CN116517588B - 隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法及其防脱空装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及隧道拱顶施工领域，尤其是涉及一种隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法及其防脱空装置，包括以下施工步骤，S1、拱顶钢模上预埋排气管→S2、端头模板顶端预开设溢浆洞口→S3、将附着式振捣装置安装在钢模内侧→S4、隧道衬砌拱顶防脱空装置安装→S5、浇筑二次衬砌→S6、定性判断是否存在脱空区→S7、定量判断是否存在脱空区→S8、实时处理脱空区。通过隧道衬砌拱顶防脱空装置的设置，可有效地实现隧道衬砌内脱空现象的定性分析。通过上述施工步骤，能够更好地判断二衬中的混凝土是否已经浇筑满了，其可靠性更高。本申请具有减小隧道衬砌拱顶混凝土浇筑过程中产生空洞的情况，进而减小后期处理空洞的工作量，提高了隧道施工效率的效果。

Description

隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法及其防脱空装置

技术领域

本申请涉及隧道拱顶施工领域，尤其是涉及一种隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法及其防脱空装置。

背景技术

随着社会经济的发展以及工程设计水平的提高，在交通、水利、国防等领域中，隧道的建筑结构形式已经被广泛的采用，隧道工程在开挖后会建造支护，支护指工程开挖后用以稳定建筑架构及保障施工安全而采取的支持、加强或被覆围岩的构件。支护一般采用混凝土浇筑而成，以避免隧道坍塌。为提高隧道的稳定性，会在支护的基础上浇筑二衬混凝土。二衬混凝土在浇筑过程中常常受到人为因素、技术因素、混凝土干缩、徐变等因素的影响，在衬砌拱顶与支护之间形成空隙。这种空隙会改变衬砌的受力结构，减弱其支护强度，造成衬砌浇筑质量问题。

隧道二衬浇筑的过程中，一来会出现混凝土浇筑过满，导致二衬台车支撑不足出现整体倒塌的情况发生；二来由于难以实时监控导致混凝土浇筑的过程中看不清二衬模板内混凝土浇筑的情况，从而导致混凝土浇筑不满，出现脱空的情况。目前，国内隧道二衬混凝土浇筑过程中普遍缺乏有效的监控手段，现今隧道拱顶混凝土浇筑密实情况检查有两种方式：一是人工在二衬台车端头拱顶处肉眼观察，二是在二衬台车拱顶预留竖向钢管检查混凝土冲顶情况。

上述方法需要现场施工人员实时观察，需要根据二衬厚度加工对应长度的无缝钢管，耗时耗力耗费材料，且施工人员难以在混凝土浇筑时了解注浆的实际情况，难以获知衬砌中的空洞情况，从而增加了后期处理空洞的工作量，降低了隧道整体的施工效率。

发明内容

为了减小隧道衬砌拱顶混凝土浇筑过程中产生空洞的情况，进而减小后期处理空洞的工作量，提高隧道整体的施工效率，本申请提供一种隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法及其防脱空装置。

第一方面，本申请提供一种隧道衬砌拱顶防脱空装置，采用如下技术方案：

一种隧道衬砌拱顶防脱空装置，包括三维压力传感器、第一控制部件、电磁波传感器、第二控制部件、实时监控部件以及传动组件，所述三维压力传感器用于安装在排气管位于隧道钢模内的一端，隧道钢模上固定连接有控制座，所述第一控制部件转动连接在所述控制座靠近隧道围岩的一端，所述第二控制部件转动连接在控制座靠近隧道钢模的一端，所述电磁波传感器用于安装在溢浆洞口位于端头模板顶部外的一端，三维压力传感器与第一控制部件蓝牙连接，电磁波传感器与第二控制部件蓝牙连接，三维压力传感器与电磁波传感器均与实时监控部件蓝牙连接，所述传动组件由隧道拱顶衬砌内的混凝土浆液驱动，所述传动组件用于开启第一控制部件与第二控制部件。

通过采用上述技术方案，将隧道衬砌拱顶防脱空装置安装好，即可实现对隧道衬砌拱顶部位进行定量检测，当需要进行定量检测时，传动组件会根据隧道二衬浇筑的情况来控制第一控制部件和第二控制，有效地避免了相关技术中从一开始就要对隧道衬砌进行定量检测，有效地节省了人工材料的成本，同时将第一控制部件、第二控制部件、三维压力传感器、电磁波传感器以及实时监控部件均使用蓝牙连接的方式，有效地避免了线路被破坏导致检测装置失效的可能性。同时，由于传动组件的设置，施工现场施工人员不需要实时盯着衬砌浇筑情况来判断是否需要进行定量检测，传动组件会根据混凝土的浇筑量来控制第一控制部件与第二控制部件来对隧道衬砌进行实时检测。现场施工人员能够更为精确地把握混凝土的浇筑量与浇筑速度，其一有效地避免了相关技术中混凝土浇筑过满导致二衬台车支撑不足出现整体性倒塌的情况发生，其二定量检测与相关技术中依靠现场施工人员肉眼去观察相比较大大地减少了隧道衬砌出现脱空的可能性，进而减小后期处理空洞的工作量，提高隧道整体的施工效率。

