CN108756941B - 一种二衬台车带模注浆结构及带模注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二衬台车带模注浆结构及带模注浆方法，通过带模注浆的方式解决了衬砌拱顶脱空问题，无需制作和来回搬运注浆台架，通过现有的二衬台车即可完成，极大的降低了人力和材料成本。同时与传统注浆方式需要衬砌混凝土完成终凝、强度达到100％后才能进行注浆相比，本发明可在衬砌混凝土处于初凝过程中就进行注浆，注入的注浆料与初凝过程中的混凝土能够结合成良好的受力整体，因此使得整个隧道拱顶的结构强度有显著提升，此外，本发明注浆时间短、降低了整体侯凝时间、还节省了设置注浆台架的时间，极大的提高了施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种二衬台车带模注浆结构及带模注浆方法。
背景技术
由于模筑混凝土的局限性，致使隧道施工过程中，衬砌混凝土背后特别是拱顶会出现孔洞，混凝土不密实，极大地影响了衬砌混凝土的整体强度；同时，注浆在一定程度上具有防渗功能，因此，在我们的隧道施工中，必须以回填注浆来密实衬砌混凝土背后出现的孔洞，确保衬砌混凝土的整体强度，增强防水功能。隧道传统二衬台车拱顶回填注浆采用预埋注浆管，待台车脱模向前推进，衬砌混凝土终凝、强度达到100％后，利用简易注浆台车进行拱顶回填注浆。具体施工步骤如下：1、预埋注浆管：在浇筑二衬台车混凝土之前在拱顶中线预埋钢管，注浆出口端切成斜口，使其顶到防水板，浇筑拱顶过程中需不断用铁丝或钢筋对注浆管进行疏通清理，防止堵塞。2、注浆准备：将自行式简易台架推至注浆位置，就位稳定；接设气管、水管到达注浆位置，安设注浆设备。3、检查预留注浆孔：用铁丝或钢筋我往返插入预留的钢管内，如插入顺利不受阻挡，证明注浆管未堵塞；反之则为堵塞，将堵塞的注浆管做好标识，沿纵向注浆管方向在距堵塞的注浆孔50cm处钻孔，钻孔时须注意不能穿透防水板，钻孔完成后重新埋设注浆钢管，在钢管表面包裹一层棉花，砼孔口缝用胶密封，待胶凝结后方能注浆。4、管口试接：注浆用塑料管口连接丝扣连接口，注浆前应与每根预留注浆管进行试接，确保注浆能够连续进行。5、吸水试验：注浆前应对注浆管路系统用1.5～2.0倍注浆终压进行吸水试验，检查管路系统能否耐压，有无漏水，机械设备是否正常。6、浆液配置：注浆采用1:1的纯水泥浆，水泥采用PO.42.5水泥。浆液要求能连续拌制，拌制过程中严格监控水泥用量，确保浆液的稠度。水泥浆应搅拌均匀。进行注浆前浆液搅拌时间不得小于3min，在注浆过程中搅拌机应持续搅拌，配置的水泥浆液应在2小时内用完，超过2小时没有使用则予以报废。7、注浆：衬砌混凝土强度达到100％后方可注浆，注浆采用逐渐加压式注浆，注浆压力一般不大于0.5MPa。压浆过程中，应注意观察衬砌施工缝是否漏浆，若漏浆应暂停注浆，对漏浆处进行堵漏处理后方可继续注浆。8、二次补压：当注浆孔中压力达到0.5MPa时停止注浆，若在10min内压力未降至0.4MPa以下，则可终止注浆；若降至0.4MPa以下，则继续注浆。
