CN108625878A - 一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺，包括：通过检测装置确定拱顶脱空区域的位置及大小；根据拱顶脱空区域的大小确定注浆孔的位置和数量；在确定的注浆孔的位置上进行钻孔作业；在已经钻好的注浆孔内安装注浆杆；通过注浆设备将注浆材料与水混合形成均一的注浆料，并通过注浆杆将注浆料注入拱顶脱空区域；待拱顶脱空区域注满注浆材料后，对注浆孔进行封堵作业。采用注浆杆代替传统的注浆管，提高施工效率，同时，注浆杆可回收使用，降低了成本。注浆材料采用微膨胀注浆材料，微膨胀注浆材料在塑形阶段可膨胀与混凝土充分结合、硬化后收缩率小、与混凝土结合强度高，解决了传统工艺中注浆材料硬化后与混凝土脱离的问题。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺。
背景技术
在隧道衬砌施工中，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拱顶与混凝土衬砌支护面不密贴，拱部混凝土封顶易产生脱空、空洞等现象。隧道衬砌脱空问题是隧道质量缺陷中最普遍的现象之一，也是导致隧道衬砌其他病害变异的主要内在原因之一，严重的衬砌脱空将会直接影响衬砌结构的承载力，危及行人和行车安全。
传统隧道衬砌拱顶脱空病害整治工艺中的注浆材料多为水泥浆或水泥-水玻璃双浆液，水料比控制在0.5～0.75之间，通过低压注浆方式对脱空区进行回填注浆，注浆时水泥浆体填充脱空区域即可封闭注浆孔完成注浆。但是通过现场钻心取样检测结果发现：传统注浆工艺施工的水泥浆体由于收缩率较大在凝结硬化后与衬砌混凝土和上层防水板脱离，在隧道衬砌结构上形成了“两层皮”现象。传统注浆材料不仅不能提高衬砌结构稳定性，反而增大了衬砌自重，对隧道衬砌结构稳定性和运行安全性起到不利影响。
同时，传统隧道衬砌拱顶脱空病害整治工艺流程中在完成钻孔工序后，需要预埋注浆管，注浆管材质一般采用PVC管或者钢管，按衬砌厚度预埋，注浆管采用锚固胶锚固，需等待锚固胶硬化达到一定强度后才可以进行注浆操作。施工工序繁琐，施工效率低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有隧道衬砌拱顶脱空病害整治工艺中存在的注浆料与混凝土结合强度低、施工周期长和施工效率低的问题，本发明提供一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺。
(二)技术方案
为了达到上述的目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺，包括：
S01：通过检测装置确定拱顶脱空区域的位置及拱顶脱空区域的大小；
S02：根据所述拱顶脱空区域的大小确定注浆孔的位置和数量；
S03：在确定的所述注浆孔的位置上进行钻孔作业；
S04：在已经钻好的所述注浆孔内安装注浆杆；
S05：通过注浆料设备将注浆材料与水混合形成均一的注浆料，并通过所述注浆杆将所述注浆料注入所述拱顶脱空区域；
S06：待所述拱顶脱空区域注满注浆材料后，对所述注浆孔进行封堵作业。
进一步的，确定所述注浆孔的数量具体包括：根据所述拱顶脱空区域的纵向方向等间距的设置若干注浆孔；同一所述拱顶脱空区域的注浆孔数量为两个及以上。
进一步的，所述钻孔作业中，所述注浆孔的深度为二衬混凝土的浇筑厚度，所述注浆孔的直径为40mm-60mm。
进一步的，所述注浆材料为微膨胀注浆材料。
进一步的，所述注浆料中所述微膨胀注浆材料和水的比例为0.18-0.20。
进一步的，所述注浆料设备为制浆注浆一体机；所述制浆注浆一体机的注浆压力保持在0.4-0.6MPa。
更进一步的，注浆过程中当所述拱顶脱空区域中低位置的所述注浆孔有注浆料流出时，封闭有注浆料流出的所述注浆孔，然后将所述制浆注浆一体机的注浆压力调整至0.3-0.5MPa，继续注浆直至最高位置的注浆孔有注浆料流出。
进一步的，所述封堵作业包括：封堵养护作业和封孔作业；
所述封堵养护作业包括：待所述拱顶脱空区域注满注浆材料后，临时封堵所述注浆孔，待注浆料强度达到预设第一强度阈值后进行封孔作业；
所述封孔作业包括：首先在所述注浆孔的内壁喷涂界面剂，然后用封堵材料对所述注浆孔进行封堵。
进一步的，所述注浆杆包括：注浆口、出浆口、注水口、锁紧箍、橡胶囊、注浆管和活动箍；
所述注浆管一端与所述注浆口相连接，另一端与所述出浆口相连接；
所述注水口和所述橡胶囊相连接，所述橡胶囊套设在所述注浆管上，并确保所述注浆管的两端出露，通过所述锁紧箍将所述橡胶囊的一端固定在所述注浆管上，所述锁紧箍位于靠近所述注浆口一侧，用于限制所述橡胶囊膨胀过程中位移方向的所述活动箍位于所述橡胶囊的另一端；