可选的，所述传动组件包括定位杆、滑动块、杠杆、第一囊体以及第二囊体，所述定位杆固定连接在隧道钢模上，定位杆的另一端抵接在隧道的内衬上，所述滑动块滑动连接在定位杆上，定位杆上还固定连接有限位块，所述限位块用于限制滑动块的滑动，所述杠杆转动连接在滑动块上，杠杆的一端为长臂端，杠杆的另一端为短臂端，所述短臂端远离滑动块的一端固定连接有控制杆，所述控制杆依次抵触第一控制部件和第二控制部件，所述第一囊体套设在所述长臂端远离滑动块的一端，所述第二囊体套设在定位杆靠近隧道内衬的一端，第二囊体位于隧道内衬与滑动块之间，第一囊体与第二囊体内的气体相互流通。

通过采用上述技术方案，将传动组件设置成定位杆、滑动杆、杠杆、第一囊体以及第二囊体的组合，使得在隧道衬砌混凝土浇筑的过程中，随着混凝土浆液的液面的上升，其对第一囊体的浮力会推动第一囊体向上运动，在杠杆的作用下，杠杆短臂端上的控制器会依次启动第一控制部件和第二控制部件，从而依次启动三维压力传感器和电磁波传感器，且杠杆对于第一囊体而言属于省力杠杆，使得长臂端的行程路径是远大于短臂端的行程路径的，且不需要太大浮力杠杆就能够进行转动，本申请对第一控制部件、第二控制部件的启动时间的把握更加合理，逻辑性更强，能够有效地提升隧道衬砌的施工效率。

可选的，隧道内衬上固定连接有钢钉，所述钢钉用于戳破第一囊体。

通过采用上述技术方案，杠杆在处于水平状态后，第一囊体会被钢钉刺破，从而使得第一囊体漏气、由于第一囊体和第二囊体连通，使得第二囊体也漏气，此时滑动杆能够被混凝土浆液向着隧道围岩的方向推动，从而有效地减小了传动组件本身造成隧道衬砌内部产生空洞的可能性。

可选的，所述杠杆的两个端部均固定连接有磁性件，隧道内衬上还固定连接有磁铁，所述磁性件与所述磁铁相互吸引。

通过采用上述技术方案，磁铁与磁铁块的设置，使得当第一囊体被刺破后，杠杆能够快速被吸附至隧道内衬上，进一步地减小了杠杆本身造成隧道二衬内部出现空洞的可能性。

第二方面，本申请还提供一种应用于本申请隧道衬砌拱顶防脱空装置的隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法，采用如下的技术方案：

隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法，包括以下步骤：

S1、拱顶钢模上预埋排气管；

S2、端头模板顶端预开设溢浆洞口；

S3、将附着式振捣装置安装在钢模内侧；

S4、隧道衬砌拱顶防脱空装置安装；

S5、浇筑二次衬砌；

S6、定性判断是否存在脱空区；

S7、定量判断是否存在脱空区；

S8、实时处理脱空区。

通过采用上述技术方案，现场施工人员只需要根据以下施工步骤来进行施工：S1、在拱顶钢模上预先埋设排气管，排气管的位置可以均匀布置，也可以根据现场实际情况间隔布置；S2、在端头模板顶端处预先开设溢浆洞口，溢浆洞口不宜开设过多，进而减小溢浆洞口对端头模板的端头效果的影响；S3、将附着式振捣装置安装在钢模内侧；S4、将三维压力传感器安装排气管内侧，同时将第一控制部件与三维压力传感器连接，将电磁波传感器安装在溢浆洞口的外侧，将预装好的传动组件焊接在钢模板靠近围岩的拱顶一侧；S5、前面的步骤操作完毕后，对隧道二衬进行混凝土浇筑；S6、浇筑的过程中，当混凝土快要填充满拱顶时，现场施工人员通过排气管和溢浆洞口进行观察，定性判断是否存在脱空混凝土浇筑满了没有；S7、当定性判断完混凝土浇筑满了之后，通过传动组件启动第一控制部件和第第二控制部件，对衬砌内的混凝土定量判断是否存在脱空区；S8、对需要实时处理的脱空区域使用振捣装置进行振捣和混凝土泵送。