这种传统的回填注浆方式具有如下缺陷：1、注浆在混凝土强度达到100％后进行，注浆料与衬砌混凝土之间不能结合成良好的受力整体。2、制作注浆台架需要消耗大量的人工与材料，每次注浆前移动台架均需要机械辅助，成本较高。3、注浆时间长，施工效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二衬台车带模注浆结构，以解决现有技术中拱顶回填注浆强度有限、成本较高且效率低下的问题，实现提高整理受力强度、节约成本、提高施工效率的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种二衬台车带模注浆结构，包括已衬砌端、端头模板，所述已衬砌端与端头模板之间自上而下依次为初期支护、土工布、防水板、脱空区、衬砌混凝土、台车顶模，还包括穿过所述台车顶模、衬砌混凝土的若干管体，若干所述管体沿端头模板的中线等间距分布，所有管体均位于端头模板与已衬砌端之间；所述管体的顶端与所述防水板接触，管体的底端均位于台车顶模下方；所述管体的顶端均设置十字切口；还包括用于控制所述管体连通的阀门。
针对现有技术中拱顶回填注浆强度有限、成本较高且效率低下的问题，本发明首先提出一种二衬台车带模注浆结构，已衬砌端为衬砌结构完整的一端，端头模板位于待衬砌的一端，端头模板和已衬砌端之间则为所需补注浆的区域，初期支护、土工布、防水板、脱空区、衬砌混凝土、台车顶模均为台车就位二衬混凝土浇筑完成后的现成结构，本结构使用若干管体穿过台车顶模、衬砌混凝土，使得管体位于脱空区内且顶部顶住防水板的底面，若干所述管体沿端头模板的中线等间距分布，因此管体的分布方向即是已衬砌端和端头模板之间的连线方向，管体的底端均位于台车顶模下方，因此能够从台车顶模的下方直接向脱空区内注入注浆料。管体的顶端设置十字切口，因此使得注浆料能够从十字切口处向外流动进入脱空区，在确保管体顶端与防水板相接触的同时，确保注浆料的正常注入，阀门用于控制管体的通断，每根管体均由一个阀门独立进行控制。本结构由于管体顶部与防水板相接触，因此不影响正常的二衬混凝土浇筑作业，浇筑时还可以利用管体作为观察口，观察混凝土浇筑是否到顶，当有混凝土从管体中溢出时表示浇筑到顶。在二衬混凝土在初凝的过程中，就可通过本结构直接进行带模注浆作业：具体步骤如下，以距离已衬砌端最近的管体作为注入管，打开其余管体所对应的阀门，向注入管中注入注浆料；匀速注浆，当从注入管至端头模板方向的第一根管体中有注浆料流出时，关闭该管体所对应的阀门；当从注入管至端头模板方向的第二根管体中有注浆料流出时，关闭该管体所对应的阀门；以此类推，常规情况下，由于衬砌混凝土的沉降，脱空区是连续的，此时从注入管至端头模板方向的各管体中均会逐渐有注浆料流出，因此逐渐关闭对应的管体上的阀门，直至注入管与端头模板之间所有管体对应的阀门都关闭，注浆料从端头模板流出，完成注浆作业。由于初支平整度欠佳，现场施工有时会遇到衬砌混凝土局部浇筑密实的情况，此时脱空区不连续，注浆过程中注浆料流动到混凝土密实无脱空的区域会被阻挡无法进行向前流动，因此注入压力会不断升高，当注入压力达到1MPa时仍然没有注浆料从任何处于打开状态的管体或端头模板流出，则表明当前注入通路不通畅，所以进行泄压、更换距离端头模板更近的一根管体为注入管，重新注入注浆料，直至端头模板处流出注浆料，实现完整的注浆作业。本结构通过带模注浆的方式解决了衬砌拱顶脱空问题，无需制作和来回转移注浆台架，通过现有的二衬台车即可完成，极大的降低了人力和材料成本。同时与传统注浆方式需要衬砌混凝土完成终凝、强度达到100％后才能进行注浆相比，本结构可在衬砌混凝土处于初凝过程中就进行注浆，注入的注浆料与初凝过程中的混凝土能够结合成良好的受力整体，因此使得整个隧道拱顶的结构强度有显著提升，此外，本发明注浆时间短、降低了整体侯凝时间、还节省了设置注浆台架的时间，极大的提高了施工效率。所述管体优选为RPC管，RPC管强度高，能够抵抗混凝土极高的挤压力，满足1MPa的施工需求且不折断；与混凝土的粘接力好，与混凝土形成一个整体粘接面；安装使用方便，可切割加工；耐久性好，其使用寿命超过混凝土梁体，达到免维护的要求；克服了传统PVC管或钢管耐久性不足的弊端。