靠近所述活动箍的所述注浆管的出露段设置有开丝，通过开丝可对所述注浆管进行加长。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明的一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺，具体包括：通过检测装置确定拱顶脱空位置及拱顶脱空区域的大小；根据拱顶脱空区域的大小确定注浆孔的位置和数量；在确定的注浆孔的位置上进行钻孔作业；在已经钻好的注浆孔内安装注浆杆；通过注浆料设备将注浆材料与水混合形成均一的注浆料，并通过注浆杆将注浆料注入拱顶脱空区域；待拱顶脱空区域注满注浆材料后，对注浆孔进行封堵作业。采用注浆杆代替传统的注浆管，可提高施工效率，同时，注浆杆可以反复回收使用，降低了成本。
本发明工艺的注浆材料采用微膨胀注浆材料，进入拱顶脱空区域的注浆料的流动性强，可充分填补脱空区域；微膨胀注浆材料在塑形阶段可膨胀与混凝土充分结合、硬化后收缩率小、与混凝土结合强度高，解决了传统工艺中注浆材料硬化后与混凝土脱离的问题。
附图说明
图1为本发明实施例一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺的流程图；
图2为本发明实施例一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺的注浆杆的示意图。
【附图标记说明】
1：注浆口；2：注水口；3：锁紧箍；4：橡胶囊；5：注浆管；6：活动箍；7：出浆口。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺，具体流程如下：
S01：通过检测装置确定拱顶脱空区域的位置及拱顶脱空区域的大小；
本实施例中，检测装置为雷达扫描装置，通过雷达扫描装置扫描隧道确定脱空区域的位置和规格。
S02：根据拱顶脱空区域的大小确定注浆孔的位置和数量；
根据雷达扫描装置确定的拱顶脱空区域的规格具体确定注浆孔的数量及位置，具体规则为：沿拱顶脱空区域的纵向方向等间距的设置若干注浆孔，一般来说，注浆孔之间的间距是1m-1.5m，这样的间距设置，有利于保证注浆料的流动半径，具体间距值要根据实际脱空区域的规格和位置来确定；同时，第一个注浆孔一般要距离脱空区域边缘50cm左右；注浆孔除了用于向顶脱空区域注入注浆料外，还可以作为观察孔，用于观测注浆过程中脱空区域内注入注浆料的情况。
需要特别说明的是，同一拱顶脱空区域至少设置两个注浆孔，其中位于低位置的注浆孔用于注入注浆料，位于高位置的注浆孔兼具观测脱空区域内注入注浆料的情况以及作为脱空区域内气体排出的通道。
S03：在确定的注浆孔的位置上进行钻孔作业；
钻孔作业的具体操作流程为：将自行式简易钻孔平台移动至脱空区域内需要打注浆孔的位置并固定，然后使用风钻进行钻孔，钻孔结束后清理注浆孔内的混凝土残渣，特别说明的是，钻孔过程中注意不能破坏防水板。钻孔作业中，注浆孔的深度为二衬混凝土的浇筑厚度，在满足施工要求的前提下，为了尽量减小对隧道的破坏，注浆孔的直径为40mm-60mm。
S04：在已经钻好的注浆孔内安装注浆杆；
将所有注浆孔内均安装注浆杆，确保注浆杆的橡胶囊4全部进入注浆孔，特别说明的是，位于脱空区域最高位置的注浆孔作为观察孔。
S05：通过注浆设备将注浆材料与水混合形成均一的注浆料，并通过注浆杆将注浆料注入拱顶脱空区域；
本实施例中，注浆材料为微膨胀注浆材料，该注浆材料固结后具有较强的早期强度和后期强度保持率，而且与混凝土有良好的结合强度。
注浆前，将微膨胀注浆材料和水按比例放入制浆注浆一体机，微膨胀注浆材料和水的比例为1：0.18-0.20，通过制浆注浆一体机的连续搅拌将注浆材料与水混合形成均一的注浆料，注浆料具有良好的流动性和可泵性。制浆过程中要严格控制注浆材料的比例，确保注浆料的质量。
制浆注浆一体机将制备好的注浆料通过与制浆注浆一体机相连接的注浆杆注入拱顶脱空区域，特别说明的是，观察孔内的注浆杆不与制浆注浆一体机连接。注浆过程中，需严格监控注浆压力，制浆注浆一体机的注浆压力保持在0.4-0.6MPa，当拱顶脱空区域中观察孔有注浆料流出时，封闭观察孔，然后将制浆注浆一体机的注浆压力调整至0.3-0.5MPa，继续向拱顶脱空区域注浆1-2min，以确保拱顶脱空区域注满注浆料。
S06：待拱顶脱空区域注满注浆材料后，对注浆孔进行封堵作业；
封堵作业包括：封堵养护作业和封孔作业；
封堵养护作业包括：待拱顶脱空区域注满注浆材料后，使用土工布对所有注浆孔进行临时封堵和养护，待注浆料强度达到预设第一强度阈值后进行封孔作业；
