CN113217024B - 防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法，包括以下步骤：在完成隧道顶部的初期支护以及防水层施工后，将台车模板安装至隧道顶部的指定位置；在台车模板的砼泵送孔处安装直筒式混凝土泵送管，并通过台车模板的排气孔将顶部设有封闭口的排气管插入台车模板内，排气管底部露出于台车模板外，待排气管安装到位后，打开排气管顶部的封闭口；将Y字形混凝土泵送管与直筒式混凝土泵送管连接，以及将连接泵送台车的柔性管道与Y字形混凝土泵送管连接；开始泵送混凝土，并观测排气管，待泵送压力达到预设值或排气管底部开始出浆时，停止泵送混凝土；对Y字形混凝土泵送管及配套设施进行拆卸，并对排气管底部进行截断抹平。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工的技术领域，尤其是一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法。
背景技术
随着交通强国战略规划的实施，我国交通基础设施进入了高质量发展时期。隧道工程是高速公路、高速铁路、城市地铁工程中重要的组成部分，受修建时期的设计与施工技术条件的限制，早期修建的隧道都存在不同程度的病害。衬砌背后脱空是最典型和常见的一种病害形式，由衬砌背后脱空造成的隧道塌方事故时有发生，危害巨大。隧道拱顶二衬与初支之间最容易产生脱空，脱空的出现主要由于混凝土自身的收缩性以及传统泵送混凝土施工过程的影响。传统的二衬台车长度约10m，拱顶预留2个混凝土泵管口，2个泵管口之间距离约5m，泵送混凝土方向与二衬台车、初支面之间为垂直关系。混凝土在泵出管道受到初支面的反作用力，导致混凝土泵送困难，同时混凝土向四周扩散仅靠自身重力及流动性，因二衬厚度较小，泵送管口间距较大，导致混凝土面无法充分相交，即便相交，交叉面位置仅为浆液，没有骨料，且混凝土不饱满，以至于出现二衬拱顶混凝土脱空现象。脱空一旦出现，脱空中的空气会有热胀冷缩作用，严重时会使混凝土产生裂缝，导致隧道顶部漏水，对隧道后期运行将产生极大安全隐患。针对这一问题，传统技术大多通过竖向管道进行混凝土泵送通过电子摄像头或者排气管观察泵送效果，在混凝土泵送效果不佳时，通过将较小直径的泵送管道连接在二次衬砌背后的顶部，需要在泵送混凝土时，边泵送混凝土边将泵送管抽出。传统技术存在的缺点有：1.采用竖向管道在浇筑时，混凝土的流动性差，容易产生脱空现象；2.发现脱空后，需要钻孔补浆，但会对衬砌的防水性造成一定的影响。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法，采用Y字形混凝土泵送管进行混凝土泵送，有效提高混凝土的流动性；通过观测排气管底部的出浆情况，可以较为直观地观测到是否出现脱空层。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法，其特征在于：所述施工方法包括以下步骤：
a、在完成隧道顶部的初期支护以及防水层施工后，将台车模板安装至所述隧道顶部的指定位置，并在所述台车模板左右侧设置防水钢板；
b、在所述台车模板的砼泵送孔处安装直筒式混凝土泵送管，并通过所述台车模板的排气孔将顶部设有封闭口的排气管插入所述台车模板内，所述排气管底部露出于所述台车模板外，待所述排气管安装到位后，打开所述排气管顶部的封闭口；
c、将Y字形混凝土泵送管与所述直筒式混凝土泵送管连接，以及将连接泵送台车的柔性管道与所述Y字形混凝土泵送管连接，并对所述Y字形混凝土泵送管进行固定；
d、在检查混凝土泵送管的各连接处后，通过所述泵送台车开始泵送混凝土，并观测所述排气管，待泵送压力达到预设值或所述排气管底部开始出浆时，停止泵送混凝土；
e、停止泵送混凝土后，对所述Y字形混凝土泵送管及配套设施进行拆卸，并对所述排气管底部进行截断抹平，完成二次衬砌的施工。
步骤b包括：
在所述台车模板的砼泵送孔处安装第一法兰盘，将所述直筒式混凝土泵送管伸入所述第一法兰盘内，通过拧紧所述第一法兰盘上的螺母来固定所述直筒式混凝土泵送管；
