1.本发明涉及一种用于污染场地修复领域的原位药剂注射方法，具体地，涉及一种用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法。
背景技术：
2.土壤和地下水是重要的环境介质，是人类生产生活的重要物质基础。经济快速发展的过程中也伴随着工业化学品泄漏、农业化学物质超量使用等污染问题，造成了土壤和地下水环境的恶化。为降低人体健康风险，避免生态环境破坏，必须通过合适的技术手段来治理修复受污染的土壤和地下水。
3.土壤地下水原位注射修复通过向土壤或地下水污染区域注入修复药剂，使土壤或地下水中的污染物转化为无毒或相对毒性较小的物质，从而实现修复的目的，主要适用于不易开挖、构筑物较多的污染场地。原位修复药剂注射一般通过注入井式注射或通过注射杆直推式注射的方式进行。注入井式注射向预先建立的注射井内直接注入修复药剂，利用地层裂隙和地下水流动输送修复药剂。注射杆直推式注射是将带有注射头的注射杆下压至目标地层后，通过高压劈裂周边地层，形成局部裂隙来快速输送药剂，同时分散开来的药剂也会通过地下水流动进一步扩散，注入的药剂将与一定范围内的污染物充分接触。在污染地块地层异质性较强时或注射浆态及粘度较大的修复药剂时，一般使用注射杆直推式注射。
4.注射杆直推式修复药剂注射装置通常由地面分立的药剂搅拌桶、注射泵、注射杆下压装置、注射杆和注射头等部分组成，各个设备间一般采用人工组装连接，集成度较差，在更换注射区域时经常需要分别进行设备移位并重新组装设备，整体机动性和灵活性较差，无法服务于工期紧张的修复项目。
5.在采用直推式药剂注射工艺的修复工程实施中，目前主要基于前期工程地质勘察结果确定的场地总体参数来设计确定注射体积和注射压力流量等注射施工参数，受限于地质勘察的精度，这种设计极易受局部地层异质性的影响，出现全场统一的注射设计参数与实际小范围地层情况不匹配的问题，造成现场注射施工时冒浆和短流并造成药剂的浪费或二次污染，或造成局部注药量不足及修复效果难以保证的问题，整体修复效能较差。另外，目前药剂注射过程中注射杆的下压方式主要采用振动敲击式下压，在下压过程中容易造成横向扰动使得注射杆和周边土层间产生缝隙，更易造成注射施工时的冒浆问题。
6.静力触探作为一种原位地质探测技术可以有效地确定单个点位上的土层垂直分布和土层工程地质参数，探测探头采用液压下压方式，设备运行稳定，相较其他原位探测技术适用土类更广泛，所以该技术的上述特征可考虑借鉴用来对修复药剂注射设备进行改良。
技术实现要素：
7.本发明的目的是提供一种用于污染场地修复领域的原位药剂注射方法，通过一体
化的集成度高的修复药剂注射设备，针对地层异质性较强的场地能够实施精细化的原位药剂注射工艺，以提高修复效率，节约时间和资金成本。
8.为了达到上述目的，本发明提供了一种用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其中，所述的方法采用一体化集成式设备进行原位药剂注射修复，该设备包含动力系统、探测系统、注射系统、配药系统、辅助系统；所述的动力系统包含发动机、动力控制机构、变速箱和发电机；探测系统包含探头、探杆以及计算机；注射系统包含注射泵、注射杆、注射头、注射控制机构、注射液压装置，以及注射小车平台；配药系统包含溶药罐、搅拌机构、加药计量机构，以及配药小车平台；辅助系统包含杆件箱、履带底盘、下压液压装置以及下压机构；所述的动力系统、下压液压装置、下压机构和杆件箱设置在履带底盘上；注射系统的注射泵、注射控制机构、注射液压装置设置在注射小车平台上；配药系统的溶药罐、搅拌机构、加药计量机构设置在配药小车平台上；注射头、注射杆、探杆、探头、计算机设置在杆件箱中；所述的履带底盘、注射小车平台和配药小车平台通过挂钩依次连接。
9.上述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其中，所述的设备还设有输药管和电缆；输药管设置在配药系统和注射系统之间，发电机通过电力电缆向注射系统和配药系统供电。
10.上述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其中，所述的履带底盘上设有绞盘，电缆缠绕在绞盘上；履带底盘还设有紧张装置以及多于或等于5对的承重轮、1对拖带轮、1对导向轮和1对驱动轮，履带底盘还配备橡胶履带，履带的带宽大于或等于20cm。
11.上述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其中，所述的动力系统中，发动机、变速箱和发电机连接，发动机向发电机、履带底盘以及下压液压装置提供动力，动力控制机构与变速箱相连并控制履带底盘行进；发动机为功率大于或等于25kw的单杠水冷柴油发动机，发电机的输出功率大于或等于15kw。
