CN111411646A - 过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置及方法，其在过江隧道外围富水土层中环向间隔设有一端分别与第一容器和第二容器通连，另一端封闭的第一输送管和第二输送管，并在第一输送管和第二输送管至少对应待封堵衬砌管片区域分别开设有第一注浆孔和第二注浆孔，注浆过程中，利用第一容器内部和第二容器内部与过江隧道各处对应的江水的水头差，促使第一混合液和第二混合液分别经第一注浆孔和第二注浆孔流入过江隧道外围的富水土层，并缓慢地沿过江隧道的外围环向扩散及混合，最后由第一混合液中的微生物浆液和第二混合液中的营养液进行反应，以形成一层从外围将衬砌管片包裹的环形的生物凝胶加固带，从而将衬砌管片之间的缝隙封堵。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程施工与维护技术领域领域，特别涉及一种过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置及方法。
背景技术
过江隧道所处的位置被江水所包围，过江隧道衬砌管片的接缝处极易被江水渗入，影响其使用安全性，并进一步地降低其使用寿命。因此，必须要采用有效的方法，对过江隧道的衬砌管片之间的缝隙进行有效封堵，以防止江水经缝隙渗入过江隧道，以此来保证过江隧道的使用安全性和使用寿命。
如能将微生物浆液与营养液注入过江隧道外围的富水土层中，使微生物浆液与营养液在富水土层中反应，以形成一层从外围将过江隧道的衬砌管片包裹的环形的生物凝胶加固带，从而将过江隧道衬砌管片之间的缝隙封堵，以阻止江水渗入过江隧道，从而保证过江隧道的防渗性能，并提高过江隧道的使用安全性和使用寿命，而如何将微生物浆液与营养液注入过江隧道外围的富水土层中是解决问题的关键。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置及方法，旨在将微生物浆液与营养液注入过江隧道外围的富水土层中，以使微生物浆液与营养液在过江隧道外围的富水土层中反应，从而对过江隧道的衬砌管片之间的缝隙进行有效封堵。
为实现上述目的，本发明提出一种过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置，包括环向间隔设于过江隧道外围富水土层中的第一输送管和第二输送管，所述第一输送管和第二输送管至少对应待封堵衬砌管片区域分别开设有第一注浆孔和第二注浆孔，第一输送管和第二输送管的一端分别与第一容器和第二容器通连，另一端封闭，所述第一容器和第二容器内部的水头均高于过江隧道各处对应的江水的水头。
为实现上述目的，本发明还提出了一种过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆方法，包括步骤：
S1、根据过江隧道的走向，通过定向钻技术在过江隧道的外围的富水土层开挖形成环向间隔分布的第一穿设孔和第二穿设孔，并将第一输送管和第二输送管分别穿设第一穿设孔和第二穿设孔；
S2、将第一输送管和第二输送管的一端分别与第一容器和第二容器相通连；
S3、分别往第一容器和第二容器中装入微生物浆液和高聚物的第一混合液以及营养液和高聚物的第二混合液，使第一混合液和第二混合液因水头差经分别经第一输送管的第一注浆孔和第二输送管的第二注浆孔注入过江隧道外围的富水土层，并环向扩散和混合，最终反应形成一层从外围将过江隧道的衬砌管片包裹的环形的生物凝胶加固带。
本发明技术方案在过江隧道外围富水土层中环向间隔设有一端分别与第一容器和第二容器通连，另一端封闭的第一输送管和第二输送管，并在第一输送管和第二输送管至少对应待封堵衬砌管片区域分别开设有第一注浆孔和第二注浆孔，注浆过程中，利用第一容器和第二容器内与过江隧道各处对应的江水的水头差，促使盛装于第一容器的微生物浆液和高聚物的第一混合液和盛装于第二容器的营养液和高聚物的第二混合液分别经第一注浆孔和第二注浆孔流入过江隧道外围的富水土层，并缓慢地沿过江隧道的外围环向扩散及混合，最后由第一混合液中的微生物浆液和第二混合液中的营养液进行反应，以形成一层从外围将过江隧道的衬砌管片包裹的环形的生物凝胶加固带，从而将过江隧道的衬砌管片之间的缝隙封堵，以阻止江水渗入过江隧道，进而保证过江隧道的防渗性能，并提高过江隧道的使用安全性和使用寿命。