CN106014454A - 隧道衬砌拱顶带模注浆装置及注浆工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种隧道衬砌拱顶带模注浆装置及注浆工艺，注浆装置包括：衬砌混凝土浇筑模板、注浆管、固定装置、节流装置、分流装置、供料装置和控制装置；衬砌混凝土浇筑模板上设有安装孔；注浆管穿设安装孔，且固定装置用于将注浆管固定连接；节流装置的一端与注浆管相连通，另一端与分流装置的输出口连通；供料装置与分流装置的输入口连通，用于向注浆管输送注浆液；控制装置与供料装置相连接，用于控制供料装置的启停。本发明解决了传统后期打孔注浆过程中容易打穿防水板导致二衬混凝土渗漏水的问题，使充填的注浆液与混凝土形成受力整体，解决了衬砌脱空传统注浆工艺"两层皮"的弊端，减少衬砌混凝土开裂和脱落的风险。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域，尤其是涉及一种隧道衬砌拱顶带模注浆装置及注浆工艺。
背景技术
我国是一个多山国家，所以隧道量也十分巨大。在隧道衬砌(二衬)施工中，由于拱顶位置特殊，施工中可能会因灌筑预留、封堵孔设置不合理，泵送混凝土坍落度大，泵送混凝土压力控制不好，混凝土收缩，支护不平整等原因不可避免地会造成二衬拱顶与混凝土初砌支护面不密贴，拱部混凝土封顶易产生脱空、空洞等现象。由于二次衬砌缺陷，致使衬砌受力不均匀，恶化了衬砌受力条件，改变了衬砌设计受力状态，衬砌实际受力可能超过设计应力范围，在外部荷载作用下，加上其它不利因素影响，隧道衬砌发生破坏的机率就会增大。
即便对衬砌与支护空洞的缺陷进行了整治，但是,自2010年以来，几乎每年都有运营铁路隧道拱部开裂、掉块等质量缺陷影响运营安全的事故发生。其主要原因大多为隧道衬砌厚度严重不足且局部存在空洞或灌注混凝土不连续形成“两张皮”现象，在高速列车反复作用下，造成衬砌开裂后混凝土掉块，也有部分隧道施工缝和衬砌表面混凝土缺陷修补方法不正确，因粘结不牢产生的脱落掉块。
整治衬砌与支护空洞的缺陷，目前,所采用的方式多是打孔注浆法，即在二次衬砌砼强度达到设计的100％后，对其进行打孔埋入注浆管，然后进行注浆，但是此方法存在的问题如下：
1.在打孔过程中，容易打穿防水板造成后期混凝土的渗漏现象；
2.所采用的浆料多为1：1的纯水泥浆，由于水胶比非常大，后期收缩严重，造成注浆之后仍然有很大的空洞，可能需要二次注浆，同时，纯水泥浆也很难与二次衬砌混凝土结合成一个整体，最终形成两层皮的现象。
在《中国铁路总公司工程管理中心关于印发<铁路隧道二次衬砌预防拱顶空洞实施意见>的通知》(工管桥隧函〔2015〕199号)中提出了一种采用纵向排气管与注浆管的带模注浆法，在隧道拱顶防水板上粘贴双排纵向PVC花管，再连接径向PVC管。在实践中，PVC管基本为摆设，由于PVC管连接不合理、支护不平整、防水板焊接不牢等原因，在浇注混凝土时防水板下塌或脱落，造成PVC管接口变形或断开，最后管口被堵塞，导致无法注浆。以及径向预埋PVC管方法，PVC管价格低，重量轻，强度低，在受模内混凝土挤压时，PVC管偏离原始位置，或倾斜，或弯折，拆模后找不到PVC管或管口堵塞。在注浆管上设置梅花孔，容易造成浆液从端模出露出，造成内部没有住满，而停止注浆的假象。排气管上没有孔，造成里面空气排不出来。不能起到二衬厚度的作用。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种隧道衬砌拱顶带模注浆装置，以解决以往打孔注浆技术中存在的混凝土渗漏水以及现有带模注浆方法现场无法实现的技术问题，同时，可以对于二衬混凝土灌注以及带模注浆过程进行实时监控，做到预防为先，防患于未然。
本发明的另一个目的在于提供一种具有上述注浆装置的隧道衬砌拱顶带模注浆工艺。