在所述台车模板的排气孔处安装第二法兰盘，将顶部包裹有密封袋的所述排气管伸入所述第二法兰盘内，待所述排气管顶部距所述防水层至预设距离且所述排气管底部位于所述台车模板外时，通过拧紧所述第二法兰盘上的螺母来固定所述排气管；
待所述排气管安装到位后，将所述排气管的密封袋捅破。
步骤c包括：
将所述直筒式混凝土泵送管底部和所述Y字形混凝土泵送管顶部分别安装在钢套筒的内顶部和内底部上，所述直筒式混凝土泵送管底部与所述Y字形混凝土泵送管顶部的连接处设有密封套，形成密封结构，所述钢套筒内顶部的钢珠卡设于所述直筒式混凝土泵送管底部外壁的卡扣凹槽内，所述钢套筒内底部的钢珠卡设于所述Y字形混凝土泵送管顶部外壁的卡扣凹槽内，形成卡扣结构；
所述Y字形混凝土泵送管底部通过钢箍同所述柔性管道连接；
利用固定装置来固定所述Y字形混凝土泵送管。
所述排气孔分别设于所述台车模板的左、中和右侧，所述砼泵送孔分别位于所述排气孔的左侧孔与所述排气孔的中侧孔间，以及所述排气孔的右侧孔与所述排气孔的中侧孔间。
所述排气管顶部与所述防水层间的距离为2-4cm，所述排气管底部与所述二次衬砌底部间的距离为4-5cm。
所述Y字形混凝土泵送管顶部的两管道间呈50—70°角。
所述泵送压力为静水压力加上0.8—1.5MPa。
本发明的优点是：
1、能较好的减短施工工期，采用的泵送管直径较大，因此在混凝土泵送时会较快的完成泵送，且通过在观测钢制排气管可以较为直观地观测到是否出现脱空层，可以通过一次泵送完成预期效果，避免了传统混凝土泵送方式中先泵送混凝土再补浆的短板，极大的提高了施工效率，缩短工期；
2、操作方便，泵送管可重复利用，混凝土泵送管道分为三部分组成：柔性管道、Y字形混凝土泵送管混凝土泵送管、直筒式混凝土泵送管，不同管节之间采用钢箍或者卡扣连接，操作简便，实现泵送管的重复利用；
3、混凝土喷射均匀，施工效果较好，相较于传统竖向管道泵送混凝土时，Y字形混凝土泵送管在混凝土泵送时改变了泵送混凝土方向，即通过一个分解力带着混凝土向两侧扩散，使混凝土流动更加均匀，减少拱顶混凝土脱空的发生。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的台车模板的俯视图；
图3为本发明的台车模板的侧视图；
图4为本发明的隧道拱顶的横截面示意图；
图5为本发明的排气管的安装示意图；
图6为本发明的Y字形混凝土泵送管的结构示意图；
图7为本发明的直筒式混凝土泵送管和Y字形混凝土泵送管混凝土泵送管的连接示意图；
图8为本发明的Y字形混凝土泵送管和柔性管道的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-8所示，图中标记1-24分别表示为：Y字形混凝土泵送管1，左杈管道1-1，右杈管道1-2，竖向管道1-3，直筒式混凝土泵送管2，柔性管道3，上部卡扣4，第三扣件4-1，第四扣件4-2，下部卡扣5，第一扣件5-1，第二扣件5-2，卡扣凹槽6，钢套筒7，钢珠8，密封套9，钢箍10，台车模板11，排气管12，密封袋13，防水钢板14，螺母15，脱空层16，二次衬砌17，初期支护18，防水层19，泵送台车20，第二法兰盘21，第一法兰盘22，排气孔23，砼泵送孔24。
实施例：如图1-8所示，本实施例涉及一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法，其施工方法步骤为：
a、如图1和图2所示，先在隧道顶部施工初期支护18，待初期支护18完成后，铺设防水层19，本实施例中，防水层19为高分子防水层，再将现场加工及拼装好的10m长的台车模板11安装到隧道顶部的指定位置，并在台车模板11左右侧设置防水钢板14，防水层19、台车模板11和防水钢板14三者间形成封闭腔体，通过泵送混凝土进封闭腔体，可形成二次衬砌17；