12.上述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其中，所述的探测系统中，探头为不锈钢合金的静力触探探头，探头截面积为10cm2，探头设置在探杆末端；探杆为中空不锈钢合金探杆，单根长度为1.0m，外径为25.4mm，通过螺纹连接固定；每根探杆均设有卡扣位，下压机构通过卡扣位锁紧探杆并使探杆下压；探头通过数据缆线和计算机的输入端连接，计算机的输出端设有液晶显示屏，并通过数据缆线与注射控制机构相连。
13.上述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其中，所述的配药系统中，溶药罐设有a罐和b罐两个，均为聚丙烯圆柱形溶药罐，高1.5m，直径1.0m，容量1000l，罐侧壁设有液位刻度；溶药罐顶部固定搅拌机构和加药计量机构，底部设有药剂出口和阀门，并通过输药管连接注射系统；搅拌机构包含电动机、减速机，以及设置在溶药罐内并在顶部与减速机连接的搅拌桨，搅拌桨杆长1.4m，桨叶长15cm，转速大于或等于60r/min；加药计量机构为隔膜计量泵，额定流量12l/hr；溶药罐顶部还设有固体药剂投加开口；配药小车平台的底部装有4对万向轮，在到达预定地点后锁死，配药小车平台的前后端均设有可伸缩的挂钩。
14.上述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其中，所述的注射系统中，注射泵为泵体采用耐腐蚀不锈钢的液压柱塞泵，用于氧化性药剂、水溶液、高粘度药剂和带细颗粒的药剂注射，功率小于或等于15kw，注射压力范围为0.5～5.5mpa；液压柱塞泵
上设有进药口和出药口，进药口通过输药管与配药系统连接，出药口通过管道与注射杆连接；注射控制机构包含耐震压力表、流量计、液压调节阀、自动阀门，并通过控制注射液压装置控制柱塞泵流量；注射液压装置包含液压泵和液压油箱，用于驱动液压柱塞泵；注射小车平台的前端装有万向轮，后端装有固定轮，在到达预定地点后锁死，注射小车平台的前后端均设有挂钩，后端挂钩可伸缩。
15.上述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其中，所述的注射系统中，注射头为耐腐蚀不锈钢的十字开口式注射头，末端设有锥形头，注射头设置在注射杆末端，注射杆为中空不锈钢合金注射杆，单根长度为1.0m，外径为25.4mm，通过螺纹连接固定，每根注射杆均设有卡扣位，下压机构通过卡扣位锁紧注射杆并使注射杆下压。
16.上述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其中，所述的辅助系统中，下压机构用于探测系统的探杆和注射系统的注射杆的下压和上拔；下压液压装置包含液压油缸、电磁调节阀、电磁换向阀、液压单向阀、齿轮泵；电磁调节阀控制下压机构以恒定速度下压；齿轮泵、电磁换向阀、电磁调节阀、下压机构通过液压油管依次连接，齿轮泵还与发动机直接连接；下压机构包含液压杆和锁紧机构，锁紧机构为手动卡扣式锁紧机构；下压机构还设有速度传感器，速度传感器与计算机连接，自动反馈调节下压液压装置的电磁调节阀，从而调整下压速度。
17.上述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其中，所述的方法包含：步骤1，收集修复场地区域基本工程地质资料，对探测系统的计算机进行调试；步骤2，使用履带底盘牵引配药小车平台至注射点附近20m范围内后解开挂钩并固定配药小车平台，连接电缆并开启搅拌机构电源，开始配置修复药剂；再牵引注射小车平台至注射点附近20m范围内靠近配药小车平台位置，解开挂钩并固定注射小车平台；步骤3，操作履带底盘行驶至注射点上方，将下压机构限位孔对准注射点20cm范围内，操作动力控制机构使发动机动力输出至发电机和齿轮泵，打开计算机，准备接收探测数据，计算机自动调整下压机构的下压速度，根据需要配合手动调整电磁调节阀，使下压速率保持2cm/s；步骤4，将末端固定有静力触探探头的第一根探杆安装至下压机构限位槽内，使用卡扣固定探杆，开始下压；当第一根探杆完成下压后，松开锁紧机构，使用电磁换向阀提升下压机构，并将新的探杆安装至下压机构限位槽内，再旋紧连接已下压的第一根探杆，重新固定锁紧机构，再次下压；循环操作，直至实际探测深度超过设计注射深度1m；步骤5，静力触探过程中每隔一定间隔采集一次探头传感器数据，并传递给计算机；根据预先设定的阈值参数和分层算法确定土层变层深度和各层的土层类型，以图像显示在屏幕上，同时形成土层分类结果数据，储存在计算机中；根据基于锥尖阻力、侧壁摩擦力的静力触探参数进行计算，得到注射点位不同深度处的包含土壤孔隙度、渗透系数的土壤理化性质参数，并以此为基础设计计算得到注射点位不同注射深度处的包含注射体积、注射流量的注射工艺参数，储存在计算机中；步骤6，将履带底盘行驶至注射点正上方，将下压机构限位孔对准注射点，将末端固定有注射头的第一根注射杆安装至下压机构限位槽内，使用锁紧机构固定注射杆，开始下压，当第一根注射杆完成下压后，松开锁紧机构，使用电磁换向阀提升下压机构，将新的注射杆安装至下压机构限位槽，旋紧连接已下压的第一根注射杆，重新固定下压机构卡扣，再次下压；循环操作，直至实际下压深度等于设计注射深度；步骤7，开启注射系统电源，通过注射控制机构控制注射泵从溶药罐内抽吸修复药剂，修复药剂通过输药管及注射杆注入地下；计算机将其储存的
