CN110359932B - 一种二衬拱顶注浆管组件及其注浆施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二衬拱顶注浆管组件及其注浆施工方法，其中二衬拱顶注浆管组件包括主管和副管，所述主管和副管平行间隔设置且管口平齐，所述主管长度与每环衬砌长度相适应，所述副管长度为主管长度的三分之二，所述主管和副管的管体上均设有多个溢浆孔，所述溢浆孔在管体顶部且沿管体纵向间隔布置，且主管和副管上距离管口一定长度范围内不设溢浆孔，还包括多个固定板，所述固定板位于主管和副管底部且沿管体纵向间隔布置，所述主管和副管的管口处连有注浆接头，所述注浆接头与注浆机管路适配。本发明能够避免注浆时形成假注浆现象，保证拱顶注浆充实，且浆液固化后与二衬混凝土粘结效果好，提高衬砌拱顶带模注浆成功率。

Description

一种二衬拱顶注浆管组件及其注浆施工方法
技术领域
本发明涉及隧道二衬施工领域，具体涉及一种二衬拱顶注浆管组件及其注浆施工方法。
背景技术
隧道二衬是相对初支来说的，当隧道初期支护完成后，在内侧浇筑混凝土，此过程一般采用二衬钢模台车来实现，最终成型后保证整体隧道的加固及美观，然而在二衬过程中拱顶处，因台车浇筑前后的弹性变形、混凝土收缩以及衬砌浇筑完成后泵送管道积存压力的瞬间释放和现场封堵不及时等而产生的混凝土缺失形成脱空空间。
为了解决二衬拱顶的脱空空间，通常是在二衬混凝土初凝后进行注浆填充，衬砌拱顶带模注浆技术有径向注浆和纵向注浆两种，其中径向注浆是沿隧道径向预设两根管道，由于径向管道抵住了防水板，存在二衬浇筑过程中出现径向管道被抵紧之后捅破防水板的情况，致使注浆浆液从防水板背部溢出，因此实际施工中已不再采用径向注浆。目前大多是采用纵向注浆，而纵向注浆是沿隧道纵向预设两根管道，一根作为注浆管，另一根作为排气管，且注浆管和排气管长度相同，而注浆管全管身上呈梅花形布设溢浆孔，且两根管道为紧贴埋设，注浆时浆液会直接从管口溢出，形成假注浆现象，拱顶填充不密实，同时注浆浆液固化后与二衬混凝土粘结效果差，导致纵向注浆失败率较高。
发明内容
本发明目的在于：针对在二衬拱顶带模注浆时，纵向注浆容易形成假注浆现象，拱顶填充不密实，且浆液固化后与二衬混凝土粘结效果差的问题，提供一种二衬拱顶注浆管组件及其注浆施工方法，该注浆管组件能够避免注浆时形成假注浆现象，且浆液固化后与二衬混凝土粘结效果好，提高衬砌拱顶带模注浆成功率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种二衬拱顶注浆管组件，包括主管和副管，所述主管和副管平行间隔设置且管口平齐，所述主管长度与每环衬砌长度相适应，所述副管长度为主管长度的三分之二，所述主管和副管的管体上均设有多个溢浆孔，所述溢浆孔在管体顶部且沿管体纵向间隔布置，且所述主管和副管在距离管口一定长度范围内不设溢浆孔，还包括用于固定主管和副管的多个固定板，所述固定板位于管体底部且沿管体纵向间隔布置，所述主管和副管的管口处连有注浆接头，所述注浆接头与注浆机管路适配。
本发明通过将主管和副管平行间隔设置且管口平齐，主管长度与每环衬砌长度相适应，副管长度为主管长度的三分之二，使得主管和副管埋设深度不一样，注浆时先主管后副管，形成后退式分段注浆；并且主管和副管的管体上均设有多个溢浆孔，溢浆孔在管体顶部且沿管体纵向间隔布置，可以使浆液从一个方向溢出，有利于注浆时排出空气，且溢浆孔在管体顶部与防水板贴合，可以避免二衬混凝土浇筑时堵塞溢浆孔；由于主管和副管在距离管口一定长度范围内不设溢浆孔，防止浆液在管口处直接溢出，不能有效注浆；并通过设置固定板及注浆接头，使用时便于对主管和副管进行固定，以及便于与注浆机管路进行连接，采用该二衬拱顶注浆管组件，可以保证拱顶注浆充实，防止因注浆不严实而产生拱顶脱空。
