一種隧道病害治理中的輕質土灌注系統的製作方法

2024-02-27 19:59:15 2

專利名稱：一種隧道病害治理中的輕質土灌注系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及病害隧道整治系統，具體來說涉及一種隧道二次襯砌背後空洞病害治理中的輕質土灌注系統。
背景技術：
已建公路或鐵路隧道，因建設時的放炮超挖或因運營期的水土流失或因混凝土澆築時的慣性流動，往往隧道二次襯砌背後與圍巖之間會存在空洞或回填不密實現象，特別是在拱部，空洞多且連通；局部大小不一，高低不一，且往往伴隨著隧道局部二次襯砌厚度小於設計厚度，這在有關隧道的技術規範上是不允許的；上述病害的存在易導致隧道受到偏壓，受力不均勻，引發隧道拱部和側牆的開裂，產生滲漏水病害，而且每一個拱部空洞，實際上都是一個滲漏水的潛在隱患(類似水窖)，需要及時進行回填密實治理，以防治病害的進一步發展，影響隧道拱部結構的穩定性和隧道運營安全。傳統的對已建病害隧道空洞進行整治的方法是在空洞中灌注水泥(砂)漿，而對上述病害採用該方法進行整治則會存在如下問題1、由於隧道空洞規模巨大，需要的水泥漿量大，灌注體量難以估算，費用較高；2、水泥(砂漿)流動性大，在傳統脈衝灌漿泵的壓力作用下，容易擴散，堵塞隧道原有的排水系統。3、水泥(砂)漿比重較大，在體量較大時，尤其是在二襯較薄處，填充在隧道二次襯砌拱部上方，增加二襯的負擔。4、水泥(砂)漿比重較大，在仰灌時的灌注壓力相對較大，特別是在二襯較薄處，施工時需要採取較多的施工安全措施(臨時支撐)。5、水泥(砂)漿在仰灌高壓力作用下易離析沉澱，難以保證滲漏水整治效果；為了克服上述缺點，可以在拱部二襯背後的空洞中灌注輕質土代替水泥(砂)漿。氣泡混合輕質土(簡稱輕質土)是土建工程領域近年來開發的一種新型輕質填土材料，是在原料土(砂、粘土等)中按照一定比例添加固化劑、水和氣泡經充分混合攪拌後形成的。因其具有密度比較小，強度和密度可以調整，耐震、隔熱、耐久性好，便於施工、 固化後可直立，氣泡封閉防水效果好等優點而在軟基處理、道路加寬、橋臺臺背填土以及擋土牆填土等方面得到了廣泛的應用，用輕質土對隧道拱部空洞進行灌注填充可以克服水泥 (砂)漿漿材的缺陷，達到良好的處置效果。但輕質土在隧道襯砌背後空洞病害填築方面的應用還未見報導過，一個重要的原因就是，輕質土是含有大量的氣泡的特殊漿液，密度比較小，多數小於1.0，幾乎是水泥(砂)漿的一半，特別是針對運營隧道拱部空洞這樣一個相對密封的空間，必須進行向上灌注(仰灌)情況下，實踐證明，運用傳統的活塞式灌漿泵 (水泥砂漿灌注方法)根本無法實施有效灌注，也無法採用傳統的混凝土或砂漿澆築的方式。所以在仰灌的環境下，針對輕質土的特性，要實現對輕質土的有效灌注，選用合適的灌注技術和工藝就顯得極為關鍵。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種隧道病害治理中的輕質土灌注系統，該系統能夠採用輕質土對隧道襯砌背後空洞實施灌注，實現對隧道病害的有效填充密實，特別是能實現向上灌注(仰灌)和連續作業，並能帶來良好的整治效果。本實用新型的目的可通過以下的技術措施來實現一種隧道病害治理中的輕質土灌注系統，包括製備輕質土所需的發泡裝置、輕質土生成裝置和輕質土灌注裝置，所述發泡裝置通過管路與所述輕質土生成裝置相連，所述輕質土生成裝置通過管路與所述輕質土灌注裝置相連，且所述輕質土生成裝置的安裝位置高於所述輕質土灌注裝置。