另外，采用水头差促使第一混合液和第二混合注入过江隧道外围的富水土层并使两者环向扩散的方式，一方面可防止出现在施工过程中江水反渗入第一输送管和第二输送管并稀释第一混合液和第二混合液的情况，且微生物固化反应需要一个相对较长的过程，通过水头差进行注浆的方式，可保证注入富水土层的第一混合液和第二混合液有足够多的时间去混合以及进行生物反应，而传统的从隧道内部进行的壁后注浆(一般注水泥浆)方式无法给浆液足够多的时间去进行凝固反应，另一方面可避免注浆过程中出现因注浆压力过大而破坏土层和/或衬砌管片，又或者造成衬砌管片上浮的情况发生，相应的施工安全性高。同时，第一混合液和第二混合液中分别含有高聚物，可使第一混合液和第二混合液的密度和粘度高于江水，可保证进入待封堵(即待防渗)区域的微生物浆液和营养液不会被富水土层中的江水稀释或者冲走，并可沿着过江隧道的衬砌管片的表面扩散，以将江水与该区域的衬砌管片隔离，从而令微生物浆液和营养液有充分的时间进行反应，保证封堵过程的顺利进行，并保证封堵防渗效果。
附图说明
图1为本发明微生物防渗注浆装置的施工原理图；
图2为发明微生物防渗注浆装置一种实施例在注浆时，第一输送管、第二输送管与过江隧道等的横截示意；
图3为发明微生物防渗注浆装置另一种实施例在注浆时，第一输送管、第二输送管与过江隧道等的横截示意；
图4为第一输送管或者第二输送管与孔压传感器的连接示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底、内、外、垂向、横向、纵向，逆时针、顺时针、周向、径向、轴向……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”或者“第二”等的描述，则该“第一”或者“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置。
本发明实施例中，如图1至4所示，该过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置，包括环向间隔设于过江隧道100外围富水土层200中的第一输送管1和第二输送管2，所述第一输送管1和第二输送管2至少对应待封堵衬砌管片101区域分别开设有第一注浆孔11和第二注浆孔21，第一输送管1和第二输送管2的一端分别与第一容器3和第二容器4通连，另一端封闭，所述第一容器3和第二容器4内部的水头均高于过江隧道100各处对应的江水300的水头。注浆过程中，盛装于第一容器3的微生物浆液和高聚物的第一混合液5和盛装于第二容器4的营养液和高聚物的第二混合液6在水头差的作用下，经第一输送管1的第一注浆孔11和第二输送管2的第二注浆孔21流出，并在富水土层200沿过江隧道100环向扩散，以使第一混合液5和第二混合液6混合后在富水土层200中进行生物发应，最终形成一层从外围将过江隧道100的衬砌管片101包裹的环形的生物凝胶加固带201。从而将过江隧道100的衬砌管片101之间的缝隙封堵，以阻止江水渗入过江隧道100，进而保证过江隧道100的防渗性能，并提高过江隧道100的使用安全性和使用寿命。另外，利用水头差促使第一混合液5和第二混合液6注入过江隧道100外围的富水土层200并使两者环向扩散的方式，一方面可防止出现在施工过程中江水300反渗入第一输送管1和第二输送管2并稀释第一混合液5和第二混合液6的情况，且微生物固化反应需要一个相对较长的过程，通过水头差进行注浆的方式，可保证注入富水土层的第一混合液和第二混合液有足够多的时间去混合以及进行生物反应，而传统的从隧道内部进行的壁后注浆(一般注水泥浆)方式无法给浆液足够多的时间去进行凝固反应。另一方面可避免注浆过程中出现因注浆压力过大而破坏富水土层200和/或衬砌管片101，又或者造成衬砌管片101上浮的情况发生，相应的施工安全性高。同时，第一混合液5和第二混合液6中分别含有高聚物，可使第一混合液5和第二混合液6的密度和粘度高于江水，以保证进入待封堵(即待防渗)区域的微生物浆液和营养液不会被富水土层200中的江水稀释或者冲走，并可沿着过江隧道100的衬砌管片101的表面扩散，以将江水与该区域的衬砌管片101隔离，从而令微生物浆液和营养液有充分的时间进行反应，保证封堵过程的顺利进行，并保证封堵防渗效果。