上述施工步骤，使得在对隧道二衬拱顶进行混凝土浇筑的过程中，即可实现定性监控，也可实现定量监控，当排气管中有混凝土浆液溢出时则可以定性地判断混凝土在衬砌中间部位已经满了，此时现场施工人员继续浇筑混凝土，传动组件会打开第一控制部件，启动三维压力传感器对衬砌内的混凝土压力进行监控，当通过实时监控部件看到衬砌内的混凝土脱空值不满足要求时，则需要实时对脱空区进行振捣再泵送，处理完后通过实时监控部件查看，如果脱空值依旧不满足要求，则需要再次对脱空区进行处理直至脱空值满足设计要求，从而使得隧道衬砌中间部位的混凝土能够很好地填充密实，减小脱空区的数量。当溢浆洞口中有混凝土浆液溢出时则可以定性地判断混凝土在端头部位已经填充满了，此时在传动组件的作用下第二控制部件被打开，启动电磁波传感器对衬砌内的混凝土进行电磁波监控，当通过实时监控部件看到衬砌内的混凝土脱空值不满足要求时，则需要实时对脱空区进行振捣再泵送，处理完后通过实时监控部件查看，如果脱空值依旧不满足要求，则需要再次对脱空区进行处理直至脱空值满足设计要求，从而使得隧道衬砌端头部位的混凝土能够很好地填充密实，减小脱空区的数量。本申请有效地减小了隧道衬砌拱顶混凝土浇筑过程中产生空洞的情况，进而减小后期处理空洞的工作量，提高隧道施工效率。

可选的，所述步骤S1之前还设置有步骤S0、施工准备阶段，所述S0中需先对隧道初支断面进行检测，除基础测量和检测外，还需对初支断面进行处理，对不平整的部位做预处理，并标定预处理过的初支断面的坐标。

通过采用上述技术方案，施工前准备阶段就对隧道初支断面不平整的部位做预处理，并标定预处理过的初支断面，从而使得施工人员能够预先估计待施工断面哪些地方较为容易出现脱空的可能性，从而加强对该部位的监控，减小重点部位出现脱空现象的可能性。

可选的，所述S3中附着式振捣装置每40cm-50cm设置一个。

通过采用上述技术方案，将附着式振捣装置每间隔40cm-50cm设置一个，使得附着式振捣装置能够最大限度地辐射到更大的区域，且相邻的附着式振捣装置不至于相互影响。

可选的，所述S6包括：

S61、用于所述隧道衬砌中部的混凝土脱空定性分析，所述S61为，当所述排气管中有混凝土溢出时，即可定性判断混凝土浇筑充实；

S62、用于所述隧道衬砌端头顶部的混凝土脱空的定性分析，所述S62为，当所述溢浆洞口有混凝土溢出时，即可定性判断混凝土浇筑充实。

通过采用上述技术方案，当混凝土快要填充满隧道衬砌时，现场施工人员通过S61来定性判断隧道衬砌中部的混凝土是否充满衬砌，当排气管中有混凝土溢出时，即可定性判断衬砌中部混凝土已浇筑充实；通过S62来定性判断隧道衬砌顶部的混凝土是否充满衬砌，当溢浆洞口中有混凝土溢出时，即可定性判断衬砌端头顶部混凝土已浇筑充实。

可选的，所述S7包括：

S71、用于所述隧道衬砌中部的混凝土脱空定量分析，所述S71为传动组件启动第一控制部件，三维压力传感器定量检测衬砌内中部混凝土的脱空值；

S72、用于所述隧道衬砌端头顶部的混凝土脱空的定性分析，所述S72为传动组件启动第二控制部件，电磁波传感器定量检测衬砌顶部混凝土的脱空值。

通过采用上述技术方案，当S6中定性分析隧道衬砌中混凝土填充满，即可对隧道中混凝土脱空值进行定量检测，现场工作人员通过S71来定量检测隧道衬砌中间部位的脱空值，随着混凝土的继续浇筑传动组件启动第一控制部件，通过三维压力传感器来定量检测衬砌中间部分混凝土的脱空值；通过S72来定量检测隧道衬砌顶部的脱空值，随着混凝土的继续浇筑传动组件启动第二控制部件，通过电磁波传感器来监测衬砌顶部混凝土的脱空值。

可选的，所述S8包括：

S81、继续泵送混凝土；

S82、启动所述附着式振捣装置，振捣完毕后再次泵送混凝土。

通过采用上述技术方案，当S6中定性判断衬砌内的混凝土存在脱空区，则进入步骤S81，继续泵送混凝土，当S7中定量判断衬砌内的混凝土存在脱空区，则进入步骤S71，启动附着式振捣装置，振捣完毕后再次泵送混凝土，通过以上步骤，有效地减小了衬砌内混凝土浇筑过程中产生脱空区的可能性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.隧道衬砌拱顶防脱空装置的设置，使得隧道衬砌浇筑的过程中，不再是相关技术中的主要依靠现场施工人员进行定性分析衬砌内的混凝土是否浇筑满，导致难以对衬砌内的脱空情况进行了解，隧道衬砌拱顶防脱空装置有效地将隧道衬砌浇筑过程中定性分析和定量分析结合了起来，进而有效地减小了隧道衬砌产生空洞的可能性，减小了后期处理空洞的工作量，提高隧道施工效率。

