通分层注浆管道的外部和注浆管3。第一管道单体8和第二管道单体4的排列组合顺序根据现场施工情况作出调整，以保证浆液管4‑1的深度与地下水层的深度对应。
[0057] 如图2所示，浆液管4‑1沿第二管道单体4的轴向设置有三层，各层浆液管4‑1具有四处浆液管4‑1，浆液管4‑1在周向上均匀排布。
[0058] 相邻两层浆液管4‑1之间设有支撑架，支撑架包括第一支撑架4‑3和第二支撑架4‑4；第一支撑架4‑3位于注浆管3与回液管2之间，第一支撑架4‑3水平方向的两端分别与注浆管3、回液管2固定连接；第一支撑架4‑3既保证了注浆管3、回液管2的径向相对位置，又能够对浆液管4‑1进行支撑。
[0059] 第二支撑架4‑4位于回液管2与冻结管1之间，第二支撑架4‑4水平方向的两端分别与冻结管1、回液管2固定连接，第二支撑架4‑4既保证了冻结管1、回液管2的径向相对位置，又能够对浆液管4‑1进行支撑。
[0060] 如图6所示，浆液管4‑1上设置有止回装置4‑2，止回装置4‑2包括外管4‑2‑2和内管4‑2‑1，外管4‑2‑2套设在内管4‑2‑1的外部；内管4‑2‑1的一端为封闭端，封闭端与外管4‑2‑
2之间设置有弹簧4‑2‑7，弹簧4‑2‑7用于向内管4‑2‑1施加轴向弹力，内管4‑2‑1另一端形成内管进液口4‑2‑3，内管4‑2‑1的管壁上设有内管出液口4‑2‑5。外管4‑2‑2包括内层管和外层管，外层管与内层管围成出液腔4‑2‑8，出液腔4‑2‑8靠近内管进液口4‑2‑3的一端封闭，出液腔4‑2‑8远离内管进液口4‑2‑3的一端形成外管出液口4‑2‑4；内层管的内壁与内管4‑
2‑1的外壁贴合。内层管上设有外管进液口4‑2‑6；外管进液口4‑2‑6与出液腔4‑2‑8连通。内管4‑2‑1能够在内层管中沿轴向运动，内管4‑2‑1在内层管中的运动行程具有打开位和关闭位；当内管4‑2‑1处于打开位时，外管进液口4‑2‑6与内管出液口4‑2‑5的位置对应，浆液沿内管进液口4‑2‑3、内管出液口4‑2‑5、外管进液口4‑2‑6、外管出液口4‑2‑4通过止回装置4‑
2；当内管4‑2‑1处于关闭位时，外管进液口4‑2‑6与内管出液口4‑2‑5的位置错开，出液腔4‑
2‑8与内管4‑2‑1围成的空腔不连通，浆液无法通过止回装置4‑2。关闭位包括第一关闭位和第二关闭位，第一关闭位和第二关闭位在内管4‑2‑1的移动行程上分别位于打开位的两侧。
[0061] 浆液对内管4‑2‑1施加轴向压力，弹簧4‑2‑7用于向内管4‑2‑1施加轴向弹力，轴向压力与轴向弹力的方向相反；在内管4‑2‑1的移动行程中，轴向压力与轴向弹力达到平衡时，内管4‑2‑1在内层管中具有固定的位置停止移动。即没有轴向压力或轴向压力较小时，弹簧4‑2‑7的压缩量较小，内管4‑2‑1处于第一关闭位，外管进液口4‑2‑6与内管出液口4‑2‑5错开，浆液无法通过止回装置4‑2。当轴向压力达到设定压力时，弹簧4‑2‑7的压缩量使内管4‑2‑1处于打开位，外管进液口4‑2‑6与内管出液口4‑2‑5重合，浆液沿内管进液口4‑2‑3、内管出液口4‑2‑5、外管进液口4‑2‑6、外管出液口4‑2‑4通过止回装置4‑2。当轴向压力超出设定压力时，弹簧4‑2‑7的压缩量较大，内管4‑2‑1处于第二关闭位，外管进液口4‑2‑6与内管出液口4‑2‑5错开，浆液也无法通过止回装置4‑2。
[0062] 内管4‑2‑1处于打开位时，轴向压力的数值称为设定压力，浆液管4‑1上的止回装置4‑2的设定压力，在分层注浆管道上从上到下依次升高。
[0063] 如图5所示，顶板6螺纹连接在分层注浆管道的顶部，对回液管2、注浆管3和冻结管1的顶部进行封堵，顶板6设有与冻结管1连通的冻结管进液接头6‑1，冻结管进液接头6‑1上安装有进液球阀6‑7，冻结管进液接头6‑1用于与冻结液供液外管连接。
[0064] 顶板6设有与回液管2连通的回液管排液接头6‑5，回液管排液接头6‑5上安装有出液球阀6‑10，回液管排液接头6‑5用于与冻结液出液外管连接。回液管排液接头6‑5上设有回液管排气球阀6‑6，回液管排气球阀6‑6位于出液球阀6‑10的上游，回液管排气球阀6‑6用于排出回液管2中的空气，保证对地层的冻结效果，回液管排气球阀6‑6构成回液管排气阀。