注射工艺参数控制信号输出至注射系统的注射控制机构来控制注射过程；步骤8，重复步骤3至步骤7，直至所有设计注射点位所有设计深度都已完成药剂注射。
18.本发明提供的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法具有以下优点：
19.本发明通过一套一体化集成式设备实现，用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复，其优点包括：
20.(1)应用侵入式原位静力触探探测技术对注射点地层分别进行高精度探测并获取有效的、准确的地层三维理化参数，在此基础上设计出的与地层情况在平面上和深度上一一对应的针对性的注射体积、注射流量等注射工艺参数，可以很好地改善地层异质性对原位注射修复的不利影响，保证药剂能较好地接触目标污染物，并有效降低冒浆、短流等注射施工问题，降低二次污染风险，避免药剂浪费；
21.(2)注射杆和静力触探杆可为同一套通用杆件，节约耗材成本；采用同一套液压下压机构下压静力触探杆和注射杆，节约设备成本，操作方便；液压下压机构可以有效防止注射杆下压过程中的横向扰动，减少注射过程中的冒浆现象；
22.(3)履带式底盘牵引注射系统和配药系统平台移动，动力系统集成于履带底盘上，整套设备无需外接电源，便于在不同修复区域转移，且适用于地形条件复杂的修复施工场地，显著降低现场施工人员劳动强度。
附图说明
23.图1为本发明的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法采用的设备示意图。
24.图2为本发明的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法采用的设备履带底盘及其上机构的示意图。
25.图3为本发明的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法采用的设备注射系统示意图。
26.图4为本发明的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法采用的设备配药系统示意图。
27.图5为本发明的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法采用的设备探测系统与注射杆和注射头示意图。
28.其中：
29.1-1、发动机，1-2、动力控制机构，1-3履带底盘，1-4、齿轮泵，1-5、液压单向阀，1-6、液压油缸，1-7、电磁换向阀，1-8、杆件箱，1-9、下压机构，1-10、液压杆，1-11、速度传感器，1-12、电磁调节阀，1-13、发电机，1-14、挂钩；
30.2-1、前挂钩，2-2、注射小车平台、2-3、液压油箱，2-4、液压调节阀，2-5、柱塞泵，2-6、液压泵，2-7、后挂钩，2-8、进药口，2-9、出药口；
31.3-1、隔膜计量泵，3-2、搅拌机构，3-3、投加开口，3-4、搅拌桨，3-5、溶药罐，3-6、药剂出口，3-7、配药小车平台，3-8、a罐，3-9、b罐；
32.4-1、注射杆，4-2、注射头，4-3、探杆，4-4、探头，4-5、计算机，4-6、卡扣；
33.5-1、输药管，5-2、电缆。
具体实施方式
34.以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
35.如图1～5所示，本发明提供的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，采用一体化集成式设备进行原位药剂注射修复。
36.该设备包含动力系统、探测系统、注射系统、配药系统、辅助系统；动力系统包含发动机1-1、动力控制机构1-2、变速箱和发电机1-13；探测系统包含探头4-4、探杆4-3以及计算机4-5(pc，优选为微型计算机，即微机)；注射系统包含注射泵、注射杆4-1、注射头4-2、注射控制机构、注射液压装置，以及注射小车平台2-2；配药系统包含溶药罐3-5、搅拌机构3-2、加药计量机构，以及配药小车平台3-7；辅助系统包含杆件箱1-8、履带底盘1-3、下压液压装置以及下压机构1-9；动力系统、下压液压装置、下压机构1-9和杆件箱1-8设置在履带底盘1-3上并固定；注射系统的注射泵、注射控制机构、注射液压装置设置在注射小车平台2-2上并固定；配药系统的溶药罐3-5、搅拌机构3-2、加药计量机构设置在配药小车平台3-7上，溶药罐3-5与配药小车平台3-7固定；注射头4-2、注射杆4-1、探杆4-3、探头4-4、计算机4-5设置在杆件箱1-8中；履带底盘1-3、注射小车平台2-2和配药小车平台3-7通过挂钩1-14依次连接。