2.通过传动组件的设置，使得在对隧道进行定量检测时，只需要借用混凝土浆液对第一囊体的浮力，即可有效地依次分步对隧道衬砌拱顶的脱空情况进行定量和定性分析，整个过程相较于相关技术中通过人工控制进行定量分析而言，本申请对第一控制部件、第二控制部件的启动时间的把握更加合理，逻辑性更强，能够有效地提升隧道衬砌的施工效率，同时节省了大量的人工成本。

3.通过S1→S2→S3→S4→S5→S6→S7→S8这8个步骤的施工，对整个施工过程实际上是对隧道衬砌浇筑进行了定性判断和定量判断，在隧道衬砌混凝土浇筑的过程中，现场施工人员对混凝土是否浇筑满进行定性判断，当定性判断混凝土浇筑满之后，现场施工人员继续浇筑混凝土，通过传动组件第一控制部件和第二控制部件被依次启动，从而使得三维压力传感器和电磁波传感器对隧道衬砌混凝土的脱空值进行判断，进而能够更为精确地对隧道内的脱空区进行判断是否需要实时处理，施工步骤简单、施工过程操作方便，从而一定程度上减小隧道衬砌拱顶混凝土浇筑过程中产生空洞的情况，进而减小后期处理空洞的工作量，提高隧道施工效率。

附图说明

图1是本申请实施例隧道衬砌拱顶防脱空装置安装成功后的整体结构示意图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是图2中A区域的放大图。

图4是本申请实施例隧道衬砌拱顶防脱空装置安装成功后隐藏了隧道内衬的整体结构示意图

图5是图5中B区域的放大图。

图6是本申请实施例隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法的整体施工流程图。

需要说明的是，为了附图表示更清楚、本申请的钢模台车未做显示、本申请的端头模板只显示拱顶处端头模板。

附图标记说明：

1、三维压力传感器；2、第一控制部件；3、电磁波传感器；4、第二控制部件；5、实时监控部件；6、传动组件；61、定位杆；62、滑动块；63、杠杆；64、第一囊体；65、第二囊体；7、排气管；8、钢模；9、溢浆洞口；10、端头模板； 11、控制座；12、限位块；13、控制杆；14、钢钉；15、磁性件；16、磁铁；17、附着式振捣装置；18、内衬。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法及其防脱空装置。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、 “纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，本申请实施例中，为了便于理解，隧道端头模板只展示拱顶处，其他地方端头模板在实际工程中是存在的，只是本申请实施例中不做展示。此外隧道衬砌浇筑过程中通常都会依靠隧道钢模8来作为模板支撑，也即隧道钢模8为本领域在隧道衬砌浇筑过程中的常规手段。同时隧道围岩主要是指未开挖的围岩，在本申请实施例附图1中，隧道围岩位于隧道内衬18远离隧道钢模8的一端。

第一方面，本申请实施例提供一种隧道衬砌拱顶防脱空装置：

参照图1，在本申请实施例中，隧道拱顶钢模8上穿设有一排排气管7、隧道端头模板10顶端开设有溢浆洞口9，同时排气管7与溢浆洞口9均需要根据隧道的设计来进行布置。另外需要注意的是，本申请实施例中排气管7穿设在钢模8的位置在实际的工程中是的标高要低于溢浆洞口9的标高的。

参照图2和图3，隧道衬砌拱顶防脱空装置包括三维压力传感器1、第一控制部件2、电磁波传感器3、第二控制部件4、实时监控部件5以及传动组件6，三维压力传感器1固定连接在排气管7位于隧道钢模8内的一端，隧道钢模8上固定连接有控制座11，第一控制部件2转动连接在控制座11靠近隧道围岩的一端，第二控制部件4转动连接在控制座11靠近隧道钢模8的一端，电磁波传感器3可拆卸连接在溢浆洞口9位于端头模板10顶部外的一端，三维压力传感器1与第一控制部件2蓝牙连接，电磁波传感器3与第二控制部件4蓝牙连接，三维压力传感器1与电磁波传感器3均与实时监控部件5蓝牙连接，传动组件6由隧道拱顶衬砌内的混凝土浆液驱动，传动组件6用于开启第一控制部件2与第二控制部件4。

需要注意的是，对于第一控制部件2和第二控制部件4，本申请实施例中，属于单向开关，只有当第一控制部件2向着隧道钢模8的方向转动时，第一控制部件2会被打开，当第二控制部件4向着隧道钢模8的方向转动时，第二控制部件4会被打开。同时第一控制部件2和第二控制部件4是不会受到混凝土浇筑过程中混凝土浇筑时逐渐上浮的影响而导致被关闭或是损坏。

本申请实施例中，实时监控部件5置于隧道的仰拱处，在其他实施例中，实时监控部件5也可以设置成便携式的以便现场施工人员使用。

参照图2和图3，三维压力传感器1可拆卸连接在排气管7位于钢模8内的一端，本申请实施例中采取的可拆卸的方式为转动螺纹连接，在排气管7的顶部开设一圈螺纹，在三维压力传感器1的底座套设螺纹环，使得三维压力传感器1能够连接在排气管7的端部的同时也不会阻挡到排气管7进行排气，一定程度上也确保了三维压力传感器1对隧道衬砌中间部位脱空值的精确测量。