可以理解地，待封堵的区域一般在过江隧道100的衬砌管片101之间的交接处或者其他需要重点防渗的区域。
具体地，所述高聚物可以为聚乙二醇或者性能和密度类似的其他高聚物，其可提高第一混合液5和第二混合液6的密度和粘度，保证第一混合液5和第二混合液6的密度和粘度均大于水。使进入待封堵(即待防渗)区域的微生物浆液和营养液不会被富水土层200中的江水稀释或者冲走。
在发明实施例中，所述第一输送管1和第二输送管2的数量均可以为一根或者多根。均为一根时，第一输送管1和第二输送管2优选设于富水土层200位于过江隧道100水平径向两侧的位置(参见图2)；而均为多根、或者一者为一根另一者为两根时，所述第一输送管1和第二输送管2环向交错分布(参见图3)，可环向间隔交错分。过江隧道100与第一输送管1和第二输送管2的径向距离可根据注浆要求而设定，最好尽可能地接近过江隧道100的衬砌管片101，当然也要考施工的方便性和安全性。例如当过江隧道100的衬砌管片101的外轮廓直径为630CM时候，过江隧道100与第一输送管1和第二输送管2的径向距离为20CM～30CM，优选20CM。
具体地，所述第一注浆孔11和第二注浆孔21的数量以及分布方式可以有多种实施方式，主要根据待封堵衬砌管片101区域的范围和渗水程度而定。一般可分别开设于第一输送管1和第二输送管2的管壁朝向过江隧道100的区域，当然，也可以同时在第一输送管1和第二输送管2的管壁背向过江隧道100的区域也设置以增加扩散范围。第一输送管1和第二输送管2可以为金属管或者胶管，优选胶管。
在本发明实施例中，第一容器3和第二容器4可以为水塔、水桶或者下端封闭的中空管等，但应注意确保其容积足够大，以分别盛装足够量的第一混合液5和第二混合液6，并使其内的第一混合液5和第二混合液6分别与过江隧道100各处对应的江水300的水头差满足注浆需求。第一容器3和第二容器4设于江岸位于过江隧道100两端的位置，或者设于江岸位于过江隧道100同一端的位置。
可以理解地，微生物浆液以及相应的营养液可以有多种选择，例如微生物浆液可选用现有的巴氏芽孢杆菌，相应的营养液可选用尿素和氯化钙的混合液，这里不对两者的具体的生物固化反应原理进行赘述。
进一步地，第一输送管1和/或第二输送管2的周壁对应待封堵衬砌管片101区域的位置还装有孔压传感器8、9，所述孔压传感器8、9与外部配套的读数仪(未图示)连接，具体可通过数据线连接或者通过无线通信模块连接以传输数据，读数仪获取孔压传感器8、9监测到的该区域在微生物浆液和营养液反应前后的水压，以供监测微生物防渗注浆的过程和对封堵防渗效果进行评估。具体而言，在过江隧道100的衬砌管片101发生渗漏以及在反应进行的过程中，孔压传感器8、9监测到的水压会不断变化；而当生物凝胶加固带201完全形成并将衬砌管片101之间的缝隙完全封堵时，孔压传感器8、9监测到的水压将进入稳定状态，从而可以此来监测微生物防渗注浆的过程和评估防渗效果。所述孔压传感器为现有技术，这里不对其具体结构以及工作原理进行赘述。
在介绍了本发明微生物防渗注浆装置的实施方式之后，接下来将对采用本发明微生物防渗注浆装置的注浆方法的实施方式进行介绍。微生物防渗注浆装置的具体结构见上述实施例，重复之处可不作赘述。
在本发明实施例中，如图1至4所示，该过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆方法，包括步骤：
S1、根据过江隧道100的走向，通过定向钻技术在过江隧道100的外围的富水土层200开挖形成环向间隔分布的第一穿设孔(未图示)和第二穿设孔(未图示)，并将第一输送管1和第二输送管2分别穿设第一穿设孔和第二穿设孔。
应当说明的是，定向钻技术为现有技术，这里不再对其钻孔过程进行赘述，第一输送管1和第二输送管2的走向根据过江隧道100的走向而定。
