CN114109441B - 一种复合空腔真空张力弹性模及使用该模的快速施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合空腔真空张力弹性模及使用该模的快速施工工艺，涉及地铁隧道管片或者围岩的支护或者补强加固技术领域，解决现有针对地铁隧道管片破损和渗漏水缺陷的修复方法，主要存在修复设备较大、修复搬运耗时较多，传统的修复方法耗时较多，不能在短时间内对多处破损处进行修复，工作效率低下且成本较高等技术问题，包括软管模框、中间限位增强软管、横筋外膜、内侧联带、顶部排气管、底部固注器和弹性密封垫片；本发明一种复合空腔真空张力弹性模及使用该模的快速施工工艺具有效率高、强度高、不损坏原有支护结构、适应地下狭小空间的优点。

Description

一种复合空腔真空张力弹性模及使用该模的快速施工工艺

技术领域

本发明涉及地铁隧道管片或者围岩的支护或者补强加固技术领域，更具体的是涉及一种复合空腔真空张力弹性模及使用该模的快速施工工艺技术领域。

背景技术

地铁隧道管片是盾构机在往前挖掘的同时，在后面用预制好的管片拼装起来的一环环完整的地铁隧道混凝土内胆；这些管片是地铁隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。

通常情况下，地铁隧道管片破损情况主要有：部分管片在运输过程中出现破损情况；进场验收后至管片吊装下井拼装前破损；拼装后破损；剥落；使用过程中出现开裂等；通过对实际施工中管片破损原因的统计，总结出地铁隧道管片破损的原因主要有以下4点：一、管片厂生产成品不合格，边、角以及密封圈等关键部位有缺损，管片表面有裂纹或气泡等；二、工作人员在安装管片时操作不当,造成孔位砼崩裂，致使管片出现破损；三、盾构机在掘进时，由于在盾构机姿态的调整等因素的影响，导致管片在环面上出现受力不均或应力过于集中等复杂的受力情况，使管片局部被压碎，出现拉裂、崩角等外观缺陷；四、地铁运行过程中随着车辆荷载变化和转弯时对管片的非对称挤压，导致部分管片发生破损；另一方面，地铁隧道管片会发生渗漏水现象，且地铁隧道管片渗漏水主要发生在管片拼接缝处、管片螺栓孔处以及管片吊装孔处；经统计，管片渗漏水的主要原因有：管片本身防水性能差管片拼装错台过大，尤其是成型管片在脱出盾尾后发生较大错台变形；管片止水条粘贴不牢固；二次注浆压力过大，使管片出现开裂、变形等情况；注浆不充分，未完全封堵管片间缝隙。

目前，现有针对地铁隧道管片破损和渗漏水缺陷的修复方法，主要存在修复设备较大、修复搬运耗时较多，传统的修复方法耗时较多，不能在短时间内对多处破损处进行修复，工作效率低下且成本较高等问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种复合空腔真空张力弹性模及使用该模的快速施工工艺。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种复合空腔真空张力弹性模，包括软管模框、中间限位增强软管、横筋外膜、内侧联带、顶部排气管、底部固注器和弹性密封垫片，中间限位增强软管设置在软管模框之间，并与软管模框的较长模框平行，中间限位增强软管的端部与软管模框的较短模框连通，软管模框与地铁隧道管片或者围岩之间设置有弹性密封垫片，横筋外膜设置在软管模框远离地铁隧道管片或者围岩的一侧，并与中间限位增强软管远离地铁隧道管片或者围岩的一侧连接，中间限位增强软管与地铁隧道管片或者围岩之间设置有成型卡位器，以保持复合空腔厚度一致，内侧联带分别与软管模框靠近地铁隧道管片或者围岩的一侧、成型卡位器靠近地铁隧道管片或者围岩的一侧连接，并在复合空腔注浆时对软管模框和中间限位增强软管进行固定，防止其转动，确保复合空腔的空间尺寸满足设计要求，软管模框和中间限位增强软管的端部分别可拆卸连接有底部固注器，软管模框、中间限位增强软管、横筋外膜、底部固注器与地铁隧道管片或者围岩之间密闭连接形成复合空腔，在复合空腔注浆时对软管模框和中间限位增强软管进行固定，防止其转动，确保复合空腔的空间尺寸满足设计要求，顶部排气管与软管模框连接，且位于复合空腔的最高位。