作为本发明的优选方案，所述注浆接头上还设有止浆阀。通过设置止浆阀，便于在注浆完成后进行封堵主管和副管。
作为本发明的优选方案，所述溢浆孔的孔径为5～8mm，且孔距间隔50～80cm。溢浆孔采用上述布置方案，可以保证注浆时管内有压传递。
作为本发明的优选方案，所述主管和副管在距离管口300～500cm长度范围内不设溢浆孔，可以防止浆液在管口处直接溢出，不能有效注浆。
作为本发明的优选方案，所述固定板与防水板材料相同，且固定板间距为30～50cm。采用上述固定板，便于与防水板进行热熔焊接固定。
作为本发明的优选方案，所述主管和副管的管尾处设有挡板，所述挡板与管尾端部相接触。通过在主管和副管的管尾处设置挡板，防止二衬混凝土大量进入管内而导致堵塞，而浆液又可以沿挡板与管尾贴合缝隙渗出。
本发明还提供一种二衬拱顶注浆施工方法，将以上所述的二衬拱顶注浆管组件用于注浆施工，包括以下步骤：
A、衬砌施工前在拱顶处埋设二衬拱顶注浆管组件；
B、浇筑二衬混凝土；
C、待拱顶部位混凝土初凝时，先通过主管进行压力注浆，待浆液从副管溢出后保压5min，改换副管进行再次注浆。
本方法通过衬砌施工前在拱顶处埋设上述二衬拱顶注浆管组件，然后浇筑二衬混凝土，待拱顶部位混凝土初凝时，先通过主管进行压力注浆，待浆液从副管逸出后保压5min，改换副管进行再次注浆，可以进一步保证拱顶注浆充实，防止因注浆不严实而产生拱顶脱空。
作为本发明的优选方案，所述拱顶部位混凝土的初凝时间根据施工现场试验确定。根据现场试验确定拱顶部位混凝土的初凝时间，可以更好的把握拱顶注浆时间，有利于保证浆液填充效果以及与二衬混凝土的粘结效果。
作为本发明的优选方案，所述浆液为水泥、水、膨胀剂以及减水剂按比例配制而成。通过在浆液中加入膨胀剂，可以在保证强度指标的前提下提高结石率，避免因浆液凝固体积收缩而产生新空隙，导致二次注浆缺陷，同时通过加入减水剂，使得浆液稠度降低有利于改善浆液的流动性。
作为本发明的优选方案，所述浆液配合比为水泥：水：膨胀剂：减水剂＝1:0.4:0.1:0.01。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过将主管和副管平行间隔设置且管口平齐，主管长度与每环衬砌长度相适应，副管长度为主管长度的三分之二，使得主管和副管埋设深度不一样，注浆时先主管后副管，形成后退式分段注浆；并且主管和副管的管体上均设有多个溢浆孔，溢浆孔在管体顶部且沿管体纵向间隔布置，可以使浆液从一个方向溢出，有利于注浆时排出空气，且溢浆孔在管体顶部与防水板贴合，可以避免二衬混凝土浇筑时堵塞溢浆孔；由于主管和副管在距离管口一定长度范围内不设溢浆孔，防止浆液在管口处直接溢出，不能有效注浆；并通过设置固定板及注浆接头，使用时便于对主管和副管进行固定，以及便于与注浆机管路进行连接，采用该二衬拱顶注浆管组件，可以保证拱顶注浆充实，防止因注浆不严实而产生拱顶脱空；
2、本方法通过衬砌施工前在拱顶处埋设上述二衬拱顶注浆管组件，然后浇筑二衬混凝土，待拱顶部位混凝土初凝时，先通过主管进行压力注浆，待浆液从副管逸出后保压5min，改换副管进行再次注浆，可以进一步保证拱顶注浆充实，防止因注浆不严实而产生拱顶脱空；
3、通过在浆液中加入膨胀剂，可以在保证强度指标的前提下提高结石率，避免因浆液凝固体积收缩而产生新空隙，导致二次注浆缺陷，同时通过加入减水剂，使得浆液稠度降低有利于改善浆液的流动性。
附图说明