所述發泡裝置包括發泡筒和小風量風壓機，所述輕質土生成裝置包括攪拌機，所述輕質土灌注裝置包括灌漿罐、大風量風壓機和輸漿管；所述發泡筒與所述攪拌機相連，所述灌漿罐的進漿口與攪拌機連接，所述灌漿罐的出漿口和輸漿管連接，所述大風量風壓機與所述灌漿罐相連並為所述灌漿罐提供輸漿動力。所述灌漿罐上設有進料口、出漿口、進氣管和壓力控制構件，所述大風量風壓機通過所述進氣管與所述灌漿罐相連，且所述進氣管上設有控制閥；所述壓力控制構件包括安全閥、壓力表和開設於灌漿罐上的排氣孔，所述排氣孔通過管路與所述進氣管相通，所述壓力表和安全閥設於所述排氣孔與所述進氣管之間的管路上。所述攪拌機為包括進料口和出料口的強制式攪拌機，所述攪拌機的出料口設有閘閥與管路，並通過所述管路與所述灌漿罐的進漿口相連。所述大風量風壓機和所述小風量風壓機為共用一臺的可調節風量大小的風壓機。所述發泡筒為貯能式發泡筒，所述發泡筒上設有進料口、進氣管和出泡管，所述進料口、進氣管和出泡管處均設有控制閥；所述小風量風壓機通過所述進氣管與所述發泡筒相連並為所述發泡筒輸送壓縮空氣，所述發泡筒的發泡原料包括起泡劑和潔淨水，所述發泡原料通過進料口進入所述發泡筒。所述發泡筒的筒身上還設有用於檢測筒內壓力的壓力表。所述發泡筒內設有一豎向的銅管，所述銅管上端與所述出泡管相通，下端深入所述發泡筒的底部。所述出泡管內設有過濾網構件，所述過濾構件包括過濾網以及用於再次混合氣泡水的擋板。所述發泡筒和所述灌漿罐上還設有清洗口。本實用新型對比現有技術，有如下優點1、採用本系統施工，可採用輕質土對隧道二次襯砌背後的空洞有效實施向上灌注 (仰灌)，灌注填充效果較好，可實現對隧道空洞病害的有效治理；2、採用本系統施工，發泡、製作輕質土、灌注輸送可在現場連續進行，施工效率較聞；3、採用本系統施工，可保證輕質土不因灌注施工而產生消泡，可最大程度的保持輕質土的特性，達到良好的灌注填充效果；4、本系統具有良好的施工性能，施工中採用的輕質土通過管道泵送，最大水平輸送距離可達500m，最大輸送高度可達30m ；5、本系統採用輕質土施工，輕質土中氣泡體積含有率大，成品的體積可達原材料體積的3倍以上，節約成本，經濟效果顯著；6、本系統適合在機械設備、人員不方便進入的狹小空間、遠距離及施工工期短等情況下施工現場。
圖1是本實用新型的輕質土灌注系統的連接示意圖；圖2是本實用新型的輕質土灌注系統中貯能式發泡筒的結構示意圖；圖3是本實用新型的輕質土灌注系統中灌漿罐的結構示意圖；圖4是本實用新型的輕質土灌注系統用於隧道病害治理的過程流程圖；圖5是採用本實用新型的輕質土灌注系統進行輕質土製備生成的流程圖；圖6是本實用新型的輕質土灌注系統用於隧道病害治理時對隧道空洞分層注漿的示意圖。
具體實施方式
圖1示出了本實用新型的隧道病害治理中的輕質土灌注系統結構圖，它包括製備輕質土所需的特殊氣泡水的發泡裝置、輕質土製備裝置和輕質土灌注裝置，發泡裝置通過管路與輕質土製備生成裝置相連，輕質土製備生成裝置通過管路與輕質土灌注裝置相連。 其中發泡裝置包括發泡筒和小風量風壓機，輕質土製備生成裝置包括攪拌機，攪拌機為包括進料口和出料口的強制式攪拌機，攪拌機的出料口設有閘閥與管路，並通過該管路與灌漿罐的進漿口相連。輕質土灌注裝置包括灌漿罐、大風量風壓機和輸漿管；發泡筒與攪拌機相連，灌漿罐的進漿口與攪拌機的出口相連接，灌漿罐的出漿口和輸漿管連接，大風量風壓機與灌漿罐相連並為所述灌漿罐提供輸漿動力。