进一步的, 软管模框的较长模框内部设置有一条抗拉软筋。

进一步的，横筋外膜由内而外依次包括碳纤维增强筋层、碳纤维增强板层、碳纤维编织布层和芳纶纤维编织布层。

进一步的，中间限位增强软管的数量至少为1根，中间限位增强软管的直径小于或者等于软管模框的较长模框的直径，以保持复合空腔厚度一致。

进一步的，成型卡位器可以替换为弹性密封垫片。

进一步的，底部固注器包括固定部、软管模框注浆管路和复合空腔注浆管路，固定部的顶部设置有软管模框注浆管路和复合空腔注浆管路，固定部的底部与道床上的轨道连接，固定部与道床上轨道连接，起到固定底部固注器的作用，防止高压注浆时复合空腔真空张力弹性模底部发生滑动，软管模框注浆管路为高压管路，连通软管模框和中间限位增强软管，软管模框的较短模框一侧开设有软管模框注浆口，软管模框注浆管路与软管模框注浆口的接口处设置有软管模框注浆接头，复合空腔注浆管路为低压管路，连通复合空腔，复合空腔的端部开设有复合空腔注浆口，复合空腔注浆管路设置有至少两个注浆出口，每个注浆出口与复合空腔注浆口之间设置有复合空腔注浆接头。

进一步的，成型卡位器呈“工”字型，成型卡位器的一端为圆弧形，连接中间限位增强软管，成型卡位器的另一端为平板状，连接地铁隧道管片或者围岩或者内侧联带，固定中间限位增强软管，防止发生转动或滑动，同时当中间限位增强软管含压外扩后保持中间限位增强软管与地铁隧道管片或围岩的距离，即成型卡位器控制中间限位增强软管的空间位置，确保复合空腔的成模效果。

进一步的，顶部排气管为“W”型，“W”型的顶部排气管位于软管模框之间的部分设置有梅花状排气孔，“W”型的顶部排气管的两端设置有出浆指示管，排气时发出声响，出浆时停止。

进一步的，顶部排气管为“U”型，“U”型的顶部排气管的顶部并列开设有排气缝和出浆缝，“U”型的顶部排气管的一端设置有出浆指示管，排气时发出声响，出浆时停止。

本发明的又一发明目的在于提供一种使用上述复合空腔真空张力弹性模的快速施工工艺，包括如下步骤：

步骤一、在地面上，将超高性能加固材料袋装干料、搅拌机、注浆泵运送到地面工作地点或地铁隧道加固工作面；

步骤二、在地面上将软管模框、中间限位增强软管抽真空，将软管模框、中间限位增强软管、横筋外膜、内侧联带、顶部排气管和弹性密封垫片组装起来形成复合空腔真空张力弹性模初步结构，将柔性复合腔体安装机和复合空腔真空张力弹性模初步结构运送到地铁隧道管片或者围岩施工地点，然后铺设从地面工作地点到地铁隧道管片或者围岩施工地点的注浆管路；

步骤三、在道床开设沟槽，利用柔性复合腔体安装机将步骤三中形成的复合空腔真空张力弹性模初步结构展开，连接底部固注器形成复合空腔真空张力弹性模整体结构；

步骤四、先连通软管模框注浆管路，利用注浆泵注入搅拌机内的超高性能加固材料此时中间限位增强软管和软管模框的较长模框外扩，直至完全紧贴并挤压地铁隧道管片或者围岩，继续注入至设计的注浆压力值，当注浆压力达到15MPa时，保压5分钟-10分钟后关闭阀门，复合空腔真空张力弹性模成型并形成复合空腔，撤掉柔性复合腔体安装机；