当然，也可以在原过江隧道盾构施工的同时预埋第一输送管1和第二输送管2。这样，就无须后续采用定向钻技术钻孔并穿设第一输送管1和第二输送管2。
S2、将第一输送管1和第二输送管2的一端分别与第一容器3和第二容器4相通连。
在发明实施例中，所述第一输送管1和第二输送管2的数量均可以为一根或者多根。均为一根时，第一输送管1和第二输送管2优选设于富水土层200位于过江隧道100水平径向两侧的位置(参见图2)；而均为多根、或者一者为一根另一者为两根时，所述第一输送管1和第二输送管2环向交错分布(参见图3)。过江隧道100与第一输送管1和第二输送管2的径向距离可根据注浆要求而设定，最好尽可能地接近过江隧道100的衬砌管片101，当然也要考施工的方便性和安全性。例如当过江隧道100的衬砌管片101的外轮廓直径为630CM时候，过江隧道100与第一输送管1和第二输送管2的径向距离为20CM～30CM，优选20CM。
S3、分别往第一容器3和第二容器4中装入微生物浆液和高聚物的第一混合液5以及营养液和高聚物的第二混合液6，使第一混合液5和第二混合液6因水头差经分别经第一输送管1的第一注浆孔11和第二输送管2的第二注浆孔21注入过江隧道100外围的富水土层200，并环向扩散和混合，最终反应形成一层从外围将过江隧道100的衬砌管片101包裹的环形的生物凝胶加固带201。从而将过江隧道100的衬砌管片101之间的缝隙封堵，以阻止江水渗入过江隧道100，进而保证过江隧道100的防渗性能，并提高过江隧道100的使用安全性和使用寿命。另外，利用水头差促使第一混合液5和第二混合液6注入过江隧道100外围的富水土层200并使两者环向扩散的方式，一方面可防止出现在施工过程中江水反渗入第一输送管1和第二输送管2并稀释第一混合液5和第二混合液6的情况，且微生物固化反应需要一个相对较长的过程，通过水头差进行注浆的方式，可保证注入富水土层的第一混合液和第二混合液有足够多的时间去混合以及进行生物反应，而传统的从隧道内部进行的壁后注浆(一般注水泥浆)方式无法给浆液足够多的时间去进行凝固反应。另一方面可避免注浆过程中出现因注浆压力过大而破坏土层200和/或衬砌管片101，又或者造成衬砌管片101上浮的情况发生，相应的施工安全性高。同时，第一混合液5和第二混合液6中分别含有高聚物，可使第一混合液5和第二混合液6的密度和粘度高于江水300，可保证进入待封堵(即待防渗)区域的微生物浆液和营养液不会被富水土层200中的江水稀释或者冲走，并可沿着过江隧道100的衬砌管片101的表面扩散，以将江水与该区域的衬砌管片101隔离，从而令微生物浆液和营养液有充分的时间进行反应，保证封堵过程的顺利进行，并保证封堵防渗效果。
具体地，微生物浆液以及相应的营养液可以有多种选择，例如微生物浆液可选用现有的巴氏芽孢杆菌，相应的营养液可选用尿素和氯化钙的混合液，这里不对两者的具体的生物固化反应原理进行赘述。
高聚物可以为聚乙二醇或者性能和密度类似的其他高聚物，可提高第一混合液5和第二混合液6的密度和粘度，保证第一混合液5和第二混合液6的密度和粘度均大于水。使进入待封堵(即待防渗)区域的微生物浆液和营养液不会被富水土层200中的江水稀释或者冲走。
进一步地，在步骤S3中，还包括通过设于第一输送管1和/或第二输送管2的周壁对应待封堵衬砌管片101区域的位置的孔压传感器8、9监测该区域在微生物浆液和营养液反应前后的水压，并通过外部的读数仪(未图示)获取孔压传感器8、9监测到的该区域在微生物浆液和营养液反应前后的水压的过程，以供监测微生物防渗注浆的过程和对封堵防渗效果进行评估。具体而言，在过江隧道100的衬砌管片101发生渗漏以及在反应进行的过程中，孔压传感器8、9监测到的水压会不断变化；而当生物凝胶加固带201完全形成并将衬砌管片101之间的缝隙完全封堵时，孔压传感器8、9监测到的水压将进入稳定状态，从而可以此来监测微生物防渗注浆的过程和评估防渗效果。所述孔压传感器为现有技术，这里不对其具体结构以及工作原理进行赘述。