其中，台车模板11的左、中和右侧各设有一个排气孔23，即在台车模板11的两端部及其长度的1/2处设置排气孔23，排气孔23用于安装排气管12；排气孔23的左侧孔与排气孔23的中侧孔间，以及排气孔23的右侧孔与排气孔23的中侧孔间各设有1组砼泵送孔24，即在台车模板11长度的1/4处和3/4处各设置1组砼泵送孔24，每组砼泵送孔24中的2个砼泵送孔24间距为0.6m，砼泵送孔24用于安装直筒式混凝土泵送管2。
b、如图1、图2、图3、图4和图5所示，在台车模板11的砼泵送孔24处安装第一法兰盘22，将直筒式混凝土泵送管2伸入第一法兰盘22内，通过拧紧第一法兰盘22上的螺母15来固定直筒式混凝土泵送管2，其中，安装在每组砼泵送孔24上的两直筒式混凝土泵送管2底部均朝向中部设置，用于连接Y字形混凝土泵送管1；
在台车模板11的排气孔23处安装第二法兰盘21，将顶部包裹有密封袋13的排气管12伸入第二法兰盘21内，待排气管12顶部距防水层19至预设距离且排气管12底部位于台车模板11外时，通过拧紧第二法兰盘21上的螺母15来固定排气管12，本实施例中，排气管12顶部距防水层19的预设距离为3cm，排气管12底部与二次衬砌17底部间的距离为4.5cm，密封袋13可以防止在安装排气管12的过程中，有异物进入排气管12中，起到保护作用；
其中，砼泵送孔24与排气孔23采用的法兰盘形式不同，主要区别在于砼泵送孔24采用的法兰盘整体以及盘壁长度均大于排气孔23所采用的法兰盘.且两种法兰盘在盘壁一侧均安装有螺母15，通过拧紧螺母15来固定直筒式混凝土泵送管2与排气管12；排气管12为钢管，其直径为0.045m；
待排气管12安装到位后，将排气管12顶部的密封袋13捅破，便于后续泵送混凝土。
c、如图1、图6、图7和图8所示，两Y字形混凝土泵送管1间的中心距离为4m，Y字形混凝土泵送管1包括相连通的左杈管道1-1、右杈管道1-2和竖向管道1-3，左杈管道1-1、右杈管道1-2和竖向管道1-3的管道直径均为0.15m，其中，左杈管道1-1和右杈管道1-2设于Y字形混凝土泵送管1顶部，左杈管道1-1和右杈管道1-2间呈60°角，左杈管道1-1和右杈管道1-2的长度为0.29m，左杈管道1-1和右杈管道1-2均分别通过卡扣同每组砼泵送孔24中的2个砼泵送孔24相连接，竖向管道1-3设于Y字形混凝土泵送管1底部，竖向管道1-3的长度为0.36m，竖向管道1-3通过钢箍10同柔性管道3连接，柔性管道3同泵送台车20连接，并且利用固定装置来固定Y字形混凝土泵送管1，除便于Y字形混凝土泵送管1的安装外，还可以防止后续泵送混凝土中Y字形混凝土泵送管1发生移动，影响泵送效果；通过设置Y字形混凝土泵送管1，可以在混凝土泵送时改变了泵送混凝土方向，即通过一个分解力带着混凝土向两侧扩散，使混凝土流动更加均匀，减少拱顶混凝土脱空的发生；
具体地，将直筒式混凝土泵送管2的下部卡扣5和左杈管道1-1（右杈管道1-2）的上部卡扣4分别安装在钢套筒7的内顶部和内底部上，钢套筒7长度为0.25m，直筒式混凝土泵送管2的下部卡扣5包括上、下相对设置的第一扣件5-1和第二扣件5-2，第一扣件5-1和第二扣件5-2间设有卡扣凹槽6，并且第一扣件5-1尺寸大小要大于第二扣件尺寸5-2大小，第一扣件5-1的形状、大小均分别同钢套筒7内部的形状、大小相适配，第二扣件5-2尺寸大小小于钢套筒7尺寸大小；左杈管道1-1（右杈管道1-2）的上部卡扣4包括上、下相对设置的第三扣件4-1和第四扣件4-2，第三扣件4-1和第四扣件4-2间设有卡扣凹槽6，并且第三扣件4-1尺寸大小要大于第四扣件4-2尺寸大小，第三扣件4-1的形状、大小均分别同钢套筒7内部的形状、大小相适配，第四扣件4-2尺寸大小小于钢套筒7尺寸大小，第二扣件5-2的形状、大小均分别与第三扣件4-1的形状、大小相适配；
第二扣件5-2与第三扣件4-1相连接，并且第二扣件5-2与第三扣件4-1间设有密封套9，形成密封结构；钢套筒7内顶部的钢珠8卡设于下部卡扣5的卡扣凹槽6内，钢套筒7内底部的钢珠8卡设于上部卡扣4的卡扣凹槽6内，形成卡扣结构。
d、在检查混凝土泵送管的各连接处后，通过泵送台车20开始泵送混凝土，并观测排气管12，待泵送压力达到预设值或排气管12底部开始出浆时，说明泵送混凝土到位，不存在脱空层16，可以停止泵送混凝土，本实施例中，泵送压力为静水压力加上1.1—1.2MPa；