本发明提供的隧道衬砌拱顶带模注浆装置，包括：衬砌混凝土浇筑模板、注浆管、固定装置、节流装置、分流装置、供料装置和控制装置；所述衬砌混凝土浇筑模板上设置有安装孔；所述注浆管穿设所述安装孔，且所述固定装置用于将所述注浆管固定连接；所述节流装置的一端与所述注浆管相连通，另一端与所述分流装置的输出口连通；所述供料装置与所述分流装置的输入口连通，用于向所述注浆管输送注浆液；所述控制装置与所述供料装置相连接，用于控制所述供料装置的启停。
进一步的，所述衬砌混凝土浇筑模板为衬砌台车上设置的台车模板，所述台车模板上设置有所述安装孔。
进一步的，所述固定装置包括：固定法兰、定位法兰、套管和固定管；所述固定法兰和所述定位法兰分别设置有通孔，所述注浆管能够分别穿设所述通孔和所述安装孔，且所述固定法兰与所述衬砌混凝土浇筑模板相连接，并与所述定位法兰相连接，所述套管的一端与所述定位法兰相连接并套设在所述注浆管上，另一端与所述固定管相连接，所述固定管与所述节流装置相连接。
进一步的，所述的隧道衬砌拱顶带模注浆装置还包括缓冲装置，所述缓冲装置设置在所述注浆管与所述固定管之间，用于对所述注浆管和所述固定管的支撑和缓冲。
进一步的，所述供料装置包括上料装置、储水槽、搅拌机和注浆机；所述上料装置与所述搅拌机相连接，用于向所述搅拌机中输送原料；所述储水槽与所述搅拌机相连通，用于向所述搅拌机中注水；所述注浆机的输入端与所述搅拌机相连接，所述注浆机的输出端与所述分流装置的输入口相连通，且所述控制装置与所述注浆机相连接，用于控制所述注浆机的启停。
进一步的，所述控制装置包括控制器和浆体探测器；所述控制器分别与所述浆体探测器和所述供料装置连接；所述浆体探测器设置在衬砌拱顶的衬砌防水板与衬砌混凝土之间的空洞内，用于检测所述衬砌防水板和所述衬砌混凝土之间是否充满注浆液和注浆液的密度是否满足预设密度值，并将检测到的结果发送信号给所述控制器，所述控制器根据接收到的发送信号控制所述供料装置的启停；和/或
所述分流装置上设置有机械压力表，所述机械压力表用于检测所述分流装置中通过的注浆液压力。
进一步的，所述的隧道衬砌拱顶带模注浆装置还包括数据采集装置，所述数据采集装置包括流量监控器、第一监控探头、第二监控探头和数据处理器；
所述流量监控器设置在所述供料装置的输出口，并与所述数据处理器连接，所述流量监控器将检测到的所述供料装置的输出口的浆液瞬时流量和浆液总量发送数据信号给所述数据处理器进行处理并存储；
所述第一监控探头设置在衬砌拱顶的衬砌防水板上，并紧贴在所述衬砌防水板的下方，能够在所述衬砌防水板与衬砌台车端模及所述衬砌混凝土浇筑模板所形成的空洞内移动，且所述第一监控探头与所述数据处理器连接，用于对二衬混凝土的灌注过程，以及带模注浆过程进行视频监控并将视频监控数据发送给所述数据处理器处理并存储；
所述第二监控探头与所述数据处理器连接，用于监控所述注浆管的安装过程，所述安装孔的漏浆情况，以及所述隧道衬砌拱顶带模注浆装置的工作状态，并将监控视频数据发送给所述数据处理器进行处理并存储。
进一步的，述控制器还包括压力传感器；所述压力传感器设置在所述分流装置上，用于检测所述分流装置中通过的注浆液压力，并将检测到注浆液压力转化为电信号传回所述控制器，所述控制器将得到的压力值与预设压力值进行比对，所述控制器根据比对结果控制所述供料装置的启停。
本发明提供的隧道衬砌拱顶带模注浆工艺，包括：
步骤S1，将衬砌台车进行安装改装，根据台车模板上分布的多个衬砌混凝土浇筑孔，将台车模板划分为多个区域，并在多个区域的台车模板上分别开设安装孔，然后安装固定法兰；
步骤S2，对预设区域进行注浆管的安装，使注浆管穿过安装孔顶住衬砌防水板，测量好注浆管的长度，并记录埋入台车模板与防水板之间的长度，然后切除多余的注浆管，分别安装固定装置、节流装置和分流装置；
步骤S3，对供料装置进行安装固定；
步骤S4，对控制装置的安装固定；
步骤S5，对数据采集装置的安装固定；
步骤S6，通过衬砌混凝土浇筑孔进行衬砌混凝土的灌注作业，当衬砌混凝土到达衬砌台车端模处停止灌注；
步骤S7，带模及时注浆作业；
步骤S8，注浆完毕后，关闭节流装置，拆除节流装置后端的所有设备并进行清洗；
步骤S9，将数据采集装置所采集的数据上传到数据库长久保存。
