一种盾构隧道衬砌壁后微生物注浆装置及方法与流程

本发明涉及一种提高盾构隧道耐腐蚀、侵蚀性能的用于向隧道衬砌壁后注浆层和土层界面注入微生物细菌、培养液混合液的注入装置。

背景技术：

目前对于提高盾构隧道结构耐久性的措施及研究主要集中于提高钢筋混凝土材料的耐久性，即耐久性的被动提高。隧道结构混凝土结构完好、止水效果理想的情况下，耐久性的被动提高可以实现隧道结构的运营安全与耐久。但钢筋混凝土结构在预制过程中容易产生微裂缝，以及在运输、拼装过程中产生裂缝、裂损等缺陷，止水带失效等病害也是隧道结构在运营中常常遇到的，这将对盾构隧道的耐久性造成影响。

衬砌壁后的微生物注浆方法可以实现隧道结构耐腐蚀、侵蚀性能的主动提升。但目前应用于盾构隧道注浆的注浆装置对于微生物细菌和培养液的特性没有考虑在内，主要靠注浆压力使浆液充盈于隧道管片与地层空隙中，且注浆方向不够灵活，故对于微生物细菌菌液的注入不能适用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种盾构隧道衬砌壁后微生物注浆装置及方法，以解决现有盾构隧道衬砌壁后注浆装置对于微生物注浆适用性的不足，

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种盾构隧道衬砌壁后微生物注浆装置，包括微生物储存罐、培养液储存罐、混合液储存罐和可转动注浆头，所述微生物储存罐装有反硝化细菌干菌和富集培养基，所述培养液储存罐中装有培养液；微生物储存罐和培养液储存罐分别通过管路与混合液储存罐连接，所述微生物储存罐与混合液储存罐的连接管路，及培养液储存罐与混合液存储罐的连接管路上均设置有控制阀和注浆泵，注浆泵连接有压力表；所述混合液存储罐的出口通过注浆管与可转动注浆头连接，注浆管上设置有控制阀和注浆泵，注浆泵连接有压力表。

进一步的，所述可转动注浆头包括注浆头，所述注浆头为一个方形管，其底部通过柔性连接管与注浆头连接；所述注浆头的相对的两个侧面的中心位置设置第一固定轴，该两个侧面的两个对角上分别设置有两个转轴，分别为上端转轴和下端转轴，所述第一固定轴通过固定连杆与设置于注浆管上且与第一固定轴同侧的第二固定轴连接，所述上端转轴上连接有第一控制连杆，位于第一控制连杆一侧的注浆管上设置有上下两个固定点，分别为第一固定点和第二固定点，所述下端转轴上连接有第二控制连杆，位于第二控制连杆一侧的注浆管上设置有上下两个固定点，分别为第三固定点和第四固定点。

进一步的，所述柔性连接管的材质为弹性橡胶。

进一步的，所述注浆头的横截面为正方形，其对角线长度小于注浆孔直径。

进一步的，所述第一固定点和第二固定点之间的距离，第三固定点和第四固定点之间的距离相同，均与注浆头的高度相同。

进一步的，所述第一固定点与第四固定点的高度相同。

一种利用上述的盾构隧道衬砌壁后微生物注浆装置的注浆方法，包括以下步骤：

(1)一次注浆按照常规盾构隧道衬砌壁后注浆方法执行；

(2)在隧道施工的二次注浆时，先将此注浆层钻孔，至注浆层背后土层，将离心后的反硝化类细菌干菌和富集培养基装入微生物菌液储存罐，培养液装入培养液储存罐，通过调节微生物储存罐和培养液储存罐出口管路上的控制阀和注浆泵，控制混合液体的配比，并通入混合液储存罐；