参照图4和图5，电磁波传感器3可拆卸连接在溢浆洞口9位于端头模板10顶部的外侧位置，本申请实施例中采取的可拆卸的方式为卡接，将电磁波传感器3卡接在溢浆洞口9的外侧，因为电磁波传感器3不需要直接和混凝土接触即可测量出衬砌内混凝土的脱空值，一定程度上确保了电磁波传感器3对隧道衬砌端头部位脱空值的精确测量。

将隧道衬砌拱顶防脱空装置安装好，即可实现对隧道衬砌拱顶部位进行定量检测，当需要进行定量检测时，传动组件6会根据隧道二衬浇筑的情况来控制第一控制部件2和第二控制部件4，有效地减小了相关技术中从一开始就要对隧道衬砌进行定量检测，有效地节省了人工材料的成本，同时将第一控制部件2、第二控制部件4、三维压力传感器1、电磁波传感器3以及实时监控部件5均使用蓝牙连接的方式，有效地避免了线路被破坏导致检测装置失效的可能性。

同时，由于传动组件6的设置，施工现场施工人员不需要实时盯着衬砌浇筑情况来判断是否需要进行定量检测，传动组件6会根据混凝土的浇筑量来控制第一控制部件2与第二控制部件4来对隧道衬砌进行实时检测。现场施工人员能够更为精确地把握混凝土的浇筑量与浇筑速度。

其一有效地减小了相关技术中混凝土浇筑过满导致二衬台车支撑不足出现整体性倒塌的情况发生；其二定量检测与相关技术中依靠现场施工人员肉眼去观察相比较大大地减少了隧道衬砌出现脱空的可能性，进而减小了后期处理空洞的工作量，提高了隧道整体的施工效率。

参照图5，传动组件6包括定位杆61、滑动块62、杠杆63、第一囊体64以及第二囊体65，定位杆61固定连接在隧道钢模8上，定位杆61的另一端抵接在隧道的内衬18上，滑动块62滑动连接在定位杆61上，定位杆61上还固定连接有限位块12，限位块12用于限制滑动块62的滑动，杠杆63转动连接在滑动块62上，杠杆63的一端为长臂端，杠杆63的另一端为短臂端，短臂端远离滑动块62的一端固定连接有控制杆13，控制杆13依次抵触第一控制部件2和第二控制部件4，第一囊体64套设在所述长臂端远离滑动块62的一端，第二囊体65套设在定位杆61靠近隧道内衬18的一端，第二囊体65位于隧道内衬18与滑动块62之间，第一囊体64与第二囊体65内的气体相互流通。

定位杆61与杠杆63的设置是根据隧道衬砌的尺寸来确定的，需要预先制作，定位杆61在本申请实施例中主要作用有两个，其一是可以辅助隧道钢模8的安装与定位，隧道衬砌的厚度即为定位杆61的长度，其二是作为杠杆63支座，也即滑动块62的支撑，使得滑动块62不会随意移动，保证了杠杆63的工作稳定性。

同时第一囊体64和第二囊体65是通过连通管进行连通的，需要注意的是本申请实施例中为了便于表达，因此不对连通管进行展示。

隧道衬砌混凝土浇筑的过程中，随着混凝土浆液的液面的上升，其对第一囊体64的浮力会推动第一囊体64向上运动，在杠杆63的作用下，杠杆63短臂端上的控制器会依次启动第一控制部件2和第二控制部件4，从而依次启动三维压力传感器1和电磁波传感器3，且杠杆63对于第一囊体64而言属于省力杠杆63，使得长臂端的行程路径是远大于短臂端的行程路径的，且不需要太大浮力杠杆63就能够进行转动，与相关技术相比较本申请对第一控制部件2、第二控制部件4的启动时间的把握更加合理，不需要现场施工人员对第一控制部件2、第二控制部件4进行控制，逻辑性更强，能够有效地提升隧道衬砌的施工效率。

参照图4和图5，在隧道内衬18上固定连接有钢钉14，杠杆63的两个端部均固定连接有磁性件15，隧道内衬18上还固定连接有磁铁16，磁性件15与所述磁铁16相互吸引。本申请实施例中钢钉14、磁性件15以及磁铁16的设置都是在安装钢模8前就需要预先安装好，由于杠杆63的长臂端先是处于倾斜状态，随着混凝土浇筑的不断进行，第一囊体64会被抬高，杠杆63也趋于平衡，杠杆63平衡时整个混凝土浇筑过程也趋于尾声，前期在浇筑过程中出现脱空值不符合要求的情况也被实时处理了；当杠杆63完全处于平衡状态时，第一囊体64会被戳破，里面的气体会被放出，接着第二囊体65也会漏气，不再对滑动块62有阻挡作用，此时继续浇筑混凝土，混凝土浆液会将整个杠杆63向上抬升，同时由于磁铁16与磁性件15的作用，使得杠杆63带动着滑动块62迅速向着隧道内衬18贴合，进而使得杠杆63本身不会造成隧道衬砌内混凝土产生空洞。