进一步的，步骤S7包括：
步骤701，将充填砂浆通过上料装置提升到搅拌机中，然后开启搅拌机，边搅拌边通过储水槽加入拌合水，等所有的拌合水加入后，继续搅拌1-5分钟；
步骤702，搅拌好的浆料自动进入注浆机，开启注浆机，注浆料在压力的作用下通过管道流经分流装置、节流装置和注浆管，进入防水板和衬砌混凝土之间的空洞中；
步骤703，注浆结束判定；当浆体探测器探测到衬砌台车端模附近的浆体密度达到设定密度值时，控制器红灯亮起，并控制注浆机停止工作；
或，当压力传感器检测到分流装置中的浆体压力持续大于1.0MPa，压力传感器测量的时间优选为5-10s时，此时需要关停注浆机；
或，当人工观察从衬砌台车端模流出的浆体，若浆体状态与搅拌机中的浆体状态接近，则停止注浆，关停注浆机；
或，当观察机械压力表，注浆料的压力持续大于1.0MPa，优选的机械压力表8的观察时间为5-10s，此时需要关停注浆机。
本发明提供的隧道衬砌拱顶带模注浆装置，衬砌混凝土浇筑模板上设置有安装孔，注浆管穿设安装孔，可以顶在衬砌防水板上，且固定装置用于将注浆管固定连接，节流装置的一端与注浆管相连通，另一端与分流装置的输出口连通，供料装置与分流装置的输入口连通，用于向所注浆管输送注浆液，控制装置与供料装置相连接，用于控制供料装置的启停，在混凝土浇筑完成后，能够通过控制装置及时对供料装置的开启及时向注浆管输送注浆液对衬砌混凝土和衬砌防水板之间的空隙及时注浆作业，一方面，避免了现有技术中打孔过程中打穿防水板导致混凝土渗漏的情况发生，解决了现有带模注浆技术在现场实际无法实施的问题，提高了隧道工程的可靠性，另一方面，在注浆作业完成后，节流装置能够阻止注浆液从注浆管倒流，使混凝土与注浆液完全混合凝固后，再拆下注浆装置，使填充的注浆液与混凝土形成受力整体，提高衬砌的受力能力，解决了衬砌脱空传统注浆工艺"两层皮"的弊端，提高了衬砌的整体受力能力，改善了衬砌的整体结构，且能够综合的减少衬砌混凝土开裂、脱空和脱落的风险，提高衬砌对地质风险的免疫力，减少运营时隧道衬砌发生灾害的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的隧道衬砌拱顶带模注浆装置的结构示意图；
图2为图1所示的固定法兰的结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的隧道衬砌拱顶带模注浆装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的隧道衬砌拱顶带模注浆装置的装配结构示意图；
图5为本发明实施例提供的隧道衬砌拱顶带模注浆工艺流程示意图；
图6为本发明又一实施例提供的隧道衬砌拱顶带模注浆工艺流程示意图。
附图标记：
1-台车模板； 101-安装孔； 2-注浆管；
3-固定装置； 31-固定法兰； 32-定位法兰；
33-套管； 34-固定管； 35-缓冲胶管；
4-节流装置； 5-分流装置； 6-供料装置；
61-上料装置； 62-储水槽； 63-搅拌机；
64-注浆机； 7-控制装置； 71-控制器；
72-浆体探测器； 73-压力传感器； 8-机械压力表；
9-数据采集装置； 91-流量监控器； 92-第一监控探头；
93-第二监控探头； 94-数据处理器； 95-固定板；
10-衬砌混凝土； 11-衬砌防水板； 12-浇筑孔；
13-抗压注浆管； 14-变径连接管； 15-快速连接头；
16-衬砌台车端模； 311-安装螺丝； 312-紧固螺母。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-4所示，本发明第一方面的实施例提供的隧道衬砌拱顶带模注浆装置，包括：衬砌混凝土10浇筑模板、注浆管2、固定装置3、节流装置4、分流装置5、供料装置6和控制装置7；所述衬砌混凝土10浇筑模板上设置有安装孔101；所述注浆管2穿设所述安装孔101，且所述固定装置3用于将所述注浆管2固定连接；所述节流装置4的一端与所述注浆管2相连通，另一端与所述分流装置5的输出口连通；所述供料装置6与所述分流装置5的输入口连通，用于向所述注浆管2输送注浆液；所述控制装置7与所述供料装置6相连接，用于控制所述供料装置6的启停。