应当说明的是，本发明实施方式中所采用的第一混合液5和第二混合液6并不分别局限于微生物浆液和高聚物以及营养液和高聚物的混合浆液，还可以是其他适用于防渗堵漏的浆液(包括其他生物浆液)。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置，其特征在于：包括环向间隔设于过江隧道外围富水土层中的第一输送管和第二输送管，所述第一输送管和第二输送管至少对应待封堵衬砌管片区域分别开设有第一注浆孔和第二注浆孔，第一输送管和第二输送管的一端分别与第一容器和第二容器通连，另一端封闭，所述第一容器和第二容器内部的水头均高于过江隧道各处对应的江水的水头。
2.如权利要求1所述的过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置，其特征在于：所述第一输送管和第二输送管的数量均为一根或者多根，均为一根时，第一输送管和第二输送管设于富水土层位于过江隧道水平径向两侧的位置；均为多根、或者一者为一根另一者为两根时，所述第一输送管和第二输送管环向交错分布。
3.如权利要求1所述的过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置，其特征在于：所述第一注浆孔和第二注浆孔分别开设于第一输送管和第二输送管的管壁朝向过江隧道的区域，第一输送管和第二输送管为胶管。
4.如权利要求1所述的过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置，其特征在于：第一容器和第二容器设于江岸位于过江隧道两端的位置，或者设于江岸位于过江隧道同一端的位置。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置，其特征在于：第一输送管和/或第二输送管的周壁对应待封堵衬砌管片区域的位置还装有孔压传感器，所述孔压传感器与外部配套的读数仪连接。
6.如权利要求1至5中任意一项所述过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置的注浆方法，其特征在于，包括步骤：
S1、根据过江隧道的走向，通过定向钻技术在过江隧道的外围的富水土层开挖形成环向间隔分布的第一穿设孔和第二穿设孔，并将第一输送管和第二输送管分别穿设第一穿设孔和第二穿设孔；
S2、将第一输送管和第二输送管的一端分别与第一容器和第二容器相通连；
S3、分别往第一容器和第二容器中装入微生物浆液和高聚物的第一混合液以及营养液和高聚物的第二混合液，使第一混合液和第二混合液因水头差经分别经第一输送管的第一注浆孔和第二输送管的第二注浆孔注入过江隧道外围的富水土层，并环向扩散和混合，最终反应形成一层从外围将过江隧道的衬砌管片包裹的环形的生物凝胶加固带。
7.如权利要求6所述的过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置，其特征在于：所述高聚物为聚乙二醇。
8.如权利要求6所述的过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置，其特征在于：微生物浆液选用巴氏芽孢杆菌，相应的营养液选用尿素和氯化钙的混合液。
9.如权利要求6所述的过江隧道衬砌管片的微生物防渗注浆装置，其特征在于：过江隧道与第一输送管和第二输送管的径向距离为20CM～30CM。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的注浆方法，其特征在于：在步骤S3中，还包括通过设于第一输送管和/或第二输送管的周壁对应待封堵衬砌管片区域的位置的孔压传感器监测该区域在微生物浆液和营养液反应前后的水压，并通过外部的读数仪获取孔压传感器监测到的该区域在微生物浆液和营养液反应前后的水压的过程。
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- 2020-03-27 CN CN202010227917.0A patent/CN111411646B/zh active Active
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