步骤五、向道床上开设的沟槽内灌注超高性能加固材料，将步骤四中形成的复合空腔真空张力弹性模的端部与地铁隧道管片或者围岩和道床浇筑成为一体；

步骤六、等到中间限位增强软管、软管模框内注入的超高性能加固材料和沟槽内灌注的超高性能加固材料硬化后，连通复合空腔注浆管路，利用注浆泵向复合空腔内注入搅拌机内的超高性能加固材料，直至顶部排气管排出稳定状态的超高性能加固材料，关闭复合空腔注浆管路，拆除注浆管路，等到加固材料硬化后，拆除底部固注器，完成一个地铁隧道管片或者围岩的补强结构的施工，如此重复，直至完成所有地铁隧道管片或者围岩的区域结构补强施工。

进一步的，步骤六中，超高性能加固材料的2h硬化强度≥20MPa,24h硬化强度不低于45MPa，28天强度不低于120MPa,抗折强度≥20MPa。

本发明的有益效果如下：

本发明一种复合空腔真空张力弹性模及使用该模的快速施工工艺，具有施工速度快、劳动强度低、补强结构强度高、不损坏原有支护结构、适应地下狭小空间的优点，特别适合运营中地铁或隧道管片修复，具有加固管片结构、提高围岩强度、封堵漏水区域等优点。

附图说明

图1是本发明一种复合空腔真空张力弹性模的平面结构示意图；

图2是本发明一种复合空腔真空张力弹性模的剖面结构示意图;

图3是本发明一种复合空腔真空张力弹性模中“U”型的顶部排气管的结构示意图；

图4是本发明一种复合空腔真空张力弹性模中“U”型的顶部排气管的使用示意图；

图5是本发明一种复合空腔真空张力弹性模中“W”型的顶部排气管的结构示意图；

图6是本发明一种复合空腔真空张力弹性模中底部固注器的结构示意图；

图7是本发明一种复合空腔真空张力弹性模中底部固注器的结构示意图；

图8是使用本发明复合空腔真空张力弹性模的施工过程的结构示意图；

图9是使用本发明复合空腔真空张力弹性模的施工过程的结构示意图；

图10是使用本发明复合空腔真空张力弹性模的施工完成后的结构示意图；

附图标记：10-地铁隧道管片或者围岩；11-软管模框；12-中间限位增强软管；13-横筋外膜；14-内侧联带；15-底部固注器；16-顶部排气管；17-弹性密封垫片；18-面层弹性膜；19-软管模框注浆口；20-复合内腔注浆口；21-成型卡位器；22-排气缝；23-出浆指示管；24-出浆缝；25-排气孔；26-柔性复合腔体安装机；27-复合空腔真空张力弹性模初步结构；28-道床。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

实施例1

如图1到7所示，本实施例提供复合空腔真空张力弹性模包括软管模框11、中间限位增强软管12、横筋外膜13、内侧联带14、顶部排气管16、底部固注器15和弹性密封垫片17，中间限位增强软管12设置在软管模框11之间，并与软管模框11的较长模框平行，中间限位增强软管12的端部与软管模框11的较短模框连通，软管模框11与地铁隧道管片或者围岩10之间设置有弹性密封垫片17，横筋外膜13设置在软管模框11远离地铁隧道管片或者围岩10的一侧，并与中间限位增强软管12远离地铁隧道管片或者围岩10的一侧连接，中间限位增强软管12与地铁隧道管片或者围岩10之间设置有成型卡位器21，内侧联带14分别与软管模框11靠近地铁隧道管片或者围岩10的一侧、成型卡位器21靠近地铁隧道管片或者围岩10的一侧连接，软管模框11和中间限位增强软管12的端部分别可拆卸连接有底部固注器15，软管模框11、中间限位增强软管12、横筋外膜13、底部固注器15与地铁隧道管片或者围岩10之间密闭连接形成复合空腔，在复合空腔注浆时对软管模框和中间限位增强软管进行固定，防止其转动，确保复合空腔的空间尺寸满足设计要求，顶部排气管16与软管模框11连接，且位于复合空腔的最高位。