在本发明的一个实施例中，进一步的，所述衬砌混凝土10浇筑模板为衬砌台车上设置的台车模板1，所述台车模板1上设置有所述安装孔101。安装孔101的直径比注浆管2的直径大1mm至6mm，方便了注浆管2的安装，同时，保证了衬砌混凝土不会从注浆管2与安装孔101的缝隙中流出。
如图1-4所示，在本发明的一个实施例中，进一步的，所述固定装置3包括：固定法兰31、定位法兰32、套管33和固定管34；所述固定法兰31和所述定位法兰32分别设置有通孔，所述注浆管2能够分别穿设所述通孔和所述安装孔101，且所述固定法兰31与所述衬砌混凝土10浇筑模板相连接，并与所述定位法兰32相连接，所述套管33的一端与所述定位法兰32相连接并套设在所述注浆管2上，另一端与所述固定管34相连接，所述固定管34与所述节流装置4相连接。优选的，固定法兰31的材质为钢材，并为圆盘形，可以通过焊接或螺接固定在衬砌混凝土10浇筑模板上，也可以固定在台车模板1上，在固定法兰31上可以设置多个安装螺丝311，优选为四条安装螺丝311，定位法兰32上设置有与安装螺丝311相对应的连接孔，再用紧固螺母312对安装螺丝311进行紧固，使定位法兰32安装在固定法兰31上，紧固螺母312可以配有平垫片和弹簧垫片，使其紧固效果更佳。优选的，在定位法兰32的通孔处一体成型的连接管，注浆管2能够穿过连接管到安装孔101内，连接管的自由端外侧设有丝扣，套管33为钢铁材质的圆管结构，在套管33的上下两端设置有内丝扣，上端的内丝扣与连接管的外丝扣进行配合连接，下端的内丝扣与一端设置有外丝扣的固定管34连接，注浆管2的下端顶在固定管34的上端，固定管34的另一端与节流装置4连接。注浆管2顶端设置有出浆切口，用于所注砂浆流出，可以是硬质塑料管、钢管、镀锌管、高强水泥管、活性粉末混凝土钢丝网管等。优选的，注浆管2是采用活性粉末混凝土钢丝网管，经高温蒸养制备，具有抗折强度高，耐久性好的特性。
如图1、图3和图4所示，在本发明的一个实施例中，进一步的，所述的隧道衬砌拱顶带模注浆装置还包括缓冲装置，所述缓冲装置设置在所述注浆管2与所述固定管34之间，用于对所述注浆管2和所述固定管34的支撑和缓冲。优选的，缓冲装置为缓冲胶管35，缓冲胶管35的直径与注浆管2的直径相同，缓冲胶管35的上端顶住注浆管2，下端定在固定管34的上端，注浆液能够从缓冲胶管35中通过，缓冲胶管35的设置对注浆管2起到了支撑和缓冲的作用，避免了衬砌混凝土10灌注的过程中导致注浆管2承受来自衬砌防水板11的冲击而断裂，提高了产品的可靠性。
如图1、图3和图4所示，在本发明的一个实施例中，进一步的，所述供料装置6包括上料装置61、储水槽62、搅拌机63和注浆机64；所述上料装置61与所述搅拌机63相连接，用于向所述搅拌机63中输送原料；所述储水槽62与所述搅拌机63相连通，用于向所述搅拌机63中注水；所述注浆机64的输入端与所述搅拌机63相连接，所述注浆机64的输出端与所述分流装置5的输入口相连通，且所述控制装置7与所述注浆机64相连接，用于控制所述注浆机64的启停。上料装置61的作用是将注浆原料从地面提升到搅拌机63中，储水槽62向搅拌机63中注入拌合水，优选的，上料装置61为螺杆输送机、斗士提升机或皮带输送机，搅拌机63为双层搅拌机63、强制式搅拌机63或自落式搅拌机63。注浆机64的作用是给注浆料浆体施加压力，将其注入到衬砌防水板11和衬砌混凝土10的空洞中，优选的，注浆机64为柱塞式注浆泵、螺杆式注浆泵，挤压式注浆泵。优选的，分流装置5至注浆机64之间的连接管道为抗压注浆管13，可以分为多段进行连接，每段的连接处采用快速连接头15连接，同时，抗压连接管可以选择钢管或抗压橡胶管，另外，连接管道与分流装置5的连接处可以设置变径连接管14连接，变径连接管14的上端口直径大于变径连接管14的下端口直径，这样的设计可以防堵塞，降低重量，快速拆装等以及堵管或注浆作业之后的清理。