第二方面，本申请还提供一种应用于本申请一种隧道衬砌拱顶防脱空装置的拱顶防脱空施工方法。

参照图1-6，隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法包括以下施工步骤：S0、施工准备阶段→S1、拱顶钢模8上预埋排气管7→S2、端头模板10顶端预开设溢浆洞口9→S3、将附着式振捣装置17安装在钢模8内侧→S4、安装三维压力传感器1、电磁波传感器3、第一控制部件2、第二控制部件4以及实时监控部件5→S5、浇筑二次衬砌→S6、定性判断是否存在脱空区→S7、定量判断是否存在脱空区→S8、实时处理脱空区→S9、完成施工。

通过上述施工步骤，现场施工人员能够根据明晰的操作流程来对隧道二衬混凝土浇筑施工，且通过S6、S7、S8的操作，使得本施工方法对隧道衬砌防脱空实现了定性判断和定量判断以及实时处理脱空区的功能，定性判断通过S1中的排气管7和S2中的溢浆洞口9来实现，定量判断通过S4中的三维压力传感器1、电磁波传感器3、第一控制部件2、第二控制部件4以及实时监控部件5来实现，实时处理脱空区通过S6、S7中的判断来决定如何进行处理，本申请能够更好地判断二衬中的混凝土是否已经浇筑满了，与相关技术相比较，其可靠性更高，一定程度上达到了减小隧道衬砌拱顶混凝土浇筑过程中产生空洞的情况，进而减小后期处理空洞的工作量，提高了隧道施工效率。

S0中，施工准备阶段除了根据设计图纸做好施工前的人、材、机、管、料的准备工作之外，还需要先对待施工的隧道初支断面进行检测，除去基本的测量之外，还需要对初支断面进行处理，由于不平整的初支断面更容易产生脱空区，因此对于平整度不合格的初支断面，需要预先进行预处理，同时对不平整的初支断面进行标定作为重点监测区域。

S1中，拱顶钢模8上预埋的排气管7与钢模8固定连接，其布置的方向沿着隧道进深的方向，排气管7可以均匀布置也可以间隔布置，排气管7作为隧道衬砌中间部位混凝土是否填充满定性判断的设置，当排气管7口处有混凝土浆液溢出的时候，则可以定性判断隧道拱顶中间部位的混凝土已经填充满了。

S2中，在隧道二衬端头模板10顶端上开设少量的溢浆洞口9，溢浆洞口9位于隧道二衬端头面板的顶部，溢浆洞口9作为隧道衬砌端头部位混凝土是否填充满定性判断的设置，当溢浆洞口9处有混凝土浆液溢出的时候，则可进定性判断隧道拱顶端头处混凝土已经填充满了。

S1与S2中，将预先制作好的传动组件6安装在隧道钢模8上，同时将位于隧道内衬18的磁铁16和钢钉14预先安装好。

S3中，将附着式振捣装置17安装好，安装时需要注意的是，附着式振捣装置17是附着在隧道钢模8内部的，且拆卸时能够和钢模8一起拆下，本申请实施例中附着式振捣装置17每40cm-50cm设置一个，根据实际工程经验，将附着式振捣装置17间隔40cm-50cm设置一个时，附着式振捣装置17的振捣效果是最好的，且相邻的附着式振捣装置17不会相互产生干涉。

S3与S4之间，安装隧道钢模8时，现场施工人员发现定位杆61抵接在隧道内衬18时，即可停止安装，因为定位杆61的高度和隧道衬砌的厚度是一致的。

S4中，在排气管7位于钢模8内的一端可拆卸连接有三维压力传感器1，本申请实施例中采取的可拆卸的方式为转动螺纹连接，在排气管7的顶部开设一圈螺纹，在三维压力传感器1的底座套设螺纹环，使得三维压力传感器1能够连接在排气管7的端部的同时也不会阻挡到排气管7溢浆，一定程度上也确保了三维压力传感器1对隧道衬砌中间部位脱空值的精确测量。

S4中，在溢浆洞口9位于端头模板10顶部的外侧位置可拆卸连接有电磁波传感器3，本申请实施例中采取的可拆卸的方式为卡接，将电磁波传感器3卡接在溢浆洞头的外侧，因为电磁波传感器3不需要直接和混凝土接触即可测量出衬砌内混凝土的脱空值，一定程度上确保了电磁波传感器3对隧道衬砌端头部位脱空值的精确测量。

S4中，在钢模8上，定位杆61的一旁固定连接有控制座11，第一控制部件2的开关转动连接在控制座11上，第二控制部件4转动连接在控制座11上且位于第一控制部件2的下方，第一控制部件2和三维压力传感器1蓝牙连接，第二控制部件4和电磁波传感器3蓝牙连接，三维压力传感器1与电磁波传感器3均与实时监控部件5蓝牙连接。