(3)通过可转动注浆头实现注浆，注入微生物细菌混合液共包括3个方向：隧道衬砌外法向，隧道轴线方向的前后两侧；

(4)微生物细菌混合液注入完毕后，将注浆装置取出，再进行注浆孔的封堵。

进一步的，步骤(2)中，微生物菌液储存罐向混合液储存罐注入微生物菌液时温度在0℃～10℃之间，培养液储存罐向混合液储存罐注入培养液时温度在10℃～25℃之间。

进一步的，步骤(3)中，注浆时，混合液的注入压力维持在不大于2MPa。

进一步的，步骤(3)中，通过第一控制连杆在第一固定点和第二固定点之间的位置，以及第二控制连杆在第三固定点和第四固定点之间的位置，来调节注浆方向。

有益效果：本发明装置实现了对盾构隧道衬砌壁后的微生物注浆，主动提高隧道的耐腐蚀、侵蚀性能，本装置与现有注浆装置相比，有以下优点：

(1)可以通过控制连杆控制注浆头的方向，实现顺着隧道衬砌法向与沿着隧道纵向及隧道衬砌切向等多方向注浆，实现注浆的均匀性。

(2)可以通过对微生物菌液、培养液温度的控制达到最优的注浆效果。

(3)可以通过后端注浆压力的控制实现对微生物菌液和培养液配比的调整。

(4)可以控制前端注浆压力维持在较小值，以保证注入混合液不会过快流失，使其能够充分与土层混合，细菌及培养液能够均匀分布与隧道衬砌壁后注浆层相邻的土层中。

(5)用于注入微生物细菌、培养液混合液的注浆装置同时还可以用于其他浆液的注入，用于填充一次注浆的未饱满区域及注浆孔的封堵，实现装置的多用途及更好使用。

附图说明

图1为本发明的装置的结构示意图；

图2为可转动注浆头的一个角度的示意图；

图3为可转动注浆头的另一个角度的示意图；

图4为第一控制连杆的示意图；

图5为第二控制连杆的示意图；

图6为第一固定转轴及第二固定转轴的示意图；

图7为可转动注浆头沿注浆管方向注浆时示意图；

图8为可转动注浆头垂直于注浆管方向注浆时示意图；

图9为衬砌壁后微生物注入位置与方向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种盾构隧道衬砌壁后微生物注浆装置，包括微生物储存罐1、培养液储存罐2、混合液储存罐3和可转动注浆头4，所述微生物储存罐1装有反硝化细菌干菌和富集培养基，所述培养液储存罐2中装有培养液；微生物储存罐1和培养液储存罐2分别通过管路与混合液储存罐3连接，微生物储存罐1与混合液储存罐3的连接管路上设置有第一控制阀5和第一注浆泵6，第一注浆泵6连接有第一压力表7；培养液储存罐2与混合液储存罐3的连接管路上设置有第二控制阀8和第二注浆泵9，第二注浆泵9连接有第二压力表10；混合液储存罐3的出口通过注浆管14与可转动注浆头4连接，注浆管14上设置有第三控制阀11和第三注浆泵12，第三注浆泵连接有第三压力表13。

其中，如图2-6所示，可转动注浆头4包括注浆头401，注浆头401为一个方形管，其底部通过柔性连接管402与注浆头4连接；注浆头401的相对的两个侧面的中心位置设置第一固定轴403，该两个侧面的两个对角上分别设置有两个转轴，分别为位于该两个侧面的上端的上端转轴404和位于该两个侧面的下端的下端转轴405，其中，上端转轴404、第一固定轴403、下端转轴405位于该两个侧面的一条对角线上；第一固定轴403通过固定连杆406与设置于注浆管14上且与第一固定轴403同侧的第二固定轴407连接，上端转轴404上连接有第一控制连杆408，位于第一控制连杆408一侧的注浆管14上设置有上下两个固定点，分别为第一固定点410和第二固定点411，当第一控制连杆408从第一固定点410移动到第二固定点411时，第一控制连杆408与上端转轴404连接的一端能够绕上端转轴404转动90°；所述下端转轴405上连接有第二控制连杆409，位于第二控制连杆409一侧的注浆管14上设置有上下两个固定点，分别为第三固定点412和第四固定点413；当第二控制连杆409从第四固定点413移动到第三固定点412时，第二控制连杆409与下端转轴405连接的一端能够绕下端转轴405转动90°。

其中，柔性连接管402的材质为弹性橡胶。

注浆头401的横截面为正方形，其对角线长度小于注浆孔直径。

第一固定点410和第二固定点411之间的距离，第三固定点412和第四固定点413之间的距离相同，均与注浆头401的高度相同。

第一固定点410与第四固定点413的高度相同。

如图7和8，由于注浆头401的中部设置有第一固定轴403，并且通过固定连杆406与第二固定轴407连接，且注浆头401安装于柔性连接管402上，通过动两侧的第一控制连杆408和第二控制连杆409，可以使得注浆头401的朝向发生变化，实现不同方向的注浆。

通过第一控制连杆408在第一固定点410和第二固定点411之间的位置，以及第二控制连杆409在第三固定点412和第四固定点413之间的位置，来调节注浆方向。当第一控制连杆408尾部位于第一固定点410处，第二控制连杆409尾部位于第四固定点413处时，实现沿着注浆管14方向注浆；拉动第一控制连杆408从第一固定点410到第二固定点411，第二控制连杆409从第四固定点413到第三固定点412，实现垂直于注浆管14方向注浆；采用同样的原理，可实现另一个垂直于注浆管14方向注浆。

一种上述的盾构隧道衬砌壁后微生物注浆装置的注浆方法，包括以下步骤：

(1)一次注浆按照常规盾构隧道衬砌壁后注浆方法执行；

(2)在隧道施工的二次注浆时，从注浆孔钻孔至注浆层与外侧土层界面处，钻孔直径保证注浆头能够深入；先将此注浆层钻孔，至注浆层背后土层，将离心后的反硝化类细菌干菌和富集培养基装入微生物菌液储存罐，培养液装入培养液储存罐，通过调节微生物储存罐和培养液储存罐出口管路上的控制阀和注浆泵，控制混合液体的配比，并通入混合液储存罐；

其中，微生物菌液储存罐向混合液储存罐注入微生物菌液时温度在0℃～10℃之间，培养液储存罐向混合液储存罐注入培养液时温度在10℃～25℃之间。储存罐具有良好保温性能，24小时内菌液及培养液温度变化不超过15℃；其容积可以根据实际施工需要定做。

(3)通过可转动注浆头实现注浆，注入微生物细菌混合液共包括3个方向：隧道衬砌外法向，隧道轴线方向的前后两侧；其中，通过第一控制连杆在第一固定点和第二固定点之间的位置，以及第二控制连杆在第三固定点和第四固定点之间的位置，来调节注浆方向。

注浆时，混合液的注入压力维持在不大于2MPa，具体值可根据地层土体渗透系数确定。

(4)微生物细菌混合液注入完毕后，将注浆装置取出，再进行注浆孔的封堵。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。