如图1、图3和图4所示，在本发明的一个实施例中，进一步的，所述控制装置7包括控制器71和浆体探测器72；所述控制器71分别与所述浆体探测器72和所述供料装置6连接；所述浆体探测器72设置在衬砌拱顶的衬砌防水板11与衬砌混凝土10之间的空洞内，用于检测所述衬砌防水板11和所述衬砌混凝土10之间是否充满注浆液和注浆液的密度是否满足预设密度值，并将检测到的结果发送信号给所述控制器71，所述控制器71根据接收到的发送信号控制所述供料装置6的启停；和/或
所述分流装置5上设置有机械压力表8，所述机械压力表8用于检测所述分流装置5中通过的注浆液压力。
浆体探测器72主要作用是探测衬砌防水板11和衬砌混凝土10之间是否充满浆料和浆料浓度能否达到要求，通过浆料流过浆体探测器72过程中采集浆料的密度数据。机械压力表8主要作用是便于人工观测注浆液的压力，优选的，机械压力表8为抗震式隔膜压力表，量程为4-10MPa。
进一步的，述控制器71还包括所述压力传感器73；所述压力传感器73设置在所述分流装置5上，用于检测所述分流装置5中通过的注浆液压力，并将检测到注浆液压力转化为电信号传回控制器71，控制器71将得到的压力值与预设压力值进行比对，所述控制器71根据所述比对结果控制所述供料装置6的启停。压力传感器73可以安装在分流装置5的右端，其作用是用于测量注浆液的压力，原理是将电阻应变片粘贴在弹性元件特定表面上，当注浆液作用于弹性元件时，会导致弹性元件应力和应变的变化，进而引起电阻应变片电阻的变化，电阻的变化经电路处理后的以电信号的方式输出给控制器71，压力传感器73的量程为0.1MPa-10MPa，测量精度为0.001MPa。采用压力传感器73的测压判断精准，避免了人工经验判断导致的高压注浆对衬砌混凝土10的破坏。
如图1和图4所示，在本发明的一个实施例中，进一步的，所述的隧道衬砌拱顶带模注浆装置还包括数据采集装置9，所述数据采集装置9包括流量监控器91、第一监控探头92、第二监控探头93和数据处理器94；所述流量监控器91设置在所述供料装置6的输出口，并与所述数据处理器94连接，所述流量监控器91将检测到的所述供料装置6的输出口的浆液瞬时流量和浆液总量发送数据信号给所述数据处理器94进行处理并存储；所述第一监控探头92设置在衬砌拱顶的衬砌防水板11上，并紧贴在所述衬砌防水板11的下方，能够在所述空洞内移动，具体的，第一监控探头92可以在衬砌台车端模16左侧和右侧移动，且所述第一监控探头92与所述数据处理器94连接，用于对所述衬砌混凝土10的灌注以及注浆液的灌注情况进行视频监控并将视频监控数据发送给所述数据处理器94处理并存储；所述第二监控探头93与所述数据处理器94连接，用于监控注安装孔101的漏浆情况，以及所述隧道衬砌拱顶带模注浆装置的工作状态，并将监控视频数据发送给所述数据处理器94进行处理并存储。另外，也可以对数据采集装置的第二监控探头93和数据处理器94在注浆管2安装前进行安装，这样可以监控到注浆管的安装状态，本实施例方便了对注浆作业的控制，时刻掌握注浆作业的工作状态，优选的，第一监控探头92安装在固定板95的滑轨上，固定板95从端部的模板开孔中伸入到衬砌防水板11和衬砌混凝土10的空洞中，方便对第一监控探头92的操作，有利于注浆作业完成后对第一监控探头92的取出。
在上述实施例中，节流装置4可以为球阀、蝶阀或单向阀；分流装置5可以选为三通连接件、四通连接件或五通连接件等，当然，根据现场情况需要还可以选择其它的阀体，本实施分流装置5优选为四通连接件。
如图5和图6所示，本发明第二方面的实施例提供的隧道衬砌拱顶带模注浆工艺，包括：
步骤S1，将衬砌台车进行安装改装，根据台车模板1上分布的多个衬砌混凝土10浇筑孔12，并在多个分布的浇筑区域的台车模板1上分别开设安装孔101，安装固定法兰31；