图1为本发明中的二衬拱顶注浆管组件平面图。
图2为本发明中的二衬拱顶注浆管组件安装断面示意图。
图3为本发明中的二衬拱顶注浆管组件与注浆机管路连接示意图。
图中标记：1-主管，2-副管，3-固定板，4-注浆接头，5-止浆阀，6-挡板，7-注浆机管路，8-隧道初支，9-防水板，10-二衬混凝土，11-二衬端头。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种二衬拱顶注浆管组件；
如图1-图3所示，本实施例中的二衬拱顶注浆管组件，包括主管1和副管2，所述主管1和副管2平行间隔设置且管口平齐，所述主管1长度与每环衬砌长度相适应，所述副管2长度为主管1长度的三分之二，所述主管1和副管2的管体上均设有多个溢浆孔，所述溢浆孔在管体顶部且沿管体纵向间隔布置，且所述主管1和副管2在距离管口一定长度范围内不设溢浆孔，还包括用于固定主管1和副管2的多个固定板3，所述固定板3位于管体底部且沿管体纵向间隔布置，所述主管1和副管2的管口处连有注浆接头4，所述注浆接头4与注浆机管路7适配连接。
本发明通过将主管和副管平行间隔设置且管口平齐，主管长度与每环衬砌长度相适应，副管长度为主管长度的三分之二，使得主管和副管埋设深度不一样，注浆时先主管后副管，形成后退式分段注浆；并且主管和副管的管体上均设有多个溢浆孔，溢浆孔在管体顶部且沿管体纵向间隔布置，可以使浆液从一个方向溢出，有利于注浆时排出空气，且溢浆孔在管体顶部与防水板贴合，可以避免二衬混凝土浇筑时堵塞溢浆孔；由于主管和副管在距离管口一定长度范围内不设溢浆孔，防止浆液在管口处直接溢出，不能有效注浆；并通过设置固定板及注浆接头，使用时便于对主管和副管进行固定，以及便于与注浆机管路进行连接，采用该二衬拱顶注浆管组件，可以保证拱顶注浆充实，防止因注浆不严实而产生拱顶脱空。
本实施例中，所述主管1和副管2采用Φ20的PVC管或PPR管，主管和副管埋设于拱顶中心线两侧10cm处。为了便于注浆连接，主管和副管端头设置20cm外露长度，该外露长度超过二衬端头11，以12米衬砌为例，主管长度＝台车长度+外露长度＝1200+20＝1220cm，副管长度＝台车长度×2/3+外露长度＝1200×2/3+20＝820cm。
本实施例中，所述注浆接头4上还设有止浆阀5。通过设置止浆阀，便于在注浆完成后进行封堵主管和副管。注浆接头外径约18mm，与Φ20的PVC管或PPR管(内径19mm)有1mm的缝隙，利用嵌合段的吸附紧固固定原理进行套接，同时采用135°夹角，用于作业空间的扩充，保证作业空间满足现场施工要求。
本实施例中，所述溢浆孔的孔径为5～8mm，且孔距间隔50～80cm。溢浆孔采用上述布置方案，可以保证注浆时管内有压传递。溢浆孔口朝上，密贴防水板，并以一字形式进行布设，溢浆孔径一致，间隔埋设，采用分段打设溢浆孔，即打孔段为衬砌台车全长的2/3区间，即管体前端1/3后段落，以12米衬砌为例，主管打孔长度＝1200×2/3＝800cm，副管打孔长度＝1200×1/3＝400cm。
本实施例中，所述主管1和副管2在距离管口300～500cm长度范围内不设溢浆孔，可以防止浆液在管口处直接溢出，不能有效注浆。
本实施例中，所述固定板3与防水板材料相同，且固定板间距为30～50cm。采用上述固定板，便于与防水板进行热熔焊接固定。
本实施例中，所述主管1和副管2的管尾处均设有挡板6，所述挡板与管尾端部贴合相接触。具体的，对主管1和副管2尾部的挡板6采用15×15cm的防水板块以点焊四点的形式进行固定，不做四周封闭，由于防水板具有柔性，二衬混凝土会将防水板紧紧压贴在管体尾端，防止混凝土进入导致管内堵塞；在主管和副管进行注浆时，浆液压力又可以使防水板与管体尾端产生间隙，满足浆液流出需求。通过在主管和副管的管尾处设置挡板，防止二衬混凝土大量进入管内而导致堵塞，而浆液又可以沿挡板与管尾贴合缝隙渗出。
