CN107387095B - 隧道衬砌背后空洞的施工方法及施工后的复合衬砌结构 - Google Patents
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract
本发明涉及隧道衬砌背后空洞的施工方法及施工后的复合衬砌结构，施工方法的步骤为：在衬砌表面钻注浆孔；在注浆孔内安装注浆管；将泡沫混凝土通过注浆管灌注入衬砌背后的空洞，形成缓冲层；针对大塌方段或其它路段空洞的填充；采用采用防水砂浆对注浆管进行封闭密实，表面与衬砌齐平。施工后形成的复合衬砌结构，衬砌内设有注浆孔、注浆孔的注浆孔内设有注浆管，注浆管进入空洞的长度为1‑4m，注浆孔与注浆管密封套合，衬砌外侧为泡沫混凝土层，注浆管内为防水砂浆柱。本发明有效降低了空洞顶部坠落石块对衬砌的冲击，保证了衬砌结构安全。
Description
技术领域
本发明涉及隧道衬砌背后空洞的施工方法及施工后的复合衬砌结构，属于隧道施工技术领域。
背景技术
由于地下水存在腐蚀性，使得隧道衬砌混凝土出现劣化，特别是在渗漏水发育区腐蚀较深呈松散结晶状；隧道环境中腐蚀介质主要为硫酸钙时，对混凝土具有结晶性侵蚀作用，地下水与衬砌接触导致混凝土疏松，强度逐步降低，渗漏水发育段落，水中硫酸盐衬砌表面逐渐沉积，导致劣化逐渐加剧。衬砌背后空洞的形成主要由三个原因：
（1）隧道施工年份较早，施工工法较落后，施工期间爆破控制不严，超挖后没有进行及时、有效回填；
（2）隧道围岩条件较差，主要以泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，受皱褶影响产状近水平，开挖后围岩易软化脱落，形成空洞；
（3）施工期间发生塌方、涌水（泥）后，采取大量木材进行支撑措施。
在隧道出现塌方或涌水泥，隧道拱部通常会出塌腔，现有技术中大多采用砼回填或砂浆回填，然后采用吹砂的方式进行填筑，但采用砼回填或者砂浆回填时，由于混凝土和砂浆自身重量比较大，会增加衬砌荷载，有可能造成砼衬砌破裂，采用砍砂填筑，由于水的侵蚀造成空腔扩大，隧道空腔仍然是隧道运营期的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供隧道衬砌背后空洞的施工方法及施工后的复合衬砌结构，本发明有效降低了空洞顶部坠落石块对衬砌的冲击，保证了衬砌结构安全。本发明的技术方案如下：
隧道衬砌背后空洞的施工方法，步骤如下：
（1）在衬砌表面钻注浆孔，注浆孔的内径为30-50cm，注浆孔的纵向间距为2-5m，环向间距为2-5m；
（2）在注浆孔内安装注浆管，注浆管的外径为30-50cm, 注浆管的厚度为2-5mm，注浆管进入衬砌背后的长度为1-4m，密封注浆孔与注浆管之间的空隙；
（3）将泡沫混凝土通过注浆管灌注入衬砌背后的空洞，形成缓冲层，以降低对隧道衬砌的附加荷载；
所述泡沫混凝土的原料组成，按重量份数计：水泥200-300份、抗裂纤维1.5-3份、促凝剂2-3份、发泡剂10-20份、稳泡剂5-10份、可再分散乳胶粉0.5-1份、水100-140份。
制备上述泡沫混凝土的工艺如下：
①将水泥、抗裂纤维、可再分散乳胶粉和水混匀制备中间浆料；
②向中间浆料中加入促凝剂、发泡剂和稳泡剂混匀后即得发泡混凝土。
优选的，泡沫混凝土的原料组成，按重量份数计：水泥245份、抗裂纤维2.1份、促凝剂2.4份、发泡剂16.5份、稳泡剂6份、可再分散乳胶粉0.7份、水125份；
所述水泥为硅酸盐水泥、所述促凝剂为氯化钙、发泡剂为阴离子表面活性剂和蛋白类发泡剂按质量比为1:1进行混合的复合型发泡剂，稳泡剂为羧甲基纤维素钠，可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚树脂。
灌注压力为0.2-1.0MPa；优选的，灌注压力为0.6 MPa；
灌注施工时：先对纵向20m区段的左右拱腰部位进行灌注，至相邻灌注管有浆液流出，待拱腰泡沫混凝土不流动后，进行拱定灌注；