37.该设备还设有输药管5-1和电缆5-2；输药管5-1设置在配药系统和注射系统之间，输药管5-1为高压输药管；发电机1-13通过电力电缆5-2向注射系统和配药系统供电。
38.履带底盘1-3上设有绞盘，电缆5-2缠绕在绞盘上，绞盘固定在履带底盘1-3上。注射系统和配药系统用电来源于动力系统的发电机1-13，通过电缆5-2输电。发电机1-13动力来源于燃油发动机1-1，同时燃油发动机1-1还给履带底盘1-3及下压机构1-9的下压液压装置提供动力。履带底盘1-3设有紧张装置以及多于或等于5对的承重轮、1对拖带轮、1对导向轮和1对驱动轮，履带底盘1-3还配备橡胶履带，履带的带宽大于或等于20cm。
39.动力系统中的发动机1-1、变速箱和发电机1-13连接，发动机1-1向发电机1-13、履带底盘1-3以及下压液压装置提供动力，动力控制机构1-2与变速箱相连，并可以通过人员操作控制履带底盘1-3行驶；发动机1-1优选为功率大于或等于25kw的单杠水冷柴油发动机，发电机1-13的输出功率大于或等于15kw。
40.探测系统中的探头4-4和探杆4-3固定安装在杆件箱1-8中。探头4-4为不锈钢合金的静力触探探头，探头4-4截面积为10cm2，探头4-4设置在探杆4-3末端；探杆4-3为中空不锈钢合金探杆，单根长度为1.0m，外径为25.4mm，可以通过螺纹连接固定；每根探杆4-3均设有卡扣位，下压机构1-9通过卡扣4-6和卡扣位锁紧探杆4-3并使探杆4-3下压；探头4-4通过数据缆线和计算机4-5的输入端连接，计算机4-5的输出端设有液晶显示屏，并通过数据缆线与注射控制机构相连。计算机4-5由嵌入式系统控制，计算机4-5的作用是处理探测数据，根据探测数据确定各个注射点位和注射深度的注射体积及注射流量等注射参数。
41.配药系统中的溶药罐3-5设有a罐3-8和b罐3-9两个，均为聚丙烯(pp)材质的圆柱形溶药罐3-5，高1.5m，直径1.0m，容量1000l，罐侧壁设有液位刻度；溶药罐3-5顶部固定搅拌机构3-2和加药计量机构，底部设有药剂出口3-6和阀门，并通过输药管5-1连接注射系统；搅拌机构3-2包含电动机、减速机，以及设置在溶药罐3-5内并在顶部与减速机连接的搅拌桨3-4，搅拌桨3-4杆长1.4m，桨叶长15cm，转速大于或等于60r/min；加药计量机构为隔膜计量泵3-1，用于计量液体药剂的投加量，额定流量优选为12l/hr；溶药罐3-5顶部还设有固
体药剂投加开口3-3；配药小车平台3-7的底部装有4对万向轮，在到达预定地点后锁死，配药小车平台3-7的前后端均设有可伸缩的挂钩1-14，分别为前挂钩2-1和后挂钩2-7。配药小车平台3-7可以通过挂钩1-14由履带底盘1-3牵引移动。
42.注射系统中的注射泵为泵体采用耐腐蚀不锈钢材质的液压柱塞泵2-5，用于氧化性药剂、水溶液、高粘度药剂和带细颗粒的药剂注射，功率小于或等于15kw，注射压力范围优选为0.5～5.5mpa；液压柱塞泵2-5上设有进药口2-8和出药口2-9，进药口2-8通过输药管5-1与配药系统连接，出药口2-9通过管道与注射杆4-1连接；注射控制机构包含耐震压力表、流量计、液压调节阀2-4、自动阀门等仪表。注射流量、注射体积等参数可在探测系统获取的探测参数的基础上由计算机4-5进行设计计算并通过注射控制机构进行调节，注射控制机构通过控制注射液压装置控制柱塞泵2-5流量。注射液压装置包含液压泵2-6和液压油箱2-3，用于驱动液压柱塞泵2-5。修复药剂可通过高压输药管5-1在配药系统和注射系统间传递。注射小车平台2-2的前端装有万向轮，后端装有固定轮，可以在到达预定地点后锁死，注射小车平台2-2的前后端均设有挂钩1-14，后端挂钩可伸缩。注射小车平台2-2可通过挂钩1-14由履带底盘1-3牵引移动。
43.注射系统中的注射头4-2和注射杆4-1固定安装在杆件箱1-8中。注射头4-2为耐腐蚀不锈钢材质的十字开口式注射头，末端设有锥形头，以便下压至目标层位。注射头4-2设置在注射杆4-1末端，注射杆4-1为中空不锈钢合金注射杆，单根长度为1.0m，外径为25.4mm，可以通过螺纹连接固定，每根注射杆4-1均设有卡扣位，下压机构1-9通过卡扣4-6和卡扣位锁紧注射杆4-1并使注射杆4-1下压。