需要说明的是，第一强度阈值的取值范围为15～20MPa，一般来说，注浆材料硬化超过1天后的强度就可达到后续施工要求，注浆材料28天的抗压强度超过50MPa。
封孔作业包括：首先在注浆孔的内壁喷涂界面剂，然后按照配比人工搅拌封堵材料，使用送料器将封堵材料推送至注浆孔内，最后使用封堵工具进行振捣，填压密实。
实施例2
本实施例中的微膨胀注浆材料具有如下特点：
A、微膨胀注浆材料流动性大。传统注浆料基本流动度为320mm左右，而本实施例的注浆材料的初始流动度为390mm，在注浆压力作用下，微膨胀注浆材料可填充的半径大大增大，可填充小于2mm缝隙，填充效果好。
B、与水混合后体积微膨胀。注浆材料在塑性阶段具有0.7％的膨胀率，可主动有效的填充脱空区域。
C、凝结时间快。这意味着在完成注浆后1～2小时内即可进行封堵，提高了施工效率。
D、与混凝土粘结强度高。微膨胀注浆料具有良好的拉伸粘结强度和韧性，注浆料和混凝土粘结强度达到2.0MPa(标准要求为1.5MPa)，同时，注浆料后期在硬化过程中的收缩率小，保证了注浆料和混凝土的有效结合。
传统注浆料由于水料比大，在硬化后本身由于水分散失和化学收缩，传统注浆料收缩率比较大，这样就容易导致注浆料与混凝土脱离，并且传统注浆料的拉伸粘结强度较小，也导致材料易于混凝土脱离。而微膨胀注浆材料具有流动度大、强度高、与混凝土粘结强度高的特点，能最大程度上充满脱空区域，解决了传统注浆材料硬化后与混凝土脱离的问题。
注浆完成拆除注浆杆后，需对注浆孔及观察孔进行封堵，本实施例采用TK-D型快速封堵材料对注浆孔及观察孔进行封堵，TK-D型快速封堵材料具有凝结时间快(初凝时间不大于5min，终凝时间不大于10min)、强度高(3天抗压强度大于15.0MPa)、抗渗性能好等优点，且具有硬化后体积微膨胀效应，用于封堵注浆孔效果良好保证了在隧道结构中特别是在列车运行过程中风压较大(列车过后隧道真空)注浆材料不掉落。
实施例3
如图2所示为本发明实施例一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺的注浆杆的示意图，注浆杆为ZK型注浆杆，包括：注浆口1、出浆口7、注水口2、锁紧箍3、橡胶囊4、注浆管5和活动箍6；注浆管5一端与注浆口1相连接，另一端与出浆口7相连接；注水口2和橡胶囊4相连接，橡胶囊4套设在注浆管5上，并确保注浆管5的两端出露，通过锁紧箍3将橡胶囊4的一端固定在注浆管5上，锁紧箍3靠近注浆口1一侧，用于限制橡胶囊4膨胀过程中位移方向的活动箍6位于橡胶囊4的另一端，橡胶囊4前端可在注浆管5上滑动；同时，靠近活动箍6的注浆管5出露段设置有开丝，通过开丝可对注浆管5进行加长。
本实施例的注浆杆为双腔结构，外层为橡胶囊4，内层为注浆管5，注浆管5分别连接注浆口1和出浆口7。橡胶囊4为中空圆柱体，柱体内部为海绵状结构，便于橡胶囊4充水膨胀。由于隧道衬砌混凝土厚度设计一般为40cm，但缺陷脱空后一般为10-20cm，为了满足隧道衬砌厚度，本实施例中设计注浆杆长度为20cm，即注浆杆的橡胶囊4长度为20cm；同时，在衬砌厚度较小的情况下(20-30cm)，由于注水口2是和橡胶囊4连接在一起，通过注水口2注水使橡胶囊4膨胀延长，进而与混凝土挤压固定。注浆管5的直径为25mm。
开始注浆前，首先通过连接套杆将注水口2与高压注水设备连接，然后打开连接套杆上的阀门，注水使橡胶囊4膨胀，使得注浆杆通过挤压方式与混凝土牢牢地结合在一起。当注浆杆与混凝土完全填充固定后，关闭连接套杆上的阀门。拆除注浆杆时，打开阀门释放橡胶囊4内的水，即可取下注浆杆，回收使用方便。
将注浆杆安置于注浆孔内，并确保注浆管5的前端要顶在脱空区域的防水板上，如果注浆管5长度不够，则通过开丝，对注浆管5进行加长。然后通过连接套杆将注浆口1与制浆注浆一体机相连接，打开连接套杆上的阀门，开始注浆，注浆结束后，关闭接套杆上的阀门，待注浆料达到初凝状态时即可拆除注浆杆(时间约为1.5～2h)。
传统注浆方式在衬砌混凝土脱空区域钻孔后，需使用凝胶材料将注浆管道预埋至混凝土内部，待注浆管道达到注浆要求后方可进行注浆，这延迟了注浆时间，降低施工效率；注浆结束后施工单位一般只是将注浆管道出露混凝土的部分切除，用凝胶材料进行抹面封闭，注浆管道剩余部分遗留在混凝土内部，这对铁路运营安全造成一定的隐患，同时增加了施工成本，而本发明一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺采用注浆杆代替注浆管道，取代传统先预埋注浆管道再注浆的工序，缩短了施工时间，同时也排除了传统注浆工艺中注浆结束后预埋的管直接遗留在混凝土中给行车带来的安全隐患，提高了注浆施工效率和安全性。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺，其特征在于，包括：