（4）针对大塌方段，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土高度不小于2m，以有效降低空洞顶部坠落石块对衬砌的冲击，保证衬砌结构安全；其它段落，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土高度不大于1m；
（5）采用采用防水砂浆对注浆管进行封闭密实，表面与衬砌齐平。
进一步的，步骤（1）中当钻注浆孔过程中易塌孔时，采用跟管钻进的工艺；步骤（3）中当地下水富集、有水压的段落，先设置泄水孔排水，再进行灌注。
进一步的，所述注浆孔的内径为40cm，注浆孔的纵向间距为3m，环向间距为3.5m；注浆管进入空洞的长度为3.5m，注浆管的外径为40cm，注浆管的厚度为3.5mm。
本发明中，衬砌背后空洞处理后的复合衬砌结构，包括衬砌、注浆孔、注浆管、泡沫混凝土层和防水砂浆柱，所述衬砌内设有注浆孔、注浆孔的内径为30-50cm，注浆孔的纵向间距为2-5m，环向间距为2-5m，注浆孔内设有注浆管，注浆管进入空洞的长度为1-4m，注浆管的外径为30-50cm，注浆管的厚度为2-5mm，注浆孔与注浆管密封套合，衬砌外侧为泡沫混凝土层，注浆管内为防水砂浆柱。
进一步的，衬砌背后空洞处于大塌方段时，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土层的高度不小于2m；衬砌背后空洞处于其它段时，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土层的高度不大于1m。
进一步的，所述注浆孔的内径为40cm，注浆孔的纵向间距为3m，环向间距为3.5m；注浆管进入空洞的长度为3.5m，注浆管的外径为40cm，注浆管的厚度为3.5mm。
更进一步的，衬砌背后空洞处于大塌方段时，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土层的最小高度为3.5m；衬砌背后空洞处于其它段时，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土层的最大高度为1m。
本发明中，大塌方段是指隧道在施工的过程中隧道塌方长度超过5m，塌腔高度超过3m的洞段，或者隧道内出现大量涌水或涌泥的洞段。
本发明中，灌注过程中应加强监测，必要时加强临时支撑，当发生串浆、堵塞排水系统、围岩或衬砌变形、污染水源等异常情况时，可采取下列措施：
（1）降低灌注压力或采用间歇灌注。
（2）改变灌注材料或调整浆液凝胶时间。
（3）停止灌注，调整灌注方案。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明能有效的填充隧道塌方空腔，本发明中泡沫混凝土针对隧道环境中腐蚀介质主要为硫酸盐时研发而成的，大大降低了硫酸盐对泡沫混凝土的结晶性侵蚀作用，本发明泡沫混凝土的自重轻，能减小隧道衬砌荷载，耐久性较好，且无污染，材料固结较好，不流失，且表面粗糙，与原接触面粘结好，保证了隧道的安全。
附图说明
图1为针对大塌方段，衬砌背后空洞施工完成后的结构示意图；
图2为针对一般段落，衬砌背后空洞施工完成后的结构示意图。
符号说明：
1.衬砌、2.注浆孔、3.注浆管、4.泡沫混凝土层、5.防水砂浆柱。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1隧道衬砌背后空洞的施工方法，步骤如下：
（1）在衬砌表面钻注浆孔，注浆孔的内径为40cm，注浆孔的纵向间距为3m，环向间距为3.5m；
（2）在注浆孔内安装注浆管，注浆管的外径为40cm，注浆管的厚度为3.5mm,注浆管进入衬砌背后的长度为3.5m，密封注浆孔与注浆管之间的空隙；
（3）将泡沫混凝土通过注浆管灌注入衬砌背后的空洞，形成缓冲层，以降低对隧道衬砌的附加荷载；
所述泡沫混凝土的原料组成，按重量份数计：水泥245份、抗裂纤维2.1份、促凝剂2.4份、发泡剂16.5份、稳泡剂6份、可再分散乳胶粉0.7份、水125份；
所述水泥为硅酸盐水泥、所述促凝剂为氯化钙、发泡剂为阴离子表面活性剂和蛋白类发泡剂按质量比为1:1进行混合的复合型发泡剂，稳泡剂为羧甲基纤维素钠，可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚树脂；