步骤S2，对预设区域进行注浆管2的安装，使注浆管2穿过安装孔101顶住衬砌防水板11，测量好注浆管2的长度，并记录埋入台车模板1与衬砌防水板11之间的长度，然后切除多余的注浆管2，分别安装固定装置3、节流装置4和分流装置5；
步骤S3，对供料装置进行安装固定；
步骤S4，对控制装置的安装固定；
步骤S5，对数据采集装置的安装固定；
步骤S6，通过衬砌混凝土浇筑孔进行衬砌混凝土的灌注作业，当衬砌混凝土到达衬砌台车端模处停止灌注；
步骤S7，带模及时注浆作业；
步骤S8，注浆完毕后，关闭节流装置，拆除节流装置后端的所有设备并进行清洗；
步骤S9，将数据采集装置所采集的数据上传到数据库长久保存。
进一步的，步骤S7包括：
步骤701，将充填砂浆通过上料装置61提升到搅拌机63中，然后开启搅拌机63，边搅拌边通过储水槽62加入拌合水，等所有的拌合水加入后，继续搅拌1-5分钟；
步骤702，搅拌好的浆料自动进入注浆机64，开启注浆机64，注浆料在压力的作用下通过管道流经分流装置5、节流装置4和注浆管2，进入衬砌防水板11和衬砌混凝土10之间的空洞中；
步骤703，注浆结束判定；当浆体探测器72探测到衬砌台车端模16附近的浆体密度达到设定密度值时，控制器71红灯亮起，并控制注浆机64停止工作；
或，当压力传感器73检测到分流装置5中的浆体压力持续大于1.0MPa，优选的时间为5-10s，此时需要关停注浆机64；
或，当人工观察从衬砌台车端模16流出的浆体，若浆体状态与搅拌机中的浆体状态接近，则停止注浆，关停注浆机64；
或，当观察机械压力表8，注浆料的压力持续大于1.0MPa，优选的时间为5-10s，此时需要关停注浆机。
具体的，当浆体探测器72探测到衬砌台车端模16附近的浆体密度达到设定值(设定值与搅拌机63中浆料的密度一致，优选的设计密度范围1000-2400kg/m3，需要数值根据注浆料本身密度确定)，而作为结束注浆的标志，此时，控制器71红灯亮起，并控制注浆机64停止运行。另外，在浆体探测器72探测到衬砌台车端模16附近的浆体密度达到设定值之前，如果压力传感器73测量到注浆料的压力持续大于1.0MPa，压力传感器73测量的时间优选为5-10s时，则控制器71黄灯报警，并控制关停注浆机64，此时需要依次换用备用注浆孔注浆，直到在浆体探测器72探测到衬砌台车端模16附近的浆体密度达到设定值，此时控制器71红灯亮起，并控制关停注浆机64。当人工控制注浆机64时，以机械压力表8测压，若浆体状态较搅拌机63中的浆体状态相差较大，而机械压力表8显示的注浆料的压力持续大于1.0MPa，优选的预设压力值为1.0MPa，优选的机械压力表8的观察时间为5-10s，此时需要关停注浆机64，换备用注浆孔注浆，直到从衬砌台车端模16流出的浆体状态与搅拌机63中的浆体状态接近，则停止注浆，关掉注浆机64。
在步骤S1中，一般衬砌台车模板1上分布有N个衬砌混凝土10浇注孔，一般2-3米分布一个，如果是含有钢筋的围岩，加大密度，优选的N为3-6个，可以将台车模板1分为N+1个区域，依次为①区(预设区域)，②区，③区，……N区，N+1区。在N+1个区域上分别开孔，然后将四个固定法兰31通过焊接等方式设置在台车模板1上面的各个区域上。
在步骤S2中包括；
步骤201，将安装螺丝311穿过注浆管2定位法兰32四周的圆孔，最后连接紧固螺母312，将注浆管2定位法兰32安装在固定法兰31上面；
步骤202，将注浆管2,从注浆管2定位法兰32中心的连接管中穿入，使其用力顶住衬砌防水板11，测算好注浆管2的理想长度，并记录埋入长度，判定衬砌厚度，然后切除富余注浆管2，并在注浆管2的顶端开出浆口，然后再次将注浆管2，从注浆管2定位法兰32中心的连接管中穿入，使其用力顶住衬砌防水板11；
步骤203，注浆管2固定套管33拧在注浆管2定位法兰32中心的连接管上，然后将缓冲胶管35放入注浆管2固定套管33中，顶住注浆管2，最后拧上注浆管2固定管34，将注浆管2顶紧；
步骤204，将节流装置4上端拧在注浆管2固定套管33上，下端拧上四通阀连接装置，然后在四通阀连接装置左端连接机械压力表8，右端连接压力感应器，下端与变径连接管14相连接。