优选的，最靠近端头模板的一根管体与端头模板之间的间距为1～1.5m；最靠近已衬砌端的一根管体与已衬砌端之间的间距为0.6～1m。
优选的，所述十字切口沿着管体轴线方向的深度为5mm，每条切口的宽度均为3mm。十字切口即是在管体顶部端面呈“十”字型，共由两条相互垂直的切口组成，其中每条切口的宽度均为3mm，十字切口沿着管体轴线方向的深度为5mm。本优选方案中，十字切口的尺寸较小，能够确保注浆充分，同时避免注浆料从管体内倒流，提高本结构的使用稳定性。
进一步的，所述管体位于台车顶模下方的一端套设固定法兰、定位法兰，所述固定法兰焊接在台车顶模底面，所述定位法兰可拆卸连接在固定法兰下方；所述管体底端连接套管，套管上设置压力表，套管下端连接注浆连接头，所述阀门位于注浆连接头与压力表之间的套管内部。本方案中通过相互匹配的固定法兰和定位法兰，实现对管体的连接与密封，套管用于与注浆连接头稳定连接，同时通过压力表监测注浆压力，通过套管内的阀门实现对管体通断的控制。
一种二衬台车带模注浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)在衬砌台车上确定混凝土浇筑区域，在浇筑区域所对应的台车顶模中线上开设注浆孔，所开设的注浆孔从已衬砌端至待衬砌端均匀分布，其中待衬砌端设置端头模板；
(b)在台车顶模开孔位置焊接固定法兰，之后在固定法兰下方连接定位法兰，固定法兰和定位法兰之间通过螺栓连接；
(c)衬砌台车安装定位，之后从所有定位法兰中穿入顶端设置有十字切口的管体，使管体的顶端顶住防水板，管体的底端从定位法兰下方伸出，管体上连接带有阀门的套管；
(d)进行二衬混凝土浇筑；在二衬混凝土浇筑完成后2～3小时内，以距离已衬砌端最近的管体作为注入管，打开其余管体所对应的阀门，向注入管中注入注浆料；
(e)匀速注浆，当从注入管至端头模板方向的第一根管体中有注浆料流出时，关闭该管体所对应的阀门；当从注入管至端头模板方向的第二根管体中有注浆料流出时，关闭该管体所对应的阀门；以此类推，直至注入管与端头模板之间所有管体对应的阀门都关闭，注浆料从端头模板流出，完成注浆；若注浆过程中注入压力达到1MPa时仍然没有注浆料从任何处于打开状态的管体或端头模板流出，则泄压、更换距离端头模板更近的一根管体为注入管，重新注入注浆料，直至端头模板处流出注浆料；
(f)拆除注浆管线，封堵各管体，待步骤(e)中注入的注浆料初凝后，拆除定位法兰，对各管体在固定法兰下方的外露部分进行切割打磨。
通过本方法可以看出，本发明通过衬砌台车的一次安装定位就可实现对衬砌混凝土的浇筑与注浆料的补注，简单高效的实现带模注浆施工，本方法在衬砌混凝土处于初凝过程中的2～3小时内就进行注浆，注入的注浆料与初凝过程中的混凝土能够结合成良好的受力整体，因此使得整个隧道拱顶的结构强度有显著提升，此外，本发明注浆时间短、降低了整体侯凝时间、还节省了设置注浆台架的时间，极大的提高了施工效率。
优选的，所述十字切口沿着管体轴线方向的深度为5mm，每条切口的宽度均为3mm。十字切口即是在管体顶部端面呈“十”字型，共由两条相互垂直的切口组成，其中每条切口的宽度均为3mm，十字切口沿着管体轴线方向的深度为5mm。本优选方案中，十字切口的尺寸较小，能够确保注浆充分，同时避免注浆料从管体内倒流，提高本结构的使用稳定性。