制备上述泡沫混凝土的工艺如下：
①将水泥、抗裂纤维、可再分散乳胶粉和水混匀制备中间浆料；
②向中间浆料中加入促凝剂、发泡剂和稳泡剂混匀后即得发泡混凝土。
灌注压力为0.6MPa；
灌注施工时：先对纵向20m区段的左右拱腰部位进行灌注，至相邻灌注管有浆液流出，待拱腰泡沫混凝土不流动后，进行拱定灌注；
（4）针对大塌方段，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土高度不小于2m，以有效降低空洞顶部坠落石块对衬砌的冲击，保证衬砌结构安全；其它段落，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土高度不大于1m；
（5）采用采用防水砂浆对注浆管进行封闭密实，表面与衬砌齐平。
实施例2隧道衬砌背后空洞的施工方法，步骤如下：
（1）在衬砌表面钻注浆孔，注浆孔的内径为32cm，注浆孔的纵向间距为4m，环向间距为2.5m；
（2）在注浆孔内安装注浆管，注浆管的外径为31.5cm, 注浆管的厚度为3mm，注浆管进入衬砌背后的长度为2m，密封注浆孔与注浆管之间的空隙；
（3）将泡沫混凝土通过注浆管灌注入衬砌背后的空洞，形成缓冲层，以降低对隧道衬砌的附加荷载；
所述泡沫混凝土的原料组成，按重量份数计：水泥210份、抗裂纤维1.6份、促凝剂2.1份、发泡剂11份、稳泡剂8份、可再分散乳胶粉0.6份、水115份；
所述水泥为硅酸盐水泥、所述促凝剂为氯化钙、发泡剂为阴离子表面活性剂和蛋白类发泡剂按质量比为1:1进行混合的复合型发泡剂，稳泡剂为羧甲基纤维素钠，可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚树脂。
制备上述泡沫混凝土的工艺如下：
①将水泥、抗裂纤维、可再分散乳胶粉和水混匀制备中间浆料；
②向中间浆料中加入促凝剂、发泡剂和稳泡剂混匀后即得发泡混凝土。
灌注压力小于等于0.4MPa；
灌注施工时：先对纵向20m区段的左右拱腰部位进行灌注，至相邻灌注管有浆液流出，待拱腰泡沫混凝土不流动后，进行拱定灌注；
（4）针对大塌方段，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土高度不小于2m，以有效降低空洞顶部坠落石块对衬砌的冲击，保证衬砌结构安全；其它段落，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土高度不大于1m；
（5）采用采用防水砂浆对注浆管进行封闭密实，表面与衬砌齐平。
施工过程中，步骤（1）中当钻注浆孔过程中易塌孔时，采用跟管钻进的工艺；步骤（3）中当地下水富集、有水压的段落，先设置泄水孔排水，再进行灌注。
经检测，本发明中泡沫混凝土的自重轻，能减小隧道衬砌荷载，耐久性较好，且无污染，材料固结较好，不流失，且表面粗糙。
实施例3衬砌背后空洞处理后的复合衬砌结构
如图1和图2所示，复合衬砌结构包括衬砌1、注浆孔2、注浆管3、泡沫混凝土层4和防水砂浆柱5，所述衬砌1内设有注浆孔2、注浆孔2的内径为40cm，注浆孔2的纵向间距为3m，环向间距为3.5m，注浆孔2内设有注浆管3，注浆管3进入空洞的长度为3.5m，注浆管3的外径为40cm，注浆管的厚度为3.5mm，注浆孔2与注浆管3密封套合，衬砌2外侧为泡沫混凝土层4，注浆管3内为防水砂浆柱5；
衬砌背后空洞处于大塌方段时，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土层4的最小高度为3.5m；衬砌背后空洞处于其它段时，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土层4的最大高度为1m。
试验例1 腐蚀介质为硫酸盐时，测定对本发明发泡混凝土的腐蚀作用
硫酸盐的浓度为500mg/L时，对本发明发泡混凝土的腐蚀强度为弱
对申请号为201610314601.9中的发泡混凝的腐蚀强度为强。
Claims (10)