上述中，软管模框的较长模框内部可以设置有一条抗拉软筋；中间限位增强软管12的数量至少为1根，中间限位增强软管12的直径小于或者等于软管模框11的较长模框的直径；横筋外膜13由内而外依次包括碳纤维增强筋层、碳纤维增强板层、碳纤维编织布层和芳纶纤维编织布层。

进一步的，底部固注器15包括固定部31、软管模框注浆管路29和复合空腔注浆管路30，固定部31的顶部设置有软管模框注浆管路29和复合空腔注浆管路30，固定部31的底部与道床28上的轨道连接，固定部31与道床28上轨道连接，起到固定底部固注器的作用，防止高压注浆时复合空腔真空张力弹性模底部发生滑动，软管模框注浆管路29为高压管路，连通软管模框11和中间限位增强软管12，软管模框11的较短模框一侧开设有软管模框注浆口19，软管模框注浆管路29与软管模框注浆口19的接口处设置有软管模框注浆接头32，复合空腔注浆管路30为低压管路，连通复合空腔，复合空腔的端部开设有复合空腔注浆口20，复合空腔注浆管路30设置有至少两个注浆出口，每个注浆出口与复合空腔注浆口20之间设置有复合空腔注浆接头33。

进一步的，成型卡位器21呈“工”字型，成型卡位器21的一端为圆弧形，连接中间限位增强软管12，成型卡位器21的另一端为平板状，连接地铁隧道管片或者围岩10或者内侧联带14，固定中间限位增强软管12，防止发生转动或滑动，同时当中间限位增强软管12含压外扩后保持中间限位增强软管12与地铁隧道管片或围岩10的距离，即成型卡位器21控制中间限位增强软管12的空间位置，确保复合空腔的成模效果。

进一步的，顶部排气管16为“W”型，“W”型的顶部排气管16位于软管模框11之间的部分设置有梅花状排气孔25，“W”型的顶部排气管16的两端设置有出浆指示管23，排气时发出声响，出浆时停止。

实施例2

本实施例提供本发明的另一实施方案，成型卡位器21可以替换为弹性密封垫片17。

实施例3

本实施例提供本发明的另一实施方案，顶部排气管16为“U”型，“U”型的顶部排气管（16）的顶部并列开设有排气缝22和出浆缝24，“U”型的顶部排气管16的一端设置有出浆指示管23，排气时发出声响，出浆时停止。

实施例4

如图8至图10 ，本实施例提供一种使用上述复合空腔真空张力弹性模的快速施工工艺，包括如下步骤：

步骤一、在地面上，将超高性能加固材料袋装干料、搅拌机、注浆泵运送到地面工作地点或地铁隧道加固工作面；

步骤二、在地面上将软管模框11、中间限位增强软管12抽真空，将软管模框11、中间限位增强软管12、横筋外膜13、内侧联带14、顶部排气管16和弹性密封垫片17组装起来形成复合空腔真空张力弹性模初步结构27，将柔性复合腔体安装机26和复合空腔真空张力弹性模初步结构27运送到地铁隧道管片或者围岩10的施工地点，然后铺设从地面工作地点到地铁隧道管片或者围岩10的施工地点的注浆管路；

步骤三、在道床28上开设沟槽，利用柔性复合腔体安装机26将步骤三中形成的复合空腔真空张力弹性模初步结构27展开，连接底部固注器15形成复合空腔真空张力弹性模整体结构；