步骤205，将带有注浆连接管连接到变径连接管14上，另一端连接到抗压注浆管13。
在步骤S3中，以注浆机64为中心，分别连接抗压注浆管13、搅拌机63以及与控制器71连接，然后搅拌机63的上方设置储水槽62和上料装置61。
在步骤S5中，将所述流量监控器设置在所述供料装置的输出口，并与所述数据处理器连接；所述第一监控探头设置在衬砌拱顶的衬砌防水板上，并紧贴在所述衬砌防水板的下方；所述第二监控探头与所述数据处理器连接。
综上所述，本发明提供的隧道衬砌拱顶带模注浆装置，在混凝土浇筑完成后，能够通过控制装置及时对供料装置的开启及时向注浆管输送注浆液对衬砌混凝土和衬砌防水板之间的混凝土就行及时注浆作业，带模注浆在混凝土浇筑结束后开始注浆，通过较高的注浆压力，既能使充填砂浆充分密实衬砌空洞，修复衬砌缺陷，同时，使充填材料与衬砌混凝土形成受力整体，提高衬砌的受力能力。解决了衬砌脱空传统注浆工艺"两层皮"的弊端，提高了衬砌的整体受力能力，改善了衬砌的整体结构，能够综合的减少衬砌混凝土开裂、脱空和脱落的风险，提高衬砌对地质风险的免疫力，减少运营时隧道衬砌发生灾害的风险，另外，注浆管预埋，不仅可以作为安装孔使用，同时还可以对衬砌厚度及混凝土浇筑的管理和监控。数据采集装置可以对衬砌混凝土灌注和带模及时注浆工艺进行监控，并保存数据，做到预防为先，出现问题可以追溯，变不透明的隧道施工过程为透明工程。预埋注浆管台车带模注浆施工方便、操作简单，使带模注浆切实可行，不走过场，并且带模及时注浆在衬砌施工间隙进行，不影响衬砌施工，可以采用全自动注浆工艺和非自动注浆工艺，即采用压力传感器实现自动化控制注浆过程，对施工人员要求低，保证施工过程的标准化和专业化，也可以人工通过对机械压力表的观测实现非自动注浆工艺，对于特殊施工条件的隧道，配以高素质的施工人员，可以保证工程的高质量完成，而且通过对于现有台车的改造就可以实现带模注浆功能，造价低廉，改造方便快捷。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种隧道衬砌拱顶带模注浆装置，其特征在于，包括：衬砌混凝土浇筑模板、注浆管、固定装置、节流装置、分流装置、供料装置和控制装置；
所述衬砌混凝土浇筑模板上设置有安装孔；
所述注浆管穿设所述安装孔，且所述固定装置用于将所述注浆管固定连接；
所述节流装置的一端与所述注浆管相连通，另一端与所述分流装置的输出口连通；
所述供料装置与所述分流装置的输入口连通，用于向所述注浆管输送注浆液；
所述控制装置与所述供料装置相连接，用于控制所述供料装置的启停。
2.根据权利要求1所述的隧道衬砌拱顶带模注浆装置，其特征在于，所述衬砌混凝土浇筑模板为衬砌台车上设置的台车模板，所述台车模板上设置有所述安装孔。
3.根据权利要求1所述的隧道衬砌拱顶带模注浆装置，其特征在于，所述固定装置包括：固定法兰、定位法兰、套管和固定管；
所述固定法兰和所述定位法兰分别设置有通孔，所述注浆管能够分别穿设所述通孔和所述安装孔，且所述固定法兰与所述衬砌混凝土浇筑模板相连接，并与所述定位法兰相连接，所述套管的一端与所述定位法兰相连接并套设在所述注浆管上，另一端与所述固定管相连接，所述固定管与所述节流装置相连接。
4.根据权利要求3所述的隧道衬砌拱顶带模注浆装置，其特征在于，还包括缓冲装置，所述缓冲装置设置在所述注浆管与所述固定管之间，用于对所述注浆管和所述固定管的支撑和缓冲。
5.根据权利要求1所述的隧道衬砌拱顶带模注浆装置，其特征在于，所述供料装置包括上料装置、储水槽、搅拌机和注浆机；
所述上料装置与所述搅拌机相连接，用于向所述搅拌机中输送原料；
所述储水槽与所述搅拌机相连通，用于向所述搅拌机中注水；
所述注浆机的输入端与所述搅拌机相连接，所述注浆机的输出端与所述分流装置的输入口相连通，且所述控制装置与所述注浆机相连接，用于控制所述注浆机的启停。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的隧道衬砌拱顶带模注浆装置，其特征在于，所述控制装置包括控制器和浆体探测器；