1.隧道衬砌背后空洞的施工方法，其特征在于，隧道环境中腐蚀介质主要为硫酸盐，施工方法的步骤如下：
（1）在衬砌表面钻注浆孔，注浆孔的内径为30-50cm，注浆孔的纵向间距为2-5m，环向间距为2-5m；
（2）在注浆孔内安装注浆管，注浆管的外径为30-50cm,注浆管的厚度为2-5mm，注浆管进入衬砌背后的长度为1-4m，密封注浆孔与注浆管之间的空隙；
（3）将泡沫混凝土通过注浆管灌注入衬砌背后的空洞，形成缓冲层；
所述泡沫混凝土的原料组成，按重量份数计：水泥200-300份、抗裂纤维1.5-3份、促凝剂2-3份、发泡剂10-20份、稳泡剂5-10份、可再分散乳胶粉0.5-1份、水100-140份；
水泥为硅酸盐水泥、所述促凝剂为氯化钙、发泡剂为阴离子表面活性剂和蛋白类发泡剂按质量比为1:1进行混合的复合型发泡剂，稳泡剂为羧甲基纤维素钠，可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚树脂；
制备上述泡沫混凝土的工艺如下：
①将水泥、抗裂纤维、可再分散乳胶粉和水混匀制备中间浆料；
②向中间浆料中加入促凝剂、发泡剂和稳泡剂混匀后即得发泡混凝土；
灌注压力为0.2-1.0MPa；
灌注施工时：先对纵向20m区段的左右拱腰部位进行灌注，至相邻灌注管有浆液流出，待拱腰泡沫混凝土不流动后，进行拱定灌注；
（4）针对大塌方段，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土高度不小于2m，以有效降低空洞顶部坠落石块对衬砌的冲击，保证衬砌结构安全；其它段落，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土高度不大于1m；
（5）采用防水砂浆对注浆管进行封闭密实，表面与衬砌齐平。
2.根据权利要求1的施工方法，所述步骤（1）中注浆孔的内径为40cm，注浆孔的纵向间距为3m，环向间距为3.5m。
3.根据权利要求1的施工方法，所述步骤（2）中注浆管进入空洞的长度为3.5m，注浆管的外径为40cm，注浆管的厚度为3.5mm。
4.根据权利要求1的施工方法，所述步骤（3）中泡沫混凝土的原料组成，按重量份数计：水泥245份、抗裂纤维2.1份、促凝剂2.4份、发泡剂16.5份、稳泡剂6份、可再分散乳胶粉0.7份、水125份。
5.根据权利要求1的施工方法，所述步骤（3）中灌注压力为0.6 MPa。
6.利用如权利要求1所述施工方法使得衬砌背后空洞处理后的复合衬砌结构，其特征在于，复合衬砌结构包括衬砌、注浆孔、注浆管、泡沫混凝土层和防水砂浆柱，所述衬砌内设有注浆孔、注浆孔的内径为30-50cm，注浆孔的纵向间距为2-5m，环向间距为2-5m，注浆孔内设有注浆管，注浆管进入空洞的长度为1-4m，注浆管的外径为30-50cm，注浆管的厚度为2-5mm，注浆孔与注浆管密封套合，衬砌外侧为泡沫混凝土层，注浆管内为防水砂浆柱。
7.根据权利要求6所述的复合衬砌结构，其特征在于，衬砌背后空洞处于大塌方段时，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土层的高度不小于2m；衬砌背后空洞处于其它段时，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土层的高度不大于1m。
8.根据权利要求6所述的复合衬砌结构，其特征在于，所述注浆孔的内径为40cm，注浆孔的纵向间距为3m，环向间距为3.5m；注浆管进入空洞的长度为3.5m，注浆管的外径为40cm，注浆管的厚度为3.5mm。
9.根据权利要求7所述的复合衬砌结构，其特征在于，衬砌背后空洞处于大塌方段时，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土层的最小高度为3.5m。
10.根据权利要求7所述的复合衬砌结构，其特征在于，衬砌背后空洞处于其它段时，空洞填充时拱顶填充泡沫混凝土层的最大高度为1m。
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