44.辅助系统中的下压机构1-9用于探测系统的探杆4-3和注射系统的注射杆4-1的下压和上拔；下压液压装置包含液压油缸1-6、电磁调节阀1-12、电磁换向阀1-7、液压单向阀1-5、齿轮泵1-4；下压液压装置通过电磁调节阀1-12控制下压机构1-9以恒定速度下压；齿轮泵1-4、电磁换向阀1-7、电磁调节阀1-12、下压机构1-9通过液压油管依次连接，齿轮泵1-4还与发动机1-1直接连接；下压机构1-9包含液压杆1-10和锁紧机构，锁紧机构为手动卡扣式锁紧机构，下压机构1-9还设有限位孔和限位槽。下压机构1-9通过锁紧机构分别与探杆4-3和注射杆4-1的卡扣位锁紧固定，再通过电磁调节阀1-12控制下的液压杆1-10的运动，带动探杆4-3和注射杆4-1进行下压-提升，液压杆1-10运动方向与下压-提升方向一致；下压机构1-9还设有速度传感器1-11，速度传感器1-11与计算机4-5连接，自动反馈调节下压液压装置的电磁调节阀1-12，从而调整下压速度。
45.本发明提供的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，具体包含以下步骤：
46.步骤1，收集修复场地区域基本工程地质资料，对探测系统的计算机4-5进行调试；
47.步骤2，使用履带底盘1-3牵引配药小车平台3-7至注射点附近20m范围内后解开挂钩1-14并固定配药小车平台3-7，连接电缆5-2并开启搅拌机构3-2电源，开始配置修复药剂；再牵引注射小车平台2-2至注射点附近20m范围内靠近配药小车平台3-7位置，解开挂钩1-14并固定注射小车平台2-2；
48.步骤3，操作履带底盘1-3行驶至注射点上方，将下压机构1-9限位孔对准注射点20cm范围内，操作动力控制机构1-2使燃油发动机1-1动力输出至发电机1-13和液压齿轮泵1-4，打开计算机4-5，准备接收探测数据，计算机4-5自动调整下压机构1-9的下压速度，必
要时需手动调整电磁调节阀1-12，使下压速率保持2cm/s；
49.步骤4，将静力触探探杆4-3安装至下压机构1-9限位槽内，使用卡扣4-6固定探杆4-3，开始下压；当1根探杆4-3完成下压后，松开锁紧机构，使用电磁换向阀1-7提升下压机构1-9，并将新的探杆4-3安装至下压机构1-9限位槽内，旋紧连接已下压的探杆4-3，重新固定锁紧机构，再次下压；循环操作，直至实际探测深度超过设计注射深度1m；
50.步骤5，静力触探过程中每隔一定数据采集间隔采集一次探头4-4传感器数据，并传递给计算机4-5；根据预先设定的阈值参数和分层算法确定土层变层深度和各层的土层类型，以图像显示在lcd屏幕上，同时形成土层分类结果数据，储存在计算机4-5内存中；基于锥尖阻力、侧壁摩擦力等静力触探参数可通过直接或者间接的方法计算得到该点位不同深度处的土壤孔隙度、渗透系数等土壤理化性质参数，并以此为基础设计计算得到该点位不同注射深度处的注射体积、注射流量等注射工艺参数，储存在计算机4-5内存中；
51.步骤6，将履带底盘1-3行驶至该注射点正上方，将下压机构1-9限位孔对准注射点，将注射杆4-1安装至下压机构1-9限位槽内，使用锁紧机构固定注射杆4-1，开始下压，当注射杆4-1完成下压后，松开锁紧机构，使用电磁换向阀1-7提升下压机构1-9，将新的注射杆4-1安装至下压机构1-9限位槽，旋紧连接已下压的注射杆4-1，重新固定下压机构1-9卡扣4-6，重复下压操作，直至实际下压深度等于设计注射深度；
52.步骤7，开启注射系统电源，通过注射控制机构控制注射泵从溶药罐3-5内抽吸修复药剂，修复药剂通过高压输药管5-1及注射杆4-1注入地下；计算机4-5将其储存的注射工艺参数控制信号输出至注射系统的注射控制机构来控制整个注射过程；
53.步骤8，重复步骤3至步骤7，直至所有设计注射点位所有设计深度都已完成药剂注射。
54.下面结合实施例对本发明提供的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法做更进一步描述。
55.实施例1
56.一种用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，采用一体化集成式设备进行原位药剂注射修复。
57.该设备包含动力系统、探测系统、注射系统、配药系统和辅助系统。动力系统包括燃油发动机1-1、动力控制机构1-2、变速箱和发电机1-13；探测系统包括探头4-4、探杆4-3、数据缆线和计算机4-5；注射系统包括柱塞泵2-5、注射杆4-1、注射头4-2、注射控制机构和注射小车平台2-2；配药系统所示包括溶药罐3-5、搅拌机构3-2、加药计量机构和配药小车平台3-7；辅助系统包括杆件箱1-8、履带底盘1-3、下压液压装置以及下压机构1-9。
58.发动机1-1、齿轮泵1-4、液压单向阀1-5、液压油缸1-6、电磁换向阀1-7、杆件箱1-8、下压机构1-9和发电机1-13固定在一个履带底盘1-3上，发电机1-13动力来源于燃油发动机1-1，同时燃油发动机1-1还给履带底盘1-3及下压液压装置中的齿轮泵1-4提供动力，动力切换由动力控制机构1-2实现；速度传感器1-11将杆件(注射杆4-1和探杆4-3)下压速度传输给计算机4-5，计算机4-5反馈调节电磁调节阀1-12，控制杆件下压速度；履带底盘1-3的挂钩1-14可以牵引注药系统和配药系统。