e、停止泵送混凝土后，对Y字形混凝土泵送管1及配套设施进行拆卸，并对排气管12底部进行截断抹平，完成二次衬砌的施工；另外，在整体施工结束后，可以通过地质雷达再次探测隧道顶部是否存在脱空现象。
虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。
Claims (7)
1.一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法，其特征在于：所述施工方法包括以下步骤：
a、在完成隧道顶部的初期支护以及防水层施工后，将台车模板安装至所述隧道顶部的指定位置，并在所述台车模板左右侧设置防水钢板；
b、在所述台车模板的砼泵送孔处安装直筒式混凝土泵送管，并通过所述台车模板的排气孔将顶部设有封闭口的排气管插入所述台车模板内，所述排气管底部露出于所述台车模板外，待所述排气管安装到位后，打开所述排气管顶部的封闭口；
c、将Y字形混凝土泵送管与所述直筒式混凝土泵送管连接，以及将连接泵送台车的柔性管道与所述Y字形混凝土泵送管连接，并对所述Y字形混凝土泵送管进行固定；
d、在检查混凝土泵送管的各连接处后，通过所述泵送台车开始泵送混凝土，并观测所述排气管，待泵送压力达到预设值或所述排气管底部开始出浆时，停止泵送混凝土；
e、停止泵送混凝土后，对所述Y字形混凝土泵送管及配套设施进行拆卸，并对所述排气管底部进行截断抹平，完成二次衬砌的施工。
2.如权利要求1所述的一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法，其特征在于：步骤b包括：
在所述台车模板的砼泵送孔处安装第一法兰盘，将所述直筒式混凝土泵送管伸入所述第一法兰盘内，通过拧紧所述第一法兰盘上的螺母来固定所述直筒式混凝土泵送管；
在所述台车模板的排气孔处安装第二法兰盘，将顶部包裹有密封袋的所述排气管伸入所述第二法兰盘内，待所述排气管顶部距所述防水层至预设距离且所述排气管底部位于所述台车模板外时，通过拧紧所述第二法兰盘上的螺母来固定所述排气管；
待所述排气管安装到位后，将所述排气管的密封袋捅破。
3.如权利要求1所述的一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法，其特征在于：步骤c包括：
将所述直筒式混凝土泵送管底部和所述Y字形混凝土泵送管顶部分别安装在钢套筒的内顶部和内底部上，所述直筒式混凝土泵送管底部与所述Y字形混凝土泵送管顶部的连接处设有密封套，形成密封结构，所述钢套筒内顶部的钢珠卡设于所述直筒式混凝土泵送管底部外壁的卡扣凹槽内，所述钢套筒内底部的钢珠卡设于所述Y字形混凝土泵送管顶部外壁的卡扣凹槽内，形成卡扣结构；
所述Y字形混凝土泵送管底部通过钢箍同所述柔性管道连接；
利用固定装置来固定所述Y字形混凝土泵送管。
4.如权利要求2所述的一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法，其特征在于：所述排气孔分别设于所述台车模板的左、中和右侧，所述砼泵送孔分别位于所述排气孔的左侧孔与所述排气孔的中侧孔间，以及所述排气孔的右侧孔与所述排气孔的中侧孔间。
5.如权利要求2所述的一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法，其特征在于：所述排气管顶部与所述防水层间的距离为2-4cm，所述排气管底部与所述二次衬砌底部间的距离为4-5cm。
6.如权利要求3所述的一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法，其特征在于：所述Y字形混凝土泵送管顶部的两管道间呈50—70°角。
7.如权利要求1所述的一种防止暗挖隧道二衬拱顶混凝土脱空的树杈式泵送施工方法，其特征在于：所述泵送压力为静水压力加上0.8—1.5MPa。
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