CN202047827U - 一种隧道病害治理中的轻质土灌注系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道病害治理中的轻质土灌注系统，包括制备轻质土所需的发泡装置、轻质土生成装置和轻质土灌注装置，所述发泡装置通过管路与所述轻质土生成装置相连，所述轻质土生成装置通过管路与所述轻质土灌注装置相连，且所述轻质土生成装置的安装位置高于所述轻质土灌注装置。该系统能够实现采用轻质土对隧道空洞病害进行有效灌注填充整治，特别是能实现采用灌注或仰灌的方式施工和连续作业，并能带来良好的整治效果。

Description

一种隧道病害治理中的轻质土灌注系统

技术领域

本实用新型涉及病害隧道整治系统，具体来说涉及一种隧道二次衬砌背后空洞病害治理中的轻质土灌注系统。

背景技术

已建公路或铁路隧道，因建设时的放炮超挖或因运营期的水土流失或因混凝土浇筑时的惯性流动，往往隧道二次衬砌背后与围岩之间会存在空洞或回填不密实现象，特别是在拱部，空洞多且连通；局部大小不一，高低不一，且往往伴随着隧道局部二次衬砌厚度小于设计厚度，这在有关隧道的技术规范上是不允许的；上述病害的存在易导致隧道受到偏压，受力不均匀，引发隧道拱部和侧墙的开裂，产生渗漏水病害，而且每一个拱部空洞，实际上都是一个渗漏水的潜在隐患(类似水窖)，需要及时进行回填密实治理，以防治病害的进一步发展，影响隧道拱部结构的稳定性和隧道运营安全。

传统的对已建病害隧道空洞进行整治的方法是在空洞中灌注水泥(砂)浆，而对上述病害采用该方法进行整治则会存在如下问题：1、由于隧道空洞规模巨大，需要的水泥浆量大，灌注体量难以估算，费用较高；2、水泥(砂浆)流动性大，在传统脉冲灌浆泵的压力作用下，容易扩散，堵塞隧道原有的排水系统。3、水泥(砂)浆比重较大，在体量较大时，尤其是在二衬较薄处，填充在隧道二次衬砌拱部上方，增加二衬的负担。4、水泥(砂)浆比重较大，在仰灌时的灌注压力相对较大，特别是在二衬较薄处，施工时需要采取较多的施工安全措施(临时支撑)。5、水泥(砂)浆在仰灌高压力作用下易离析沉淀，难以保证渗漏水整治效果；为了克服上述缺点，可以在拱部二衬背后的空洞中灌注轻质土代替水泥(砂)浆。

气泡混合轻质土(简称轻质土)是土建工程领域近年来开发的一种新型轻质填土材料，是在原料土(砂、粘土等)中按照一定比例添加固化剂、水和气泡经充分混合搅拌后形成的。因其具有密度比较小，强度和密度可以调整，耐震、隔热、耐久性好，便于施工、固化后可直立，气泡封闭防水效果好等优点而在软基处理、道路加宽、桥台台背填土以及挡土墙填土等方面得到了广泛的应用，用轻质土对隧道拱部空洞进行灌注填充可以克服水泥(砂)浆浆材的缺陷，达到良好的处置效果。但轻质土在隧道衬砌背后空洞病害填筑方面的应用还未见报道过，一个重要的原因就是，轻质土是含有大量的气泡的特殊浆液，密度比较小，多数小于1.0，几乎是水泥(砂)浆的一半，特别是针对运营隧道拱部空洞这样一个相对密封的空间，必须进行向上灌注(仰灌)情况下，实践证明，运用传统的活塞式灌浆泵(水泥砂浆灌注方法)根本无法实施有效灌注，也无法采用传统的混凝土或砂浆浇筑的方式。所以在仰灌的环境下，针对轻质土的特性，要实现对轻质土的有效灌注，选用合适的灌注技术和工艺就显得极为关键。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种隧道病害治理中的轻质土灌注系统，该系统能够采用轻质土对隧道衬砌背后空洞实施灌注，实现对隧道病害的有效填充密实，特别是能实现向上灌注(仰灌)和连续作业，并能带来良好的整治效果。

本实用新型的目的可通过以下的技术措施来实现：一种隧道病害治理中的轻质土灌注系统，包括制备轻质土所需的发泡装置、轻质土生成装置和轻质土灌注装置，所述发泡装置通过管路与所述轻质土生成装置相连，所述轻质土生成装置通过管路与所述轻质土灌注装置相连，且所述轻质土生成装置的安装位置高于所述轻质土灌注装置。