进一步的，步骤(d)中二衬混凝土浇筑时，以管体为观察口，确定混凝土是否浇注到拱顶：若有混凝土从管体中溢出，则表示浇筑到顶。二衬混凝土浇筑时，管体静止不产生作用，因此可以通过管体作为观察口，观察混凝土是否浇注到拱顶：若有混凝土从管体中溢出，则表示浇筑到顶，以此提高本发明的功能性，提高利用价值。
优选的，管体作为观察口时，用铁丝或钢筋对管内进行清理，避免堵塞。
优选的，步骤(e)中注入的注浆料为微膨胀缓凝早强充填砂浆，所述微膨胀缓凝早强充填砂浆的水灰比为0.18～0.2。微膨胀缓凝早强充填料为现有的隧道衬砌注浆用原料。微膨胀缓凝早强充填砂浆即是使用微膨胀缓凝早强充填料和水混合而成的注浆料，本方案中水灰比仅为0.18～0.2，与传统注浆工艺中所使用的1:1的纯水泥相比，能够极大的提高凝结后的强度与硬度，从而进一步确保整体受力性能良好。使用水灰比0.18～0.2的微膨胀缓凝早强充填砂浆的劣势在于其流动性相对较低，泵送困难，传统施工工艺由于注浆压力一般为0.2MPa左右，且不能高于0.5MPa，因此无法使用。而本发明中注浆压力可高达1MPa，因此能够克服水灰比0.18～0.2的微膨胀缓凝早强充填砂浆流动性较低的缺陷，保证顺利的泵送。
优选的，所述管体为RPC管。RPC管强度高，能够抵抗混凝土极高的挤压力，满足1MPa的施工需求且不折断；与混凝土的粘接力好，与混凝土形成一个整体粘接面；安装使用方便，可切割加工；耐久性好，其使用寿命超过混凝土梁体，达到免维护的要求；克服了传统PVC管或钢管耐久性不足的弊端。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种二衬台车带模注浆结构及带模注浆方法，通过带模注浆的方式解决了衬砌拱顶脱空问题，无需制作和来回转移注浆台架，通过现有的二衬台车即可完成，极大的降低了人力和材料成本。同时与传统注浆方式需要衬砌混凝土完成终凝、强度达到100％后才能进行注浆相比，本发明可在衬砌混凝土处于初凝过程中就进行注浆，注入的注浆料与初凝过程中的混凝土能够结合成良好的受力整体，因此使得整个隧道拱顶的结构强度有显著提升，此外，本发明注浆时间短、降低了整体侯凝时间、还节省了设置注浆台架的时间，极大的提高了施工效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例1的结构示意图；
图2为本发明具体实施例1中A处的局部剖视图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-已衬砌端，2-端头模板，3-初期支护，4-土工布，5-防水板，6-脱空区，7-衬砌混凝土，8-台车顶模，9-管体，10-阀门，11-固定法兰，12-定位法兰，13-套管，14-压力表，15-注浆连接头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1与图2所示的一种二衬台车带模注浆结构，包括已衬砌端1、端头模板2，所述已衬砌端1与端头模板2之间自上而下依次为初期支护3、土工布4、防水板5、脱空区6、衬砌混凝土7、台车顶模8，，还包括穿过所述台车顶模8、衬砌混凝土7的若干管体9，若干所述管体9沿端头模板2的中线等间距分布，所有管体9均位于端头模板2与已衬砌端1之间；所述管体9的顶端与所述防水板5接触，管体9的底端均位于台车顶模8下方；所述管体9的顶端均设置十字切口；还包括用于控制所述管体9连通的阀门10。
实施例2：