步骤四、先连通软管模框注浆管路29，利用注浆泵注入搅拌机内的超高性能加固材料此时中间限位增强软管12和软管模框11的较长模框外扩，直至完全紧贴并挤压地铁隧道管片或者围岩10，继续注入至设计的注浆压力值，当注浆压力达到15MPa时，保压5分钟-10分钟后关闭阀门，复合空腔真空张力弹性模成型并形成复合空腔，撤掉柔性复合腔体安装机26；

步骤五、向道床28上开设的沟槽内灌注超高性能加固材料，将步骤四中形成的复合空腔真空张力弹性模的端部与地铁隧道管片或者围岩10和道床浇筑成为一体；

步骤六、等到中间限位增强软管12、软管模框11内注入的超高性能加固材料和沟槽内灌注的超高性能加固材料硬化后，连通复合空腔注浆管路30，利用注浆泵向复合空腔内注入搅拌机内的超高性能加固材料，直至顶部排气管16排出稳定状态的超高性能加固材料，关闭复合空腔注浆管路30，拆除注浆管路，等到加固材料硬化后，拆除底部固注器15，完成一个地铁隧道管片或者围岩的补强结构的施工，如此重复，直至完成所有地铁隧道管片或者围岩的区域结构补强施工。

上述步骤六中，超高性能加固材料的2h硬化强度≥20MPa,24h硬化强度不低于45MPa，28天强度不低于120MPa,抗折强度≥20MPa。

Claims (8)

1.一种复合空腔真空张力弹性模，其特征在于，所述复合空腔真空张力弹性模包括软管模框（11）、中间限位增强软管（12）、横筋外膜（13）、内侧联带（14）、顶部排气管（16）、底部固注器（15）和弹性密封垫片（17），所述中间限位增强软管（12）设置在所述软管模框（11）之间，并与所述软管模框（11）的较长模框平行，所述中间限位增强软管（12）的端部与所述软管模框（11）的较短模框连通，所述软管模框（11）与地铁隧道管片或者围岩（10）之间设置有所述弹性密封垫片（17），所述横筋外膜（13）设置在所述软管模框（11）远离地铁隧道管片或者围岩（10）的一侧，并与所述中间限位增强软管（12）远离地铁隧道管片或者围岩（10）的一侧连接，所述中间限位增强软管（12）与地铁隧道管片或者围岩（10）之间设置有成型卡位器（21），所述内侧联带（14）分别与所述软管模框（11）靠近地铁隧道管片或者围岩（10）的一侧、所述成型卡位器（21）靠近地铁隧道管片或者围岩（10）的一侧连接，所述软管模框（11）和中间限位增强软管（12）的端部分别可拆卸连接有所述底部固注器（15），所述软管模框（11）、中间限位增强软管（12）、横筋外膜（13）、底部固注器（15）与地铁隧道管片或者围岩（10）之间密闭连接形成复合空腔，所述顶部排气管（16）与所述软管模框（11）连接，且位于复合空腔的最高位；

所述中间限位增强软管（12）的数量至少为1根，所述中间限位增强软管（12）的直径小于或者等于软管模框（11）的较长模框的直径；

所述底部固注器（15）包括固定部（31）、软管模框注浆管路（29）和复合空腔注浆管路（30），所述固定部（31）的顶部设置有所述软管模框注浆管路（29）和复合空腔注浆管路（30），所述固定部（31）的底部与道床（28）上的轨道连接，所述软管模框注浆管路（29）为高压管路，连通软管模框（11）和中间限位增强软管（12），所述软管模框（11）的较短模框一侧开设有软管模框注浆口（19），所述软管模框注浆管路（29）与所述软管模框注浆口（19）的接口处设置有软管模框注浆接头（32），所述复合空腔注浆管路（30）为低压管路，连通复合空腔，复合空腔的端部开设有复合空腔注浆口（20），所述复合空腔注浆管路（30）设置有至少两个注浆出口，每个所述注浆出口与所述复合空腔注浆口（20）之间设置有复合空腔注浆接头（33）。