59.液压油箱2-3、液压调节阀2-4、柱塞泵2-5和液压泵2-6固定在注射小车平台2-2上，注射小车平台2-2可通过挂钩1-14由履带底盘1-3牵引移动；计算机4-5通过控制液压调
节阀2-4间接控制药剂注射流量和注射体积，注射系统运行时，药剂被从进药口2-8吸入柱塞泵2-5内，被从出药口2-9泵出；注射小车平台2-2，前端装有万向轮，后端装有固定轮，可以在到达预定地点后锁死，前后端均有挂钩1-14，其中后端挂钩装置可伸缩。
60.配药系统固定在配药小车平台3-7上，装有4对万向轮，在到达预定地点后锁死，前后端均有可伸缩的挂钩1-14，配药小车平台3-7也可以通过挂钩1-14由履带底盘1-3牵引移动，溶药罐3-5侧壁带有液位刻度，顶部固定有加药计量机构和搅拌机构3-2，搅拌桨3-4连接在搅拌机构3-2的减速器底部，溶药罐3-5底部设药剂出口3-6和阀门连接注射系统。
61.注射杆4-1和注射头4-2连接，探杆4-3和探头4-4连接，探杆4-3内部穿过数据缆线，与计算机4-5连接；探杆4-3和注射杆4-1上均有卡扣位，卡扣位置被下压机构1-9锁紧并用于探杆4-3下压。
62.注射系统和配药系统用电来源于动力系统的发电机1-13，通过电缆5-2输电，电缆5-2缠绕在绞盘上，绞盘固定于履带底盘1-3上；配药系统设a罐3-8和b罐3-9两个罐，罐体下部药剂出口3-6通过高压输药管5-1与注药系统进药口2-8连接，配药系统也通过高压输药管5-1将药剂传递至注射杆4-1。
63.本实施例中设备各主要元件的规格如表1所示。
64.表1.主要设备规格。
[0065][0066]
[0067]
实施例2
[0068]
一种用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，应用于某多环芳烃污染场地土壤风险管控和修复场地进行小试。
[0069]
目标区域污染深度约为3.0m，据目标区域范围，共设计11个注射孔，设计注射深度为0.5m-1.5m-3.0m，单孔设计影响半径1.5m。
[0070]
场地内未发现潜水，由于场地历史较长，回填时间10年以上，土层分布极不均匀，且污染物在多个层位均有分布，显然使用传统注射施工方法不能达到预期的修复目标。
[0071]
因此，选择采用原位地层探测-原位药剂注射方法，通过本发明的一体化修复药剂注射设备实现，其包含以下操作步骤：
[0072]
步骤1，根据前期调查，场地地层结构主要为塑填土-粉质黏土-粉砂质土，其中，素填土主要由粉质黏土构成，比对该地区静力触探数据信息，预先设定计算机4-5的分层阈值参数；
[0073]
步骤2，进场卸车后，使用履带底盘1-3牵引配药小车平台3-7至修复目标区域附近20m范围内的水泥空地上，解开挂钩1-14并固定配药小车平台3-7，连接电缆5-2并开启搅拌机构3-2电源，向溶药罐3-5内加入自来水和粉体药剂；再牵引注射小车平台2-2至注射点附近10m范围内的水泥空地上，靠近配药小车平台3-7位置，解开挂钩1-14并固定注射小车平台2-2；
[0074]
步骤3，操作履带底盘1-3行驶至注射点上方，将下压机构1-9限位孔对准注射点20cm范围，操作动力控制机构1-2使燃油发动机1-1动力输出至发电机1-13和液压齿轮泵1-4，打开计算机4-5，计算机4-5自动调整下压机构1-9的下压速度，速度稳定在2cm/s后，完成数据接收准备；
[0075]
步骤4，将静力触探探杆4-3安装至下压机构1-9限位槽内，使用卡扣4-6固定探杆4-3，开始下压；当1根探杆4-3完成下压后，松开锁紧机构，使用电磁换向阀1-7提升下压机构1-9，并将新的探杆4-3安装至下压机构1-9限位槽内，旋紧连接已下压的探杆4-3，重新固定锁紧机构，再次下压；循环操作，直至实际探测深度达到4.0m；
[0076]
步骤5，静力触探进行过程中，计算机4-5将该点位地下土层分布图像显示在lcd屏幕上，同时形成土层分类结果数据和该点位不同注射深度处的注射体积、注射流量等注射工艺参数，储存在计算机4-5内存中；
[0077]
步骤6，调整履带底盘1-3位置使限位孔正对注射点，将注射杆4-1安装至下压机构1-9限位槽内，使用锁紧机构固定注射杆4-1，开始下压，当注射杆4-1完成下压后，松开锁紧机构，使用电磁换向阀1-7提升下压机构1-9，将新的注射杆4-1安装至下压机构1-9限位槽，旋紧连接已下压的注射杆4-1，重新固定下压机构1-9卡扣4-6，重复下压操作，直至实际注射头4-2深度等于第一个设计注射深度0.5m；
[0078]
步骤7，开启注射系统电源，操作计算机4-5将其储存的注射工艺参数控制信号输出至注射系统的注射控制机构，注射泵自动从溶药罐3-5内抽吸修复药剂并按设定的注射流量进行注射，完成0.5m注射后，手动增加注射杆4-1下压并重复计算机4-5操作，直至完成所有深度、所有注射点位药剂注射。
