一种隧道衬砌的动态灌注方法及系统与流程

本发明涉及隧道施工，尤其提供了一种隧道衬砌的动态灌注方法及系统。

背景技术：

1、在一些隧道挖掘施工中，隧道开挖轮廓凹凸不平，隧道衬砌的混凝土与隧道之间的脱空通常发生在拱顶等部位，接续极高可能产生衬砌混凝土出现裂缝、剥落及掉块等现象,降低了衬砌结构的承载能力,缩短了衬砌的使用寿命；为此，在混凝土浇筑后，需要在混凝土与隧道拱顶之间灌注水泥浆，以添补空洞，增加混凝土与隧道拱顶之间的结合力。

2、常规的隧道衬砌注浆技术存在以下技术问题：在灌注过程中，不同的脱空大小造成灌注压力变化较大，而现有技术的灌注，多采用浓度不变的水泥浆进行混凝土与隧道拱顶的浇筑，无法达到水泥浆的浓度随着灌注压力及时调整，容易发生漏浆、堵塞问题。虽然，施工现场也采用了工人手动将水泥粉加入到搅拌容器中以调节水泥浆浓度，但是，这种方式，不能根据灌注压力连续变化进行浓度的连续调节，无法起到良好的调节效果，另外，粉状水泥直接进入搅拌容器搅拌，水泥浆的浓度变化值较大，无法精确控制水泥浆浓度，而且容易出现了混合不均匀，水泥粉得不到长时间、充分润湿而无法充分融入水泥浆中，形成生团，造成灌注管和空间位于灌注管附近区域堵塞，使得灌注无法持续进行。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提供了一种隧道衬砌的动态灌注方法及系统，在灌注过程中，实时检测灌注压力，根据灌注压力的变化实时调整浆料浓度，解决灌注过程中的漏浆、灌浆管及管外堵塞问题，有效提高空腔灌注的填充率、提高灌注施工效果。

2、为了达到上述目的，第一方面，本发明提供了一种隧道衬砌的动态灌注方法，包括：

3、s10.隧道衬砌前，在隧道拱顶中心沿纵向固定设置灌注管，所述灌注管沿长度方向阵列设置灌注孔，浆料配置筒通过灌注泵与灌注管连接；

4、s20.所述浆料配置筒配置标准浓度浆料，隧道衬砌后，在衬砌层凝固前，灌注泵向灌注管输送所配置的标准浓度浆料，进行拱顶空腔灌注；

5、s30.在拱顶空腔灌注过程中，根据灌注压力动态调整浆料浓度，包括：

6、s31.当灌注压力低于设定范围时，向所述浆料配置筒增加高浓度浆料，高浓度浆料与标准浓度浆料搅拌混合，升高浆料浓度，直至灌注压力升高至设定范围；

7、s32.当灌注压力高于设定范围时，向所述浆料配置筒增加清水，清水与标准浓度浆料搅拌混合，降低浆料浓度，直至灌注压力降低至设定范围；

8、s40.当灌注压力升高至设定上限值时，停止灌注。

9、在一些优选的技术方案中，在所述浆料配置筒设置搅拌混合室及与搅拌混合室输入端连接的高浓度浆料室，搅拌混合室的输出端与灌注管连接，在搅拌混合室配置标准浓度浆料，在高浓度浆料室配置高浓度浆料，灌注过程中，当灌注压力低于设定范围时，将配置的高浓度浆料输送至搅拌混合室，高浓度浆料与标准浓度浆料混合而升高搅拌混合室内的浆料浓度。

10、在一些优选的技术方案中，在搅拌混合室输入端连接第一清水供给管，灌注过程中，当灌注压力高于设定范围时，通过所述第一清水供给管向搅拌混合室输送清水，清水与标准浓度浆料混合而降低搅拌混合室内的浆料浓度。

11、在一些优选的技术方案中，所述灌注泵输送速度可调，灌注过程中，当灌注压力高于设定范围时，降低浆料输送速度，当灌注压力低于设定范围时，升高浆料输送速度。

12、在一些优选的技术方案中，在灌注管连接第二清水供给管，灌注前，通过所述第二清水供给管向灌注管输送清水，进行灌注管及管外的疏通。

13、在一些优选的技术方案中，灌注过程中，当灌注压力短时间高于设定上限时，通过所述第二清水供给管向灌注管输送清水，进行灌注管及管外的疏通，在疏通后灌注低浓度浆料。

14、为了达到上述目的，第二方面，本发明提供了一种隧道衬砌的动态灌注系统，包括浆料配置筒、灌注泵和灌注管；所述浆料配置筒设置有搅拌混合室、高浓度浆料室和第一清水供给管；所述高浓度浆料室通过第一流量控制阀与搅拌混合室的输入端连接，所述第一清水供给管通过第一开关阀与搅拌混合室的输入端连接，所述搅拌混合室的输出端通过灌注泵与灌注管连接；所述灌注管沿隧道拱顶中心纵向延伸并阵列布置有灌注孔，所述灌注泵与灌注管之间设置有用于检测灌注压力的压力传感器。

15、在一些优选的技术方案中，所述灌注泵为变量泵，所述供给系统设置有与灌注泵控制连接的流量调节单元，所述压力传感器与所述流量调节单元信号连接，所述流量调节单元配置为，当灌注压力高于设定范围时降低浆料输送速度，当灌注压力低于设定范围时升高浆料输送速度。