S01：通过检测装置确定拱顶脱空区域的位置及拱顶脱空区域的大小；
S02：根据所述拱顶脱空区域的大小确定注浆孔的位置和数量；
S03：在确定的所述注浆孔的位置上进行钻孔作业；
S04：在已经钻好的所述注浆孔内安装注浆杆；
S05：通过注浆设备将注浆材料与水混合形成均一的注浆料，并通过所述注浆杆将所述注浆料注入所述拱顶脱空区域；
S06：待所述拱顶脱空区域注满注浆材料后，对所述注浆孔进行封堵作业。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，确定所述注浆孔的数量具体包括：
根据所述拱顶脱空区域的纵向方向等间距的设置若干注浆孔；
同一所述拱顶脱空区域的注浆孔数量为两个及以上。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述钻孔作业中，所述注浆孔的深度为二衬混凝土的浇筑厚度，所述注浆孔的直径为40mm-60mm。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述注浆材料为微膨胀注浆材料。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述注浆料中所述微膨胀注浆材料和水的比例为1:0.18-0.20。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述注浆料设备为制浆注浆一体机；
所述制浆注浆一体机的注浆压力保持在0.4-0.6MPa。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，注浆过程中当所述拱顶脱空区域中低位置的所述注浆孔有注浆料流出时，封闭有注浆料流出的所述注浆孔，然后将所述制浆注浆一体机的注浆压力调整至0.3-0.5MPa，继续注浆直至最高位置的注浆孔有注浆料流出。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述封堵作业包括：封堵养护作业和封孔作业；
所述封堵养护作业包括：待所述拱顶脱空区域注满注浆材料后，临时封堵所述注浆孔，待注浆料强度达到预设第一强度阈值后进行封孔作业；
所述封孔作业包括：首先在所述注浆孔的内壁喷涂界面剂，然后用封堵材料对所述注浆孔进行封堵。
9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述注浆杆包括：注浆口、出浆口、注水口、锁紧箍、橡胶囊、注浆管和活动箍；
所述注浆管一端与所述注浆口相连接，另一端与所述出浆口相连接；
所述注水口和所述橡胶囊相连接，所述橡胶囊套设在所述注浆管上，并确保所述注浆管的两端出露，通过所述锁紧箍将所述橡胶囊的一端固定在所述注浆管上，所述锁紧箍位于靠近所述注浆口一侧，用于限制所述橡胶囊膨胀过程中位移方向的所述活动箍位于所述橡胶囊的另一端；
靠近所述活动箍的所述注浆管的出露段设置有开丝，通过开丝可对所述注浆管进行加长。
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| CN201810458259.9A Withdrawn CN108625878A (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种解决隧道衬砌拱顶脱空问题的工艺 |
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| CN (1) | CN108625878A (zh) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110486023A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-22 | 河北鸿锐嘉科技发展有限公司 | 隧道缺陷治理方法 |
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2018
- 2018-05-14 CN CN201810458259.9A patent/CN108625878A/zh not_active Withdrawn
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