所述控制器分别与所述浆体探测器和所述供料装置连接；
所述浆体探测器设置在衬砌拱顶的衬砌防水板与衬砌混凝土之间的空洞内，用于检测所述衬砌防水板和所述衬砌混凝土之间是否充满注浆液和注浆液的密度是否满足预设密度值，并将检测到的结果发送信号给所述控制器，所述控制器根据接收到的发送信号控制所述供料装置的启停；和/或
所述分流装置上设置有机械压力表，所述机械压力表用于检测所述分流装置中通过的注浆液压力。
7.根据权利要求6所述的隧道衬砌拱顶带模注浆装置，其特征在于，所述控制器还包括压力传感器；
所述压力传感器设置在所述分流装置上，用于检测所述分流装置中通过的注浆液压力，并将检测到注浆液压力转化为电信号传回所述控制器，所述控制器将得到的压力值与预设压力值进行比对，所述控制器根据比对结果控制所述供料装置的启停。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的隧道衬砌拱顶带模注浆装置，其特征在于，还包括数据采集装置，所述数据采集装置包括流量监控器、第一监控探头、第二监控探头和数据处理器；
所述流量监控器设置在所述供料装置的输出口，并与所述数据处理器连接，所述流量监控器将检测到的所述供料装置的输出口的浆液瞬时流量和浆液总量发送数据信号给所述数据处理器进行处理并存储；
所述第一监控探头设置在衬砌拱顶的衬砌防水板上，并紧贴在所述衬砌防水板的下方，能够在所述衬砌防水板与衬砌台车端模及所述衬砌混凝土浇筑模板所形成的空洞内移动，且所述第一监控探头与所述数据处理器连接，用于对二衬混凝土的灌注过程，以及带模注浆过程进行视频监控并将视频监控数据发送给所述数据处理器处理并存储；
所述第二监控探头与所述数据处理器连接，用于监控所述注浆管的安装过程，所述安装孔的漏浆情况，以及所述隧道衬砌拱顶带模注浆装置的工作状态，并将监控视频数据发送给所述数据处理器进行处理并存储。
9.一种隧道衬砌拱顶带模注浆工艺，其特征在于，包括：
步骤S1，将衬砌台车进行安装改装，根据台车模板上分布的多个衬砌混凝土浇筑孔，将台车模板划分为多个区域，并在多个区域的台车模板上分别开设安装孔，然后安装固定法兰；
步骤S2，对预设区域进行注浆管的安装，使注浆管穿过安装孔顶住衬砌防水板，测量好注浆管的长度，并记录埋入台车模板与防水板之间的长度，然后切除多余的注浆管，分别安装固定装置、节流装置和分流装置；
步骤S3，对供料装置进行安装固定；
步骤S4，对控制装置的安装固定；
步骤S5，对数据采集装置的安装固定；
步骤S6，通过衬砌混凝土浇筑孔进行衬砌混凝土的灌注作业，当衬砌混凝土到达衬砌台车端模处停止灌注；
步骤S7，带模及时注浆作业；
步骤S8，注浆完毕后，关闭节流装置，拆除节流装置后端的所有设备并进行清洗；
步骤S9，将数据采集装置所采集的数据上传到数据库长久保存。
10.根据权利要求9所述的隧道衬砌拱顶带模注浆工艺，其特征在于，步骤S7包括：
步骤701，将充填砂浆通过上料装置提升到搅拌机中，然后开启搅拌机，边搅拌边通过储水槽加入拌合水，等所有的拌合水加入后，继续搅拌1-5分钟；
步骤702，搅拌好的浆料自动进入注浆机，开启注浆机，注浆料在压力的作用下通过管道流经分流装置、节流装置和注浆管，进入衬砌防水板和衬砌混凝土之间的空洞中；
步骤703，注浆结束判定；当浆体探测器探测到衬砌台车端模附近的浆体密度达到设定密度值时，控制器红灯亮起，并控制注浆机停止工作；
或，当压力传感器检测到分流装置中的浆体压力持续大于1.0MPa，压力传感器测量的时间优选为5-10s，此时需要关停注浆机；
或，当人工观察从衬砌台车端模流出的浆体，若浆体状态与搅拌机中的浆体状态接近，则停止注浆，关停注浆机；
或，当观察机械压力表，注浆料的压力持续大于1.0MPa，优选的机械压力表的观察时间为5-10s，此时需要关停注浆机。
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