2.根据权利要求1所述的一种复合空腔真空张力弹性模，其特征在于，所述横筋外膜（13）由内而外依次包括碳纤维增强筋层、碳纤维增强板层、碳纤维编织布层和芳纶纤维编织布层。

3.根据权利要求1所述的一种复合空腔真空张力弹性模，其特征在于，所述成型卡位器（21）替换为弹性密封垫片（17）。

4.根据权利要求1所述的一种复合空腔真空张力弹性模，其特征在于，所述成型卡位器（21）呈“工”字型，所述成型卡位器（21）的一端为圆弧形，连接中间限位增强软管（12），所述成型卡位器（21）的另一端为平板状，连接地铁隧道管片或者围岩（10）或者内侧联带（14）。

5.根据权利要求1所述的一种复合空腔真空张力弹性模，其特征在于，所述顶部排气管（16）为“W”型，“W”型的所述顶部排气管（16）位于软管模框（11）之间的部分设置有梅花状排气孔（25），“W”型的所述顶部排气管（16）的两端设置有出浆指示管（23）。

6.根据权利要求1所述的一种复合空腔真空张力弹性模，其特征在于，所述顶部排气管（16）为“U”型，“U”型的所述顶部排气管（16）的顶部并列开设有排气缝（22）和出浆缝（24），“U”型的所述顶部排气管（16）的一端设置有出浆指示管（23）。

7.一种使用权利要求1~6中任一项所述的复合空腔真空张力弹性模的快速施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在地面上，将超高性能加固材料袋装干料、搅拌机、注浆泵运送到地面工作地点或地铁隧道加固工作面；

步骤二、在地面上将软管模框（11）、中间限位增强软管（12）抽真空，将软管模框（11）、中间限位增强软管（12）、横筋外膜（13）、内侧联带（14）、顶部排气管（16）和弹性密封垫片（17）组装起来形成复合空腔真空张力弹性模初步结构（27），将柔性复合腔体安装机（26）和复合空腔真空张力弹性模初步结构（27）运送到地铁隧道管片或者围岩（10）的施工地点，然后铺设从地面工作地点到地铁隧道管片或者围岩（10）的施工地点的注浆管路；

步骤三、在道床（28）上开设沟槽，利用柔性复合腔体安装机（26）将步骤三中形成的复合空腔真空张力弹性模初步结构（27）展开，连接底部固注器（15）形成复合空腔真空张力弹性模整体结构；

步骤四、先连通软管模框注浆管路（29），利用注浆泵注入搅拌机内的超高性能加固材料此时中间限位增强软管（12）和软管模框（11）的较长模框外扩，直至完全紧贴并挤压地铁隧道管片或者围岩（10），继续注入至设计的注浆压力值，当注浆压力达到15MPa时，保压5分钟-10分钟后关闭阀门，复合空腔真空张力弹性模成型并形成复合空腔，撤掉柔性复合腔体安装机（26）；

步骤五、向道床（28）上开设的沟槽内灌注超高性能加固材料，将步骤四中形成的复合空腔真空张力弹性模的端部与地铁隧道管片或者围岩（10）和道床浇筑成为一体；

步骤六、等到中间限位增强软管（12）、软管模框（11）内注入的超高性能加固材料和沟槽内灌注的超高性能加固材料硬化后，连通复合空腔注浆管路（30），利用注浆泵向复合空腔内注入搅拌机内的超高性能加固材料，直至顶部排气管（16）排出稳定状态的超高性能加固材料，关闭复合空腔注浆管路（30），拆除注浆管路，等到加固材料硬化后，拆除底部固注器（15），完成一个地铁隧道管片或者围岩的补强结构的施工，如此重复，直至完成所有地铁隧道管片或者围岩的区域结构补强施工。

8.根据权利要求7所述的复合空腔真空张力弹性模的快速施工工艺，其特征在于，步骤六中，所述超高性能加固材料的2h硬化强度≥20MPa,24h硬化强度不低于45MPa，28天强度不低于120MPa,抗折强度≥20MPa。