[0079]
步骤8，完成所有注射点位、所有注射深度的注射并养护后进行采样检测，小试目标区域内所有土壤样品中多环芳烃浓度均低于修复目标值。
[0080]
本发明提供的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，是一种一体化侵入式原位地层探测-原位药剂注射技术，首先通过注射点位处的原位静力触探地层测试，反演注射点位地下土层结构和工程地质参数，再结合设计计算及自动控制系统，设计确定并自动调节该注射点位的修复药剂注射参数，同时还可结合传统的人工设定干预，实现基于土层结构的精细化修复药剂注射，避免地下局部夹层、透镜体结构等地层异质性影响注射修复效果；同时可利用静力触探的液压式下压机构来下压注射杆，实现一机多用，并防止注射杆下压过程的横向扰动，降低药剂冒浆、短流的风险，确保注射药剂对污染羽的有效覆盖及修复效果。
[0081]
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
技术特征：
1.一种用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其特征在于，所述的方法采用一体化集成式设备进行原位药剂注射修复，该设备包含动力系统、探测系统、注射系统、配药系统、辅助系统；所述的动力系统包含发动机、动力控制机构、变速箱和发电机；探测系统包含探头、探杆以及计算机；注射系统包含注射泵、注射杆、注射头、注射控制机构、注射液压装置，以及注射小车平台；配药系统包含溶药罐、搅拌机构、加药计量机构，以及配药小车平台；辅助系统包含杆件箱、履带底盘、下压液压装置以及下压机构；所述的动力系统、下压液压装置、下压机构和杆件箱设置在履带底盘上；注射系统的注射泵、注射控制机构、注射液压装置设置在注射小车平台上；配药系统的溶药罐、搅拌机构、加药计量机构设置在配药小车平台上；注射头、注射杆、探杆、探头、计算机设置在杆件箱中；所述的履带底盘、注射小车平台和配药小车平台通过挂钩依次连接。2.根据权利要求1所述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其特征在于，所述的设备还设有输药管和电缆；输药管设置在配药系统和注射系统之间，发电机通过电缆向注射系统和配药系统供电。3.根据权利要求1所述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其特征在于，所述的履带底盘上设有绞盘，电缆缠绕在绞盘上；履带底盘还设有紧张装置以及多于或等于5对的承重轮、1对拖带轮、1对导向轮和1对驱动轮，履带底盘还配备橡胶履带，履带的带宽大于或等于20cm。4.根据权利要求1所述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其特征在于，所述的动力系统中，发动机、变速箱和发电机连接，发动机向发电机、履带底盘以及下压液压装置提供动力，动力控制机构与变速箱相连并控制履带底盘行进；发动机为功率大于或等于25kw的单杠水冷柴油发动机，发电机的输出功率大于或等于15kw。5.根据权利要求1所述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其特征在于，所述的探测系统中，探头为不锈钢合金的静力触探探头，探头截面积为10cm2，探头设置在探杆末端；探杆为中空不锈钢合金探杆，单根长度为1.0m，外径为25.4mm，通过螺纹连接固定；每根探杆均设有卡扣位，下压机构通过卡扣位锁紧探杆并使探杆下压；探头通过数据缆线和计算机的输入端连接，计算机的输出端设有液晶显示屏，并通过数据缆线与注射控制机构相连。6.根据权利要求1所述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其特征在于，所述的配药系统中，溶药罐设有a罐和b罐两个，均为聚丙烯圆柱形溶药罐，高1.5m，直径1.0m，容量1000l，罐侧壁设有液位刻度；溶药罐顶部固定搅拌机构和加药计量机构，底部设有药剂出口和阀门，并通过输药管连接注射系统；搅拌机构包含电动机、减速机，以及设置在溶药罐内并在顶部与减速机连接的搅拌桨，搅拌桨杆长1.4m，桨叶长15cm，转速大于或等于60r/min；加药计量机构为隔膜计量泵，额定流量12l/hr；溶药罐顶部还设有固体药剂投加开口；配药小车平台的底部装有4对万向轮，在到达预定地点后锁死，配药小车平台的前后端均设有可伸缩的挂钩。7.根据权利要求1所述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其特征在于，所述的注射系统中，注射泵为泵体采用耐腐蚀不锈钢的液压柱塞泵，功率小于或等于15kw，注射压力范围为0.5～5.5mpa；液压柱塞泵上设有进药口和出药口，进药口通过输药