实施例2
本实施例还提供一种二衬拱顶注浆施工方法，将实施例1中所述的二衬拱顶注浆管组件用于注浆施工，包括以下步骤：
A、在隧道初支8完成后铺设土工布及防水板9，并在衬砌施工前在拱顶处埋设二衬拱顶注浆管组件；
B、向二衬台车钢模中浇筑二衬混凝土10；
C、待拱顶部位混凝土初凝时，先通过主管1进行压力注浆，待浆液从副管2溢出后保压5min，改换副管2进行再次注浆。
本方法通过衬砌施工前在拱顶处埋设上述二衬拱顶注浆管组件，然后浇筑二衬混凝土，待拱顶部位混凝土初凝时，先通过主管进行压力注浆，待浆液从副管逸出后保压5min，改换副管进行再次注浆，可以进一步保证拱顶注浆充实，防止因注浆不严实而产生拱顶脱空。
本实施例中，所述拱顶部位混凝土的初凝时间根据施工现场试验确定。根据现场试验确定拱顶部位混凝土的初凝时间，可以更好的把握拱顶注浆时间，有利于保证浆液填充效果以及与二衬混凝土的粘结效果。
本实施例中，在现场进行拱顶混凝土初凝状态的试验中，对混凝土土体抹面、压光后(用一质量为φ75mm钢球轻放在混凝土表面静置3分钟，然后将钢球拿起，测量混凝土表面压痕，当直径小于φ30mm钢球时或用食指以正常的力按压砼表面，不出现明显的印迹为准)得出：衬砌拱顶部位砼初凝时间与常规衬砌混凝土初凝时间相差约1小时，实际初凝时间为7小时，因此将衬砌拱顶带模注浆的时间设置为二衬拱顶混凝土浇筑完成后的第7小时开始，即理论混凝土初凝时间点进行注浆，1小时内完成注浆作业(实际一般在30分钟内完成)，最长不应超过第10小时。
本实施例中，所述浆液为水泥、水、膨胀剂以及减水剂按比例配制而成。通过在浆液中加入膨胀剂，可以在保证强度指标的前提下提高结石率，避免因浆液凝固体积收缩而产生新空隙，导致二次注浆缺陷；同时通过加入减水剂，在水灰比不变的前提下，减水剂使得水泥颗粒分散程度增加，加速了水泥颗粒的水化，使部分自由水变为结合水，对水泥颗粒的分散能力增大，使得浆液稠度降低有利于改善浆液的流动性。
本实施例中，所述浆液配合比按重量计为水泥：水：膨胀剂：减水剂＝1:0.4:0.1:0.01，其允许偏差的范围为水泥：水：膨胀剂：减水剂＝1:0.38～0.40:0.10～0.12:0.01～0.012。其中膨胀剂的自由膨胀率为在0.3～2％之间，因为过高的膨胀率会影响强度指标，规定其上限为2％。微膨胀剂以水泥重量的12％为佳，最大不宜超过15％，以制取的微膨胀水泥浆不产生收缩为标准。水泥宜采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥。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。采用上述配合比配制的水泥浆水灰比为0.4，浆液凝固后的收缩率仅为3.8％。
本实施例中，注浆压力的确定如下：水的密度:1000Kg/m3；硅酸盐水泥密度3100Kg/m3；按W/C＝0.4配比混合：1m3＝1000Kg所需的水泥重量：1000/0.4＝2500Kg；2500Kg水泥所占容积为：2500Kg/3100Kg/m3＝0.8m3；配制0.4的水灰比用1000Kg水和2500Kg水泥的总容积为1+0.8＝1.8m3；水泥浆的密度为：(1000+2500)/1.8＝1.9375g/cm3，所以1000Kg水泥可搅拌泥浆容积：(1000+400)/1.9375＝0.722.6m3。二衬顶部纵向注浆管距仰拱填充面最大高度为10米，则泵送水泥浆压力P1＝ρGV＝1.9375×10×10＝0.19375Mpa。同时按防水板连接焊缝的试验压力为0.25Mpa时和二衬拱顶回填注浆压力最值不宜大于P2＝0.2Mpa(Q/CR9604-2015规范要求)，实际注浆机出浆工作压力为P＝P1+P2≈0.5Mpa。