發泡筒可採用貯能式發泡筒，攪拌機可採用強制式攪拌機。且輕質土生成裝置的安裝位置高於輕質土灌注裝置，該高差至少為輕質土灌注裝置的一個高度，方便輕質土漿液流入灌注罐。發泡筒與攪拌機相連，灌漿罐的進漿口與攪拌機的出口相連接，灌漿罐的出漿口和輸漿管連接，風壓機通過進氣管與灌漿罐相連並為灌漿罐提供輸漿動力。風壓機為二臺， 其中一臺是與發泡筒相連的小風量風壓機，另一臺是與灌漿罐相連的大風量風壓機。小風量風壓機的風量為0. 9m3 ；大風量的風量為3m3。大風量風壓機和小風量風壓機也可以共用一臺可調節風量大小的風壓機，風量可根據需要隨機調節使用。當該風壓機與發泡筒相連時，將風量調小用於發泡；當該風壓機與灌漿罐相連時，將風量調大，用於輸出漿液。如圖2所示，發泡筒上設有進料口 12、進氣管11和出泡管13，進料口 12、進氣管11 和出泡管13處均設有控制閥進料口控制閥120、進氣管控制閥110和出泡管控制閥130 ； 風壓機通過進氣管11與發泡筒相連並為發泡筒輸送空氣，發泡筒的發泡原料包括起泡劑和水，發泡原料通過進料口 12進入發泡筒。出泡管內設有過濾網構件14，過濾構件14包括過濾網和擋板，當發泡筒內的氣泡液發泡筒的筒身上還設有用於檢測筒內壓力的壓力表 17。發泡筒內還設有一豎向的銅管15，銅管15上端與出泡管13相通，下端深入該發泡筒的底部，造泡時進料口 12的進料口控制閥120關閉，由於內部連通，壓縮空氣先通過銅管15 到達發泡筒的底部，在壓力作用下與起泡劑和水起泡混合，當達到合適壓力後就可以打開出泡管控制閥130開閘出泡了，發出的泡沫遇到擋板後，則再次充分混合，再經過過濾網直接輸出到攪拌機，用於製作氣泡混合輕質土。發泡筒上還設有發泡筒清洗口 16。如圖3所示，灌漿罐上設有進料口 21、出漿口 23、進氣管22和壓力控制構件，風壓機通過進氣管22與灌漿罐相連，且進氣管22上設有進氣管控制閥220 ；壓力控制構件包括CN 202047827 U說明書4/5 頁 安全閥25、壓力表26和開設於灌漿罐上的排氣孔24，排氣孔24通過管路與進氣管22相通，該管路上設有排氣孔控制閥240，壓力表26和安全閥25設於排氣孔24與進氣管22之間的管路上。灌漿罐上還設有灌漿罐清洗口 27。如圖4所示，使用本實用新型的輕質土灌注系統對隧道病害進行治理的過程主要包括鋼拱架制安一成孔與安置注漿管一灌注系統製備輕質土一初步灌漿一二次灌漿一封孔。具體過程如下(1)鋼拱架制安。鋼拱架作為一種臨時支撐措施，主要是考慮到隧道局部襯砌太薄(< 20cm)，部分區段空洞注漿量較大，在灌注的輕質土未形成良好的自穩拱結構前，會對拱部襯砌穩定性產生不利的影響。通過鋼拱架的臨時支撐，保證輕質土施工時拱部的穩定性。鋼拱架在進場前按設計要求在工廠粗加工好，現場安裝和局部修改。(2)成孔與安置注漿管。鑽孔採用風鑽鑽孔，孔徑為45 50mm，鑽孔間距為3m，梅花型布置。鑽孔後須清孔，然後埋設注漿管。注漿管採用馬牙扣形注漿管(見圖6)，直徑為 42mm，注漿管的長度根據空洞大小而定。同時拱頂還應設觀察孔，觀察孔間距為2m。(3)灌注系統製備輕質土。每套輕質土的灌注設備包括攪拌機兩臺(兩臺攪拌機的容積與灌漿罐容積配套)、發泡筒、灌漿罐、小風量風壓機、大風量風壓機各一臺。風壓機作為動力設備，在給灌漿罐提供壓力灌注輕質土的同時，還與發泡筒相連，把產生的氣泡輸送到攪拌機與混凝土漿液混和從而產生輕質土漿液。輕質土固化材料為32. 5普通矽酸鹽水泥，泡沫劑採用專利號為ZL03126980. X專利技術配製，各材料配合比如表1的初試配合比配置。