管与配药系统连接，出药口通过管道与注射杆连接；注射控制机构包含耐震压力表、流量计、液压调节阀、自动阀门，并通过控制注射液压装置控制柱塞泵流量；注射液压装置包含液压泵和液压油箱，用于驱动液压柱塞泵；注射小车平台的前端装有万向轮，后端装有固定轮，在到达预定地点后锁死，注射小车平台的前后端均设有挂钩，后端挂钩可伸缩。8.根据权利要求7所述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其特征在于，所述的注射系统中，注射头为耐腐蚀不锈钢的十字开口式注射头，末端设有锥形头，注射头设置在注射杆末端，注射杆为中空不锈钢合金注射杆，单根长度为1.0m，外径为25.4mm，通过螺纹连接固定，每根注射杆均设有卡扣位，下压机构通过卡扣位锁紧注射杆并使注射杆下压。9.根据权利要求1所述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其特征在于，所述的辅助系统中，下压机构用于探测系统的探杆和注射系统的注射杆的下压和上拔；下压液压装置包含液压油缸、电磁调节阀、电磁换向阀、液压单向阀、齿轮泵；电磁调节阀控制下压机构以恒定速度下压；齿轮泵、电磁换向阀、电磁调节阀、下压机构通过液压油管依次连接，齿轮泵还与发动机直接连接；下压机构包含液压杆和锁紧机构，还设有限位孔和限位槽；锁紧机构为卡扣式锁紧机构；下压机构还设有速度传感器，速度传感器与计算机连接，自动反馈调节下压液压装置的电磁调节阀，从而调整下压速度。10.根据权利要求1～9中任意一项所述的用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，其特征在于，所述的方法包含：步骤1，收集修复场地区域基本工程地质资料，对探测系统的计算机进行调试；步骤2，使用履带底盘牵引配药小车平台至注射点附近20m范围内后解开挂钩并固定配药小车平台，连接电缆并开启搅拌机构电源，开始配置修复药剂；再牵引注射小车平台至注射点附近20m范围内靠近配药小车平台位置，解开挂钩并固定注射小车平台；步骤3，操作履带底盘行驶至注射点上方，将下压机构限位孔对准注射点20cm范围内，操作动力控制机构使发动机动力输出至发电机和齿轮泵，打开计算机，准备接收探测数据，计算机自动调整下压机构的下压速度，根据需要配合手动调整电磁调节阀，使下压速率保持2cm/s；步骤4，将末端固定有静力触探探头的第一根探杆安装至下压机构限位槽内，使用卡扣固定探杆，开始下压；当第一根探杆完成下压后，松开锁紧机构，使用电磁换向阀提升下压机构，并将新的探杆安装至下压机构限位槽内，再旋紧连接已下压的第一根探杆，重新固定锁紧机构，再次下压；循环操作，直至实际探测深度超过设计注射深度1m；步骤5，静力触探过程中每隔一定间隔采集一次探头传感器数据，并传递给计算机；根据预先设定的阈值参数和分层算法确定土层变层深度和各层的土层类型，以图像显示在屏幕上，同时形成土层分类结果数据，储存在计算机中；根据基于锥尖阻力、侧壁摩擦力的静力触探参数进行计算，得到注射点位不同深度处的包含土壤孔隙度、渗透系数的土壤理化性质参数，并以此为基础设计计算得到注射点位不同注射深度处的包含注射体积、注射流量的注射工艺参数，储存在计算机中；步骤6，将履带底盘行驶至注射点正上方，将下压机构限位孔对准注射点，将末端固定有注射头的第一根注射杆安装至下压机构限位槽内，使用锁紧机构固定注射杆，开始下压，当第一根注射杆完成下压后，松开锁紧机构，使用电磁换向阀提升下压机构，将新的注射杆
安装至下压机构限位槽，旋紧连接已下压的第一根注射杆，重新固定下压机构卡扣，再次下压；循环操作，直至实际下压深度等于设计注射深度；步骤7，开启注射系统电源，通过注射控制机构控制注射泵从溶药罐内抽吸修复药剂，修复药剂通过输药管及注射杆注入地下；计算机将其储存的注射工艺参数控制信号输出至注射系统的注射控制机构来控制注射过程；步骤8，重复步骤3至步骤7，直至所有设计注射点位所有设计深度都已完成药剂注射。
技术总结
本发明公开了一种用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复方法，采用一体化集成式设备进行原位药剂注射修复，该设备设备包含动力系统、探测系统、注射系统、配药系统、辅助系统；动力系统包含发动机、动力控制机构、变速箱和发电机；探测系统包含探头、探杆以及计算机；注射系统包含注射泵、注射杆、注射头、注射控制机构、注射液压装置，以及注射小车平台；配药系统包含溶药罐、搅拌机构、加药计量机构，以及配药小车平台；辅助系统包含杆件箱、履带底盘、下压液压装置以及下压机构。本发明的方法是将一套一体化集成式设备用于土壤和地下水污染的原位药剂注射修复，能够提高修复效率，节约时间和资金成本。和资金成本。和资金成本。
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