S5中，当S0-S4的工作均准备完毕，现场施工人员即可进行二衬的浇筑，二次衬砌浇筑的过程中，施工人员不需要时刻紧盯浇筑过程，只需在隧道衬砌快要浇筑满时观察排气管7和溢浆洞口9的变化即可，一定程度上缩短了现场施工人员的工作时间，节省了人工成本，提高了施工效率。需要注意的时，当衬砌内混凝土快要浇筑满时，混凝土的泵送速率应该减小，从而有效避免混凝土浇筑过量导致隧道衬砌整体发生垮塌的可能性。

参照图6，S6中，S6包括S61和S62，S61用于对隧道衬砌中部混凝土是否浇筑满进行定性检测，S62用于对隧道衬砌端头顶部混凝土是否浇筑满进行定性检测。S61为当排气管7中有混凝土溢出时，则现场施工人员可定性地判断混凝土浇筑充实，S62为当溢浆洞口9中有混凝土溢出时，则现场施工人员可定性判断混凝土浇筑充实。当衬砌内混凝土浇筑至一定量时，现场施工人员可以紧盯排气管7和溢浆洞口9，来进行S61和S62步骤的定性判断。

参照图6，S7中，S7包括S71和S72，S71用于对隧道衬砌中部的混凝土脱空值进行定量检测，S72用于对隧道衬砌端头顶部进行定量检测。S71为通过传动组件6启动第一控制部件2，利用三维压力传感器1定量检测隧道衬砌内中部混凝土的脱空值，S72为通过传动组件6启动第二控制部件4，利用电磁波传感器3定量检测隧道衬砌顶部混凝土的脱空值。

参照图6，S8中，S8包括S81和S82，S81为继续泵送混凝土，S82为启动附着式振捣装置17，振捣完毕后再次泵送混凝土，S81主要用于定性检测后的脱空区的实时处理，S82主要用于定量检测后的脱空区的实时处理。

参照图6，S6、S7、S8中，现场施工人员优先对S6进行判断，当判断S61和S62均未出现溢浆的情况时，则通过S81继续泵送混凝土，直至S61或S62其中一个或同时判定即可。

参照图6，S6、S7、S8中，当判断S61和S62均出现溢浆情况时，则S61进入S71步骤，S62进入S72步骤，当检测到S71脱空值满足要求，则停止对隧道中间部分进行混凝土泵送，当检测到S71脱空值不满足要求，则进入至S82步骤进行实时处理；当检测到S72脱空值满足要求，则停止对端头顶部进行混凝土泵送，当检测到S72脱空值不满足要求，则进入至S82步骤进行实时处理。

本申请实施例中，由于传动组件6的设置，实际的施工顺序是S61→S71→S62→S72,至于S8步骤则需要根据实时的判断来选择是使用S81还是S82来进行处理。

参照图6，S6、S7、S8中，当判断S61出现溢浆的情况，S62未出现溢浆的情况，则对隧道衬砌端头部分通过S81继续泵送混凝土，同时进入S71步骤，传动组件6打开第一控制部件2对隧道衬砌中间部分混凝土进行定量检测，当检测到脱空值不满足要求时，则进入S82，当检测到脱空值满足要求时，则表明隧道衬砌中间部分混凝土已经充满，现场施工人员需要停止向隧道衬砌中间部位泵送混凝土。

参照图6，S6、S7、S8中，当判断S62出现溢浆的情况，S61未出现溢浆的情况，则对隧道衬砌中间部分通过S81继续泵送混凝土，同时进入S72步骤，传动组件6打开第二控制部件4对隧道衬砌端头顶部混凝土进行定量检测，当检测到脱空值不满足要求时，则进入到S82，当检测到脱空值满足要求时，则表明隧道衬砌端头模板10顶部混凝土已经充满，现场施工人员需要停止向隧道衬砌端头部位泵送混凝土。

参照图6，S6、S7、S8中，S6可以与S81进行多次循环操作，S7可以与S82进行多次循环操作的，一定程度上确保了实时判定和实时处理能够最大限度地减少隧道衬砌内脱空区的存在，进而减小了后期施工过程中对脱空区处理的工作量，提高了隧道施工整体的施工效率。