所述发泡装置包括发泡筒和小风量风压机，所述轻质土生成装置包括搅拌机，所述轻质土灌注装置包括灌浆罐、大风量风压机和输浆管；所述发泡筒与所述搅拌机相连，所述灌浆罐的进浆口与搅拌机连接，所述灌浆罐的出浆口和输浆管连接，所述大风量风压机与所述灌浆罐相连并为所述灌浆罐提供输浆动力。

所述灌浆罐上设有进料口、出浆口、进气管和压力控制构件，所述大风量风压机通过所述进气管与所述灌浆罐相连，且所述进气管上设有控制阀；所述压力控制构件包括安全阀、压力表和开设于灌浆罐上的排气孔，所述排气孔通过管路与所述进气管相通，所述压力表和安全阀设于所述排气孔与所述进气管之间的管路上。

所述搅拌机为包括进料口和出料口的强制式搅拌机，所述搅拌机的出料口设有闸阀与管路，并通过所述管路与所述灌浆罐的进浆口相连。

所述大风量风压机和所述小风量风压机为共用一台的可调节风量大小的风压机。

所述发泡筒为贮能式发泡筒，所述发泡筒上设有进料口、进气管和出泡管，所述进料口、进气管和出泡管处均设有控制阀；所述小风量风压机通过所述进气管与所述发泡筒相连并为所述发泡筒输送压缩空气，所述发泡筒的发泡原料包括起泡剂和洁净水，所述发泡原料通过进料口进入所述发泡筒。

所述发泡筒的筒身上还设有用于检测筒内压力的压力表。

所述发泡筒内设有一竖向的铜管，所述铜管上端与所述出泡管相通，下端深入所述发泡筒的底部。

所述出泡管内设有过滤网构件，所述过滤构件包括过滤网以及用于再次混合气泡水的挡板。

所述发泡筒和所述灌浆罐上还设有清洗口。

本实用新型对比现有技术，有如下优点：

1、采用本系统施工，可采用轻质土对隧道二次衬砌背后的空洞有效实施向上灌注(仰灌)，灌注填充效果较好，可实现对隧道空洞病害的有效治理；

2、采用本系统施工，发泡、制作轻质土、灌注输送可在现场连续进行，施工效率较高；

3、采用本系统施工，可保证轻质土不因灌注施工而产生消泡，可最大程度的保持轻质土的特性，达到良好的灌注填充效果；

4、本系统具有良好的施工性能，施工中采用的轻质土通过管道泵送，最大水平输送距离可达500m，最大输送高度可达30m；

5、本系统采用轻质土施工，轻质土中气泡体积含有率大，成品的体积可达原材料体积的3倍以上，节约成本，经济效果显著；

6、本系统适合在机械设备、人员不方便进入的狭小空间、远距离及施工工期短等情况下施工现场。

附图说明

图1是本实用新型的轻质土灌注系统的连接示意图；

图2是本实用新型的轻质土灌注系统中贮能式发泡筒的结构示意图；

图3是本实用新型的轻质土灌注系统中灌浆罐的结构示意图；

图4是本实用新型的轻质土灌注系统用于隧道病害治理的过程流程图；

图5是采用本实用新型的轻质土灌注系统进行轻质土制备生成的流程图；

图6是本实用新型的轻质土灌注系统用于隧道病害治理时对隧道空洞分层注浆的示意图。

具体实施方式

图1示出了本实用新型的隧道病害治理中的轻质土灌注系统结构图，它包括制备轻质土所需的特殊气泡水的发泡装置、轻质土制备装置和轻质土灌注装置，发泡装置通过管路与轻质土制备生成装置相连，轻质土制备生成装置通过管路与轻质土灌注装置相连。其中发泡装置包括发泡筒和小风量风压机，轻质土制备生成装置包括搅拌机，搅拌机为包括进料口和出料口的强制式搅拌机，搅拌机的出料口设有闸阀与管路，并通过该管路与灌浆罐的进浆口相连。轻质土灌注装置包括灌浆罐、大风量风压机和输浆管；发泡筒与搅拌机相连，灌浆罐的进浆口与搅拌机的出口相连接，灌浆罐的出浆口和输浆管连接，大风量风压机与灌浆罐相连并为所述灌浆罐提供输浆动力。发泡筒可采用贮能式发泡筒，搅拌机可采用强制式搅拌机。且轻质土生成装置的安装位置高于轻质土灌注装置，该高差至少为轻质土灌注装置的一个高度，方便轻质土浆液流入灌注罐。