[0065] 顶板6设有与注浆管3连通的注浆管接头6‑3，注浆管接头6‑3用于与注浆外管连接，注浆管接头6‑3上设有注浆球阀6‑8和注浆压力表6‑2，注浆压力表6‑2便于对注浆压力进行观察，以及时调整注浆压力。顶板6设有与注浆管3连通的注浆管排气接头6‑4，注浆管排气接头6‑4上设有注浆管排气球阀6‑9，注浆管排气球阀6‑9方便在注浆前排出注浆管3内空气，保证注浆加固的效果，注浆管排气球阀6‑9构成注浆管排气阀。
[0066] 本发明的分层注浆冻结装置的具体实施例2：本实施例与具体实施例1的区别在于，具体实施例1中，分层注浆管注浆管道采用第一管道单体和第二管道单体排列组合的形式，本实施例中，分层注浆管注浆管道不包括第一管道单体，由第二管道单体依次连接形成，此时，分层注浆冻结装置的注浆加固的性能较好，但是浆液的使用量较大。
[0067] 本发明的分层注浆冻结装置的具体实施例3：本实施例与具体实施例1的区别在于，具体实施例1中，分层注浆管注浆管道从内到外依次为注浆管、回液管和冻结管，注浆管、回液管和冻结管构成同心圆筒，本实施例中，注浆管、回液管和冻结管构成同心圆筒，但注浆管设置在回液管与冻结管之间。
[0068] 本发明的分层注浆冻结装置的具体实施例4：本实施例与具体实施例1的区别在于，具体实施例1中，浆液管沿第二管道单体的轴向设置有三层，每层浆液管具有四处浆液管。本实施例中，浆液管沿第二管道单体的轴向设置有五层，每层浆液管具有六处浆液管。
[0069] 本发明的分层注浆冻结装置的具体实施例5：本实施例与具体实施例1的区别在于，具体实施例1中，浆液管沿管道单体的轴向设置有三层，每层浆液管具有四处浆液管。本实施例中，浆液管沿第二管道单体的轴向设置有两层，每层浆液管具有三处浆液管。
[0070] 本发明的分层注浆冻结装置的具体实施例6：本实施例与具体实施例1的区别在于，具体实施例1中，回液管和冻结管开设有穿孔，穿孔供浆液管穿过，相邻两层浆液管之间设有支撑架，支撑架对浆液管进行支撑和固定。本实施例中，不设置支撑架，仅依靠穿孔的孔壁对浆液管进行支撑。
[0071] 本发明的分层注浆冻结装置的具体实施例7：本实施例与具体实施例1的区别在于，具体实施例1中，止回装置由内管、外管和弹簧构成，本实施例中，止回装置采用常见的旋启式止回阀。
[0072] 本发明的分层注浆冻结装置的具体实施例8：本实施例与具体实施例1的区别在于，具体实施例1中，浆液管上的止回装置的设定压力，在分层注浆管注浆管道上从上到下依次升高。本实施例中，各层浆液管配置的止回装置的设定压力不同，在分层注浆管注浆管道的轴向上无序排列。
[0073] 本发明的分层注浆冻结方法的具体实施例1：
[0074] 第一步，在土体中钻出垂直的冻结孔，根据地质勘探资料，在保证分层注浆冻结装置的浆液管4‑1的深度与地下水层的深度对应的前提下，将分层注浆管道安装在所述冻结孔中；
[0075] 第二步，打开注浆管3顶部设置的注浆排气阀，向注浆管3内注入浆液，浆液的注入压力小于最下部止回装置4‑2的设定压力，使注浆管3内空气从注浆排气阀排出，待注浆排气阀有浆液溢出后，关闭注浆排气阀；
[0076] 逐步增大注浆压力，并时刻观察注浆压力表6‑2显示的注浆压力，通过分层注浆冻结装置，对土体从下到上进行冻结前预注浆加固，在预注浆加固过程中，如果地下某水层的流速较大，通过控制注浆压力，使流速较大的水层对应的浆液管4‑1的止回装置4‑2的内管4‑2‑1长时间处于打开位，该流速较大的水层下方的浆液管4‑1处于第一关闭位，该流速较大的水层上方的浆液管4‑1处于第二关闭位，以针对性的对该流速较大的水层预注浆加固，并减少浆液的浪费。
[0077] 在预注浆加固结束后，向注浆管3内注入盐水，盐水的初始注入压力等于最下部止回装置4‑2的设定压力，注入体积不小于注浆管3容积的盐水，将注浆管3中的浆液从最下部浆液管4‑1中排出；