權利要求1.一種隧道病害治理中的輕質土灌注系統，其特徵在於包括製備輕質土所需的發泡裝置、輕質土生成裝置和輕質土灌注裝置，所述發泡裝置通過管路與所述輕質土生成裝置相連，所述輕質土生成裝置通過管路與所述輕質土灌注裝置相連，且所述輕質土生成裝置的安裝位置高於所述輕質土灌注裝置。
2.根據權利要求1所述的隧道病害治理中的輕質土灌注系統，其特徵在於所述發泡裝置包括發泡筒和小風量風壓機，所述輕質土生成裝置包括攪拌機，所述輕質土灌注裝置包括灌漿罐、大風量風壓機和輸漿管；所述發泡筒與所述攪拌機相連，所述灌漿罐的進漿口與攪拌機連接，所述灌漿罐的出漿口和輸漿管連接，所述大風量風壓機與所述灌漿罐相連並為所述灌漿罐提供輸漿動力。
3.根據權利要求2所述的隧道病害治理中的輕質土灌注系統，其特徵在於所述灌漿罐上設有進料口、出漿口、進氣管和壓力控制構件，所述大風量風壓機通過所述進氣管與所述灌漿罐相連，且所述進氣管上設有控制閥；所述壓力控制構件包括安全閥、壓力表和開設於灌漿罐上的排氣孔，所述排氣孔通過管路與所述進氣管相通，所述壓力表和安全閥設於所述排氣孔與所述進氣管之間的管路上。
4.根據權利要求2所述的隧道病害治理中的輕質土灌注系統，其特徵在於所述攪拌機為包括進料口和出料口的強制式攪拌機，所述攪拌機的出料口設有閘閥與管路，並通過所述管路與所述灌漿罐的進漿口相連。
5.根據權利要求2或3所述的隧道病害治理中的輕質土灌注系統，其特徵在於所述大風量風壓機和所述小風量風壓機為共用一臺的可調節風量大小的風壓機。
6.根據權利要求2所述的隧道病害治理中的輕質土灌注系統，其特徵在於所述發泡筒為貯能式發泡筒，所述發泡筒上設有進料口、進氣管和出泡管，所述進料口、進氣管和出泡管處均設有控制閥；所述小風量風壓機通過所述進氣管與所述發泡筒相連並為所述發泡筒輸送壓縮空氣。
7.根據權利要求6所述的隧道病害治理中的輕質土灌注系統，其特徵在於所述發泡筒的筒身上還設有用於檢測筒內壓力的壓力表。
8.根據權利要求7所述的隧道病害治理中的輕質土灌注系統，其特徵在於所述發泡筒內設有一豎向的銅管，所述銅管上端與所述出泡管相通，下端深入所述發泡筒的底部。
9.根據權利要求8所述的隧道病害治理中的輕質土灌注系統，其特徵在於所述出泡管內設有過濾網構件，所述過濾構件包括過濾網以及用於再次混合氣泡水的擋板。
10.根據權利要求2所述的隧道病害治理中的輕質土灌注系統，其特徵在於所述發泡筒和所述灌漿罐上還設有清洗口。
專利摘要本實用新型公開了一種隧道病害治理中的輕質土灌注系統，包括製備輕質土所需的發泡裝置、輕質土生成裝置和輕質土灌注裝置，所述發泡裝置通過管路與所述輕質土生成裝置相連，所述輕質土生成裝置通過管路與所述輕質土灌注裝置相連，且所述輕質土生成裝置的安裝位置高於所述輕質土灌注裝置。該系統能夠實現採用輕質土對隧道空洞病害進行有效灌注填充整治，特別是能實現採用灌注或仰灌的方式施工和連續作業，並能帶來良好的整治效果。
文檔編號E21D11/04GK202047827SQ20112012125
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月22日 優先權日2011年4月22日
發明者喬國華, 張玉瀅, 李東輝, 潘健 申請人:喬國華