发泡筒与搅拌机相连，灌浆罐的进浆口与搅拌机的出口相连接，灌浆罐的出浆口和输浆管连接，风压机通过进气管与灌浆罐相连并为灌浆罐提供输浆动力。风压机为二台，其中一台是与发泡筒相连的小风量风压机，另一台是与灌浆罐相连的大风量风压机。小风量风压机的风量为0.9m³；大风量的风量为3m³。大风量风压机和小风量风压机也可以共用一台可调节风量大小的风压机，风量可根据需要随机调节使用。当该风压机与发泡筒相连时，将风量调小用于发泡；当该风压机与灌浆罐相连时，将风量调大，用于输出浆液。

如图2所示，发泡筒上设有进料口12、进气管11和出泡管13，进料口12、进气管11和出泡管13处均设有控制阀：进料口控制阀120、进气管控制阀110和出泡管控制阀130；风压机通过进气管11与发泡筒相连并为发泡筒输送空气，发泡筒的发泡原料包括起泡剂和水，发泡原料通过进料口12进入发泡筒。出泡管内设有过滤网构件14，过滤构件14包括过滤网和挡板，当发泡筒内的气泡液发泡筒的筒身上还设有用于检测筒内压力的压力表17。发泡筒内还设有一竖向的铜管15，铜管15上端与出泡管13相通，下端深入该发泡筒的底部，造泡时进料口12的进料口控制阀120关闭，由于内部连通，压缩空气先通过铜管15到达发泡筒的底部，在压力作用下与起泡剂和水起泡混合，当达到合适压力后就可以打开出泡管控制阀130开闸出泡了，发出的泡沫遇到挡板后，则再次充分混合，再经过过滤网直接输出到搅拌机，用于制作气泡混合轻质土。发泡筒上还设有发泡筒清洗口16。

如图3所示，灌浆罐上设有进料口21、出浆口23、进气管22和压力控制构件，风压机通过进气管22与灌浆罐相连，且进气管22上设有进气管控制阀220；压力控制构件包括安全阀25、压力表26和开设于灌浆罐上的排气孔24，排气孔24通过管路与进气管22相通，该管路上设有排气孔控制阀240，压力表26和安全阀25设于排气孔24与进气管22之间的管路上。灌浆罐上还设有灌浆罐清洗口27。

如图4所示，使用本实用新型的轻质土灌注系统对隧道病害进行治理的过程主要包括：钢拱架制安→成孔与安置注浆管→灌注系统制备轻质土→初步灌浆→二次灌浆→封孔。具体过程如下：

(1)钢拱架制安。钢拱架作为一种临时支撑措施，主要是考虑到隧道局部衬砌太薄(≤20cm)，部分区段空洞注浆量较大，在灌注的轻质土未形成良好的自稳拱结构前，会对拱部衬砌稳定性产生不利的影响。通过钢拱架的临时支撑，保证轻质土施工时拱部的稳定性。钢拱架在进场前按设计要求在工厂粗加工好，现场安装和局部修改。

(2)成孔与安置注浆管。钻孔采用风钻钻孔，孔径为45～50mm，钻孔间距为3m，梅花型布置。钻孔后须清孔，然后埋设注浆管。注浆管采用马牙扣形注浆管(见图6)，直径为42mm，注浆管的长度根据空洞大小而定。同时拱顶还应设观察孔，观察孔间距为2m。

(3)灌注系统制备轻质土。每套轻质土的灌注设备包括搅拌机两台(两台搅拌机的容积与灌浆罐容积配套)、发泡筒、灌浆罐、小风量风压机、大风量风压机各一台。风压机作为动力设备，在给灌浆罐提供压力灌注轻质土的同时，还与发泡筒相连，把产生的气泡输送到搅拌机与混凝土浆液混和从而产生轻质土浆液。轻质土固化材料为32.5普通硅酸盐水泥，泡沫剂采用专利号为ZL03126980.X专利技术配制，各材料配合比如表1的初试配合比配置。

表1

灌注系统制备轻质土流程见图5所示，首先按照确定的配合比将水泥、原料土和水在搅拌机中混和搅拌成原浆，同时发泡筒内产生的气泡经风压机压送至搅拌机内与原浆混和成轻质土浆液。然后将搅拌机内的轻质土浆液装入特制的灌浆罐便可进行轻质土的灌注。

(4)初步灌浆。要求风压机风量不小于3m³/min，灌浆罐压力为0.7MPa。由于轻质土的密度会随着一次浇筑厚度的增大而增加，因而需分层灌注轻质土。

分层注浆每层浇筑的厚度为30～40cm，浇筑方法如下：当3号注浆孔(见图6)进行注浆，1、5号观察孔有浆液冒出时，停止注浆，即达到第1层I注浆厚度，第1层I的下方即是拱顶初衬6；待第1层I浆液达到设计强度的70％后，再进行第2层II注浆工序。发现2、4号的观测孔有浆液冒出时。暂停注浆，即达到第2层II注浆厚度；待第2层II浆液达到设计强度的30％后[10]，再对剩余空隙进行注浆填充，也就是第3层III。以每层厚度基本相等为宜。同时注浆应该按照如下的顺序进行：沿隧道轴线逐段压注，每段先注拱部最低一排孔，后注拱顶，先两头后中间。