[0078] 降低盐水的注入压力至最上部止回装置4‑2的设定压力，直至将所有浆液管4‑1中的浆液排出，停止注入盐水；
[0079] 第三步，打开回液管2顶部设置的回液排气阀，向回液管2内注入冻结液，使回液管2内空气从回液排气阀排出，关闭回液排气阀，通过分层注浆冻结装置，向冻结管1中注入低温冻结液，低温冻结液沿冻结管1、回流腔5‑1、回液管2的路径流动，低温冻结液吸收土体中的热量，冻结土体内水分；
[0080] 第四步，在完成地下工程施工后，通过分层注浆冻结装置，对土体进行冻结后注浆加固。
[0081] 本发明的分层注浆冻结方法的具体实施例2：本实施例与具体实施例1的区别在于，在对土体进行预注浆加固前，不通过注浆排气阀排出注浆管中的气体。
[0082] 本发明的分层注浆冻结方法的具体实施例3：本实施例与具体实施例1的区别在于，在对土体进行冻结前，不通过回液排气阀排出回液管中的气体。
[0083] 本发明的分层注浆冻结方法的具体实施例4：本实施例与具体实施例1的区别在于，各层浆液管的止回装置的内管处于打开位的时间相等。
[0084] 本发明的分层注浆冻结方法的具体实施例5：本实施例与具体实施例1的区别在于，在冻结前预注浆加固结束后，不将浆液从浆液管和注浆管中排出。
[0085] 综上所述，本发明提供的分层注浆冻结装置及分层注浆冻结方法中：
[0086] 1）在管道单体上设置浆液管，能够根据地址勘探资料，直接在地下水层对应的管道单体上设置浆液管，在冻结前对土体进行预加固时和对土体进行注浆后加固时，可以针对地下水层进行浆液的注入，较好的保证对土体加固和对地下水层止水的效果，分层注浆管道由多个管道单体组装形成，不需要过长的运输工具，便于运输。
[0087] 2）所述分层注浆管道从内到外依次为注浆管、回液管和冻结管，注浆管、回液管和冻结管构成同心圆筒，冻结管设置在外侧且为完整的筒形结构，能够保证对土层的冻结效果，不会出现背景技术中分层注浆管道的两侧分别为冻结管和回水管，导致冻结效率不同的情况。
[0088] 3）所述浆液管沿管道单体的轴向设置有至少三层，所述各层浆液管具有至少四处，所述浆液管在分层注浆管道的周向上均匀排布，能够进一步保证对土体加固和对地下水层止水的效果。
[0089] 4）所述注浆管的顶部设有注浆排气管道，注浆排气管道上设有注浆排气阀，能够通过注浆排气阀配合浆液外管，将注浆管内的空气排出，进一步保证注浆对土体加固和对地下水层止水的效果。回液管的顶部设有回液排气管道，回液排气管道上设有回液排气阀，能够在冻结前通过回液排气阀配合冻结液供液外管，将回液管内的空气排出，提高冻结效率。
[0090] 5）设置支撑架，通过支撑架对浆液管进行支撑和固定，同时保证了注浆管、回液管和冻结管的径向相对位置，有利于保证分层注浆冻结装置的使用可靠性。
[0091] 6）内管、外管和弹簧直接构成止回装置，结构简单，成本较低。通过控制浆液压力直接控制止回装置，操作简单。
[0092] 7）所述浆液管上的所述止回装置的设定压力，在所述分层注浆管道上从上到下依次升高，可通过控制注浆压强，实现了对地下水层分层注浆；
[0093] 并且，能够在预注浆加固结束后，向注浆管内注入盐水，盐水的初始注入压力等于最下部止回装置的设定压力，注入体积不小于注浆管容积的盐水，将注浆管中的浆液从最下部浆液管中排出，降低盐水的注入压力至最上部止回装置的设定压力，直至将所有浆液管中的浆液排出，停止注入盐水；能够避免浆液在浆液管内产生堵塞，利于保证冻结后的注浆加固的加固效果。
[0094] 10）当地下某水层的流速大时，通过控制注浆压力，使所述流速较大的水层对应的浆液管的止回装置的内管长时间处于打开位，所述流速较大的水层下方的浆液管处于第一关闭位，所述流速较大的水层上方的浆液管处于第二关闭位；以针对性的对所述流速较大的水层预注浆加固；保证预注浆加固的效果，避免浆液的浪费。
[0095] 以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