本实施例中，在进行注浆前可根据设计图纸给出的铁路隧道单线段设计轮廓图，理论推算出拱顶部位最顶部1cm、2cm、3cm、4cm所形成的轮廓空间，并按照空间大小反推出理论注浆量和不同水灰比下的水泥用量。当水泥有效用量超过理论推算值时，应立即停止注浆，分析原因。
本实施例中，在注浆过程中，先对主管1进行注浆，待主管1的注浆压力持续增大到0.7Mpa或者浆液从副管2管口溢出后，稳压5分钟，封堵主管1，换副管2进行注浆，待二衬端头10出浆后封堵副管2，停止注浆。
本实施例中，在对拱顶现场注浆过程中，采用浆液提前制取，两个搅拌桶交替作业，每个搅拌桶以50Kg水泥为制浆单位，进行定向标定，一桶50Kg水泥制取的浆液，制作量小且方便制取，同时避免了浆液制取不标准的现象，一桶浆液在使用过程中，另一桶浆液开始制取，不间断操作，小型化操作，既避免空间占用和浆液过剩而导致材料浪费。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二衬拱顶注浆管组件，其特征在于，包括主管和副管，所述主管和副管平行间隔设置且管口平齐，所述主管和副管埋设于拱顶中心线两侧，所述主管和副管端头设置外露长度，外露长度超过二衬端头，所述主管长度与每环衬砌长度相适应，所述副管长度为主管长度的三分之二，所述主管和副管的管体上均设有多个溢浆孔，所述溢浆孔在管体顶部且沿管体纵向间隔布置，且所述主管和副管在距离管口一定长度范围内不设溢浆孔，还包括用于固定主管和副管的多个固定板，所述固定板位于管体底部且沿管体纵向间隔布置，所述主管和副管的管口处连有注浆接头，所述注浆接头与注浆机管路适配。
2.根据权利要求 1 所述的二衬拱顶注浆管组件，其特征在于，所述注浆接 头上还设有止浆阀。
3. 根据权利要求 1 所述的二衬拱顶注浆管组件，其特征在于，所述溢浆孔 的孔径为5～8mm，且孔距间隔 50～80cm。
4.根据权利要求 1 所述的二衬拱顶注浆管组件，其特征在于，所述主管和 副管在距离管口 300～500cm 长度范围内不设溢浆孔。
5. 根据权利要求 1 所述的二衬拱顶注浆管组件，其特征在于，所述固定板 与防水板材料相同，且固定板间距为 30～50cm。
6. 根据权利要求 1 所述的二衬拱顶注浆管组件，其特征在于，所述主管和 副管的管尾处设有挡板，所述挡板与管尾端部相接触。
7. 一种二衬拱顶注浆施工方法，其特征在于，将权利要求 1-6 之一所述的 二衬拱顶注浆管组件用于注浆施工，包括以下步骤：
A、衬砌施工前在拱顶处埋设二衬拱顶注浆管组件； B、浇筑二衬混凝土；
C、待拱顶部位混凝土初凝时，先通过主管进行压力注浆，待浆液从副管溢 出后保压5min，改换副管进行再次注浆。
8.根据权利要求 7 所述的二衬拱顶注浆施工方法，其特征在于，所述拱顶 部位混凝土的初凝时间根据施工现场试验确定。
9.根据权利要求 7 所述的二衬拱顶注浆施工方法，其特征在于，所述浆液 为水泥、水、膨胀剂以及减水剂按比例配制而成。
10.根据权利要求 9 所述的二衬拱顶注浆施工方法，其特征在于，所述浆 液配合比为水泥：水：膨胀剂：减水剂=1:0.4:0.1:0.01。
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