(5)二次注浆。由于轻质土仰灌施工的复杂性，灌注后的浆液会流淌沉积。加上衬砌背后空洞的不均匀，初步灌注并不能完全灌满空洞，因而为了在保证灌注质量的同时强化隧道渗漏水的整治效果，需进行补充灌浆，待轻质土达到一定的强度后，在拱顶位置重新钻孔，补充灌注轻质土，这也称为轻质土的二次灌注。

(6)封孔。轻质土注浆结束标准为：当注浆压力稳定上升达到设计压力稳定10min，不进浆或进浆量很少时，即可停止注浆，进行封孔作业。具体操作为：停泵后立即封闭空口阀门。拆卸和清洗管路，待浆液凝固后割除外露注浆管，然后用塑胶泥封堵管口。

工程后期可以进行取芯检验和锚杆抗拔实验，结果表明轻质土灌注形成的自稳拱结构不仅能够有效地填充了拱部空洞、增加了隧道拱部的稳定性，而且由于轻质土材料良好的抗渗性，隧道拱部渗漏水问题也基本得到解决。同时，轻质土的施工经济效益与水泥砂浆灌注相比，也具有明显的优势。

本实用新型的实施方式不限于隧道空洞的灌注(仰灌)施工，也可以适用于其他相关或类似的不同施工领域的向上灌注施工或灌注施工，在本实用新型上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本实用新型内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道病害治理中的轻质土灌注系统，其特征在于：包括制备轻质土所需的发泡装置、轻质土生成装置和轻质土灌注装置，所述发泡装置通过管路与所述轻质土生成装置相连，所述轻质土生成装置通过管路与所述轻质土灌注装置相连，且所述轻质土生成装置的安装位置高于所述轻质土灌注装置。

2.根据权利要求1所述的隧道病害治理中的轻质土灌注系统，其特征在于：所述发泡装置包括发泡筒和小风量风压机，所述轻质土生成装置包括搅拌机，所述轻质土灌注装置包括灌浆罐、大风量风压机和输浆管；所述发泡筒与所述搅拌机相连，所述灌浆罐的进浆口与搅拌机连接，所述灌浆罐的出浆口和输浆管连接，所述大风量风压机与所述灌浆罐相连并为所述灌浆罐提供输浆动力。

3.根据权利要求2所述的隧道病害治理中的轻质土灌注系统，其特征在于：所述灌浆罐上设有进料口、出浆口、进气管和压力控制构件，所述大风量风压机通过所述进气管与所述灌浆罐相连，且所述进气管上设有控制阀；所述压力控制构件包括安全阀、压力表和开设于灌浆罐上的排气孔，所述排气孔通过管路与所述进气管相通，所述压力表和安全阀设于所述排气孔与所述进气管之间的管路上。

4.根据权利要求2所述的隧道病害治理中的轻质土灌注系统，其特征在于：所述搅拌机为包括进料口和出料口的强制式搅拌机，所述搅拌机的出料口设有闸阀与管路，并通过所述管路与所述灌浆罐的进浆口相连。

5.根据权利要求2或3所述的隧道病害治理中的轻质土灌注系统，其特征在于：所述大风量风压机和所述小风量风压机为共用一台的可调节风量大小的风压机。

6.根据权利要求2所述的隧道病害治理中的轻质土灌注系统，其特征在于：所述发泡筒为贮能式发泡筒，所述发泡筒上设有进料口、进气管和出泡管，所述进料口、进气管和出泡管处均设有控制阀；所述小风量风压机通过所述进气管与所述发泡筒相连并为所述发泡筒输送压缩空气。

7.根据权利要求6所述的隧道病害治理中的轻质土灌注系统，其特征在于：所述发泡筒的筒身上还设有用于检测筒内压力的压力表。 

8.根据权利要求7所述的隧道病害治理中的轻质土灌注系统，其特征在于：所述发泡筒内设有一竖向的铜管，所述铜管上端与所述出泡管相通，下端深入所述发泡筒的底部。

9.根据权利要求8所述的隧道病害治理中的轻质土灌注系统，其特征在于：所述出泡管内设有过滤网构件，所述过滤构件包括过滤网以及用于再次混合气泡水的挡板。

10.根据权利要求2所述的隧道病害治理中的轻质土灌注系统，其特征在于：所述发泡筒和所述灌浆罐上还设有清洗口。 

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