如图1与图2所示的一种二衬台车带模注浆结构，在实施例1的基础上，最靠近端头模板2的一根管体9与端头模板2之间的间距为1～1.5m；最靠近已衬砌端1的一根管体9与已衬砌端1之间的间距为0.6～1m。所述十字切口沿着管体9轴线方向的深度为5mm，每条切口的宽度均为3mm。所述管体9位于台车顶模8下方的一端套设固定法兰11、定位法兰12，所述固定法兰11焊接在台车顶模8底面，所述定位法兰12可拆卸连接在固定法兰11下方；所述管体9底端连接套管13，套管13上设置压力表14，套管13下端连接注浆连接头15，所述阀门10位于注浆连接头15与压力表14之间的套管13内部。
实施例3：
如图1与图2的一种二衬台车带模注浆方法，包括以下步骤：(a)在衬砌台车上确定混凝土浇筑区域，在浇筑区域所对应的台车顶模中线上开设注浆孔，所开设的注浆孔从已衬砌端至待衬砌端均匀分布，其中待衬砌端设置端头模板；(b)在台车顶模开孔位置焊接固定法兰，之后在固定法兰下方连接定位法兰，固定法兰和定位法兰之间通过螺栓连接；(c)衬砌台车安装定位，之后从所有定位法兰中穿入顶端设置有十字切口的管体，使管体的顶端顶住防水板，管体的底端从定位法兰下方伸出，管体上连接带有阀门的套管；(d)进行二衬混凝土浇筑；在二衬混凝土浇筑完成后2～3小时内，以距离已衬砌端最近的管体作为注入管，打开其余管体所对应的阀门，向注入管中注入注浆料；(e)匀速注浆，当从注入管至端头模板方向的第一根管体中有注浆料流出时，关闭该管体所对应的阀门；当从注入管至端头模板方向的第二根管体中有注浆料流出时，关闭该管体所对应的阀门；以此类推，直至注入管与端头模板之间所有管体对应的阀门都关闭，注浆料从端头模板流出，完成注浆；若注浆过程中注入压力达到1MPa时仍然没有注浆料从任何处于打开状态的管体或端头模板流出，则泄压、更换距离端头模板更近的一根管体为注入管，重新注入注浆料，直至端头模板处流出注浆料；(f)拆除注浆管线，封堵各管体，待步骤(e)中注入的注浆料初凝后，拆除定位法兰，对各管体在固定法兰下方的外露部分进行切割打磨。
作为更优选的技术方案，在定位法兰底部设置法兰钢管，使得法兰钢管与定位法兰中心通孔相连通，法兰钢管与定位法兰之间密封连接，再将管体从法兰钢管中穿入，管体外径与法兰钢管的内径相匹配，从而通过法兰钢管对管体进行径向方向的限位，确保管体安装连接的垂直度。本实施例中使用的固定法兰11外径120mm，内径40mm；定位法兰12的外径120mm，法兰钢管内径37.5～38mm，外径40mm，高度50mm；管体13外径36mm，内径15mm，壁厚10.5mm。
实施例4：
一种二衬台车带模注浆方法，在实施例3的基础上，所述十字切口沿着管体轴线方向的深度为5mm，每条切口的宽度均为3mm。步骤(d)中二衬混凝土浇筑时，以管体为观察口，确定混凝土是否浇注到拱顶：若有混凝土从管体中溢出，则表示浇筑到顶。管体作为观察口时，用铁丝或钢筋对管内进行清理，避免堵塞。步骤(e)中注入的注浆料为微膨胀缓凝早强充填砂浆，所述微膨胀缓凝早强充填砂浆的水灰比为0.19。所述管体为RPC管。本实施例中使用的微膨胀缓凝早强充填砂浆的型号为XJ-CQ1702。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种二衬台车带模注浆方法，基于二衬台车带模注浆结构，所述二衬台车带模注浆结构包括已衬砌端（1）、端头模板（2），所述已衬砌端（1）与端头模板（2）之间自上而下依次为初期支护（3）、土工布（4）、防水板（5）、脱空区（6）、衬砌混凝土（7）、台车顶模（8），其特征在于，还包括穿过所述台车顶模（8）、衬砌混凝土（7）的若干管体（9），若干所述管体（9）沿端头模板（2）的中线等间距分布，所有管体（9）均位于端头模板（2）与已衬砌端（1）之间；所述管体（9）的顶端与所述防水板（5）接触，管体（9）的底端均位于台车顶模（8）下方；所述管体（9）的顶端均设置十字切口；还包括用于控制所述管体（9）连通的阀门（10）；