S9中，当定性判断和定量判断都没有判断出有脱空区时，即可完成施工。

本申请实施例一种隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法的实施原理为：当要对隧道衬砌拱顶进行混凝土浇筑施工时，现场施工人员通过S1→S2→S3→S4→S5→S6→S7→S8这8个施工步骤的施工，即可有效地减小隧道衬砌拱顶出现脱空的可能性，在隧道衬砌混凝土浇筑的过程中，整个施工过程既可以实现定性判断是否存在脱空区，也可以定量判断是否存在脱空区，与此同时还能够根据定性判断和定量判断来决定是否需要进行实时对脱空区的处理，实现了时实对脱空区进行修复处理，从而一定程度上减小隧道衬砌拱顶混凝土浇筑过程中产生空洞的情况，进而减小后期处理空洞的工作量，提高隧道施工效率。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种隧道衬砌拱顶防脱空装置，其特征在于，包括三维压力传感器(1)、第一控制部件(2)、电磁波传感器(3)、第二控制部件(4)、实时监控部件(5)以及传动组件(6)，所述三维压力传感器(1)用于安装在排气管(7)位于隧道钢模(8)内的一端，隧道钢模(8)上固定连接有控制座(11)，所述第一控制部件(2)转动连接在所述控制座(11)靠近隧道围岩的一端，所述第二控制部件(4)转动连接在控制座(11)靠近隧道钢模(8)的一端，所述电磁波传感器(3)用于安装在溢浆洞口(9)位于端头模板(10)顶部外的一端，三维压力传感器(1)与第一控制部件(2)蓝牙连接，电磁波传感器(3)与第二控制部件(4)蓝牙连接，三维压力传感器(1)与电磁波传感器(3)均与实时监控部件(5)蓝牙连接，所述传动组件(6)由隧道拱顶衬砌内的混凝土浆液驱动，所述传动组件(6)用于开启第一控制部件(2)与第二控制部件(4)；

所述传动组件(6)包括定位杆(61)、滑动块(62)、杠杆(63)、第一囊体(64)以及第二囊体(65)，所述定位杆(61)固定连接在隧道钢模(8)上，定位杆(61)的另一端抵接在隧道的内衬(18)上，所述滑动块(62)滑动连接在定位杆(61)上，定位杆(61)上还固定连接有限位块(12)，所述限位块(12)用于限制滑动块(62)的滑动，所述杠杆(63)转动连接在滑动块(62)上，杠杆(63)的一端为长臂端，杠杆(63)的另一端为短臂端，所述短臂端远离滑动块(62)的一端固定连接有控制杆(13)，所述控制杆(13)依次抵触第一控制部件(2)和第二控制部件(4)，所述第一囊体(64)套设在所述长臂端远离滑动块(62)的一端，所述第二囊体(65)套设在定位杆(61)靠近隧道内衬(18)的一端，第二囊体(65)位于隧道内衬(18)与滑动块(62)之间，第一囊体(64)与第二囊体(65)内的气体相互流通。

2.根据权利要求1所述的隧道衬砌拱顶防脱空装置，其特征在于，隧道内衬(18)上固定连接有钢钉(14)，所述钢钉(14)用于戳破第一囊体(64)。

3.根据权利要求1所述的隧道衬砌拱顶防脱空装置，其特征在于，所述杠杆(63)的两个端部均固定连接有磁性件(15)，隧道内衬(18)上还固定连接有磁铁(16)，所述磁性件(15)与所述磁铁(16)相互吸引。

4.一种应用于权利要求1-3中任意一项的隧道衬砌拱顶防脱空装置的隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、拱顶钢模(8)上预埋排气管(7)；

S2、端头模板(10)顶端预开设溢浆洞口(9)；

S3、将附着式振捣装置(17)安装在钢模(8)内侧；

S4、隧道衬砌拱顶防脱空装置安装；

S5、浇筑二次衬砌；

S6、定性判断是否存在脱空区；

S7、定量判断是否存在脱空区；

S8、实时处理脱空区。

5.根据权利要求4所述的隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法，其特征在于，所述步骤S1之前还设置有步骤S0、施工准备阶段，所述S0中需先对隧道初支断面进行检测，除基础测量和检测外，还需对初支断面进行处理，对不平整的部位做预处理，并标定预处理过的初支断面的坐标。

6.根据权利要求4所述的隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法，其特征在于，所述S3中附着式振捣装置(17)每40cm-50cm设置一个。

7.根据权利要求4所述的隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法，其特征在于，所述S6包括：

S61、用于所述隧道衬砌中部的混凝土脱空定性分析，所述S61为，当所述排气管(7)中有混凝土溢出时，即可定性判断混凝土浇筑充实；

S62、用于所述隧道衬砌端头顶部的混凝土脱空定性分析，所述S62为，当所述溢浆洞口(9)有混凝土溢出时，即可定性判断混凝土浇筑充实。

8.根据权利要求7所述的隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法，其特征在于，S7包括：

S71、用于所述隧道衬砌中部的混凝土脱空定量分析，所述S71为传动组件(6)启动第一控制部件(2)，三维压力传感器(1)定量检测衬砌内中部混凝土的脱空值；

S72、用于所述隧道衬砌端头顶部的混凝土脱空定量分析，所述S72为传动组件(6)启动第二控制部件(4)，电磁波传感器(3)定量检测衬砌顶部混凝土的脱空值。

9.根据权利要求8所述的隧道衬砌拱顶防脱空的施工方法，其特征在于，所述S8包括：

S81、继续泵送混凝土；

S82、启动所述附着式振捣装置(17)，振捣完毕后再次泵送混凝土。