16、在一些优选的技术方案中，所述供给系统设置有与所述第一流量控制阀和第一开关阀控制连接的浓度调节单元，所述压力传感器与浓度调节单元信号连接，所述浓度调节单元配置为，

17、当灌注压力低于设定范围时，控制第一流量控制阀打开，高浓度浆料室向搅拌混合室输送高浓度浆料；

18、当灌注压力高于设定范围时，控制第一开关阀打开，向搅拌混合室输送清水。

19、在一些优选的技术方案中，所述灌注系统设置有第二清水供给管，所述第二清水供给管通过第二开关阀与灌注管连接。

20、现对于现有技术，本发明所提供的隧道衬砌的动态灌注方法及系统的技术效果：

21、第一方面，在灌注过程中，实时检测灌注压力，并根据灌注压力与设定范围的比较进行浆料浓度的连续调节，在灌注压力较小时，实时升高水泥浆浓度，防止漏浆发生；当灌注压力较大时，实时降低水泥浆浓度，防止灌浆管发生堵塞问题，有效提高空腔的灌注率，提高灌注质量；

22、第二方面，通过配置标准浓度浆料、高浓度浆料，在灌注过程中以标准浓度浆料为主，需要提高浆料浓度时，高浓度浆料与标准浓度浆料混合，而不是将粉状水泥直接投入标准浓度浆料，不仅便于调节浓度的精确控制，而且避免了水泥粉短时间内混入标准浓度浆料而得不到充分润湿、融入出现的凝结生团，高浓度的浆料提高堵漏效果，及时解决漏浆问题，提高灌注质量。

23、第三方面，使用第二清水供给管进行灌注前、灌注中堵塞时的疏通，为灌注提供条件，灌注过程中，当灌注压力高于设定范围时，使用第一清水供给管向标准浓度浆料供给清水，降低浆料浓度，从而对灌注管及管外区域起到疏通作用，避免堵塞提高空腔的灌注率。

24、第四方面，灌注管沿着拱顶中心纵向布置，沿长度方向阵列布置灌注孔，单趟灌注管能够完成整个纵向长度的空腔灌注，提高灌注的范围和连续性，避免了串浆、回流问题的发生，便于达到灌注要求时及时停止灌注，提高灌注效果。

技术特征：

1.一种隧道衬砌的动态灌注方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的隧道衬砌的动态灌注方法，其特征在于：在所述浆料配置筒(1)设置搅拌混合室(11)及与搅拌混合室(11)输入端连接的高浓度浆料室(12)，搅拌混合室(11)的输出端与灌注管(3)连接，在搅拌混合室(11)配置标准浓度浆料，在高浓度浆料室(12)配置高浓度浆料，灌注过程中，当灌注压力低于设定范围时，将配置的高浓度浆料输送至搅拌混合室(11)，高浓度浆料与标准浓度浆料混合而升高搅拌混合室(11)内的浆料浓度。

3.根据权利要求2所述的隧道衬砌的动态灌注方法，其特征在于：在搅拌混合室(11)输入端连接第一清水供给管(4)，灌注过程中，当灌注压力高于设定范围时，通过所述第一清水供给管(4)向搅拌混合室(11)输送清水，清水与标准浓度浆料混合而降低搅拌混合室(11)内的浆料浓度。

4.根据权利要求1或2或3所述的隧道衬砌的动态灌注方法，其特征在于：所述灌注泵(2)输送速度可调，灌注过程中，当灌注压力高于设定范围时，降低浆料输送速度，当灌注压力低于设定范围时，升高浆料输送速度。

5.根据权利要求1所述的隧道衬砌的动态灌注方法，其特征在于：在灌注管(3)连接第二清水供给管(5)，灌注前，通过所述第二清水供给管(5)向灌注管(3)输送清水，进行灌注管(3)及管外的疏通。

6.根据权利要求5所述的隧道衬砌的动态灌注方法，其特征在于：灌注过程中，当灌注压力短时间高于设定上限时，通过所述第二清水供给管(5)向灌注管(3)输送清水，进行灌注管(3)及管外的疏通，在疏通后灌注低浓度浆料。

7.一种隧道衬砌的动态灌注系统，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的隧道衬砌的动态灌注系统，其特征在于：

9.根据权利要求7所述的隧道衬砌的动态灌注系统，其特征在于：所述供给系统设置有与所述第一流量控制阀(13)和第一开关阀(41)控制连接的浓度调节单元(8)，所述压力传感器(6)与浓度调节单元(8)信号连接，所述浓度调节单元(8)配置为，当灌注压力低于设定范围时，控制第一流量控制阀(13)打开，高浓度浆料室(12)向搅拌混合室(11)输送高浓度浆料；当灌注压力高于设定范围时，控制第一开关阀(41)打开，向搅拌混合室(11)输送清水。

10.根据权利要求7所述的隧道衬砌的动态灌注系统，其特征在于：所述灌注系统设置有第二清水供给管(5)，所述第二清水供给管(5)通过第二开关阀(51)与灌注管(3)连接。

技术总结
本发明公开了一种隧道衬砌的动态灌注方法及系统，在隧道拱顶中心设置纵向布置的灌注管，浆料配置筒通过灌注泵与灌注管连接；在衬砌层凝固前，灌注泵通过灌注管输送设定浓度