带模注浆方法包括以下步骤：
（a）在衬砌台车上确定混凝土浇筑区域，在浇筑区域所对应的台车顶模中线上开设注浆孔，所开设的注浆孔从已衬砌端至待衬砌端均匀分布，其中待衬砌端设置端头模板；
（b）在台车顶模开孔位置焊接固定法兰，之后在固定法兰下方连接定位法兰，固定法兰和定位法兰之间通过螺栓连接；
（c）衬砌台车安装定位，之后从所有定位法兰中穿入顶端设置有十字切口的管体，使管体的顶端顶住防水板，管体的底端从定位法兰下方伸出，管体上连接带有阀门的套管；
（d）进行二衬混凝土浇筑；在二衬混凝土浇筑完成后2~3小时内，以距离已衬砌端最近的管体作为注入管，打开其余管体所对应的阀门，向注入管中注入注浆料；
（e）匀速注浆，当从注入管至端头模板方向的第一根管体中有注浆料流出时，关闭该管体所对应的阀门；当从注入管至端头模板方向的第二根管体中有注浆料流出时，关闭该管体所对应的阀门；以此类推，直至注入管与端头模板之间所有管体对应的阀门都关闭，注浆料从端头模板流出，完成注浆；若注浆过程中注入压力达到1MPa时仍然没有注浆料从任何处于打开状态的管体或端头模板流出，则泄压、更换距离端头模板更近的一根管体为注入管，重新注入注浆料，直至端头模板处流出注浆料；
（f）拆除注浆管线，封堵各管体，待步骤（e）中注入的注浆料初凝后，拆除定位法兰，对各管体在固定法兰下方的外露部分进行切割打磨。
2.根据权利要求1所述的一种二衬台车带模注浆方法，其特征在于，最靠近端头模板（2）的一根管体（9）与端头模板（2）之间的间距为1~1.5m；最靠近已衬砌端（1）的一根管体（9）与已衬砌端（1）之间的间距为0.6~1m。
3.根据权利要求1所述的一种二衬台车带模注浆方法，其特征在于，所述十字切口沿着管体（9）轴线方向的深度为5mm，每条切口的宽度均为3mm。
4.根据权利要求1所述的一种二衬台车带模注浆方法，其特征在于，所述管体（9）位于台车顶模（8）下方的一端套设固定法兰（11）、定位法兰（12），所述固定法兰（11）焊接在台车顶模（8）底面，所述定位法兰（12）可拆卸连接在固定法兰（11）下方；所述管体（9）底端连接套管（13），套管（13）上设置压力表（14），套管（13）下端连接注浆连接头（15），所述阀门（10）位于注浆连接头（15）与压力表（14）之间的套管（13）内部。
5.根据权利要求1所述的一种二衬台车带模注浆方法，其特征在于，所述十字切口沿着管体轴线方向的深度为5mm，每条切口的宽度均为3mm。
6.根据权利要求1所述的一种二衬台车带模注浆方法，其特征在于，步骤（d）中二衬混凝土浇筑时，以管体为冲顶浇筑的观察口，确定混凝土是否浇注到拱顶：若有浆液从管体中溢出，则表示浇筑到顶。
7.根据权利要求6所述的一种二衬台车带模注浆方法，其特征在于，管体作为冲顶浇筑观察口时，用铁丝或钢筋对管内进行清理，避免堵塞。
8.根据权利要求1所述的一种二衬台车带模注浆方法，其特征在于，步骤（e）中注入的注浆料为微膨胀缓凝早强充填砂浆，所述微膨胀缓凝早强充填砂浆的水灰比为0.18~0.2。
9.根据权利要求1所述的一种二衬台车带模注浆方法，其特征在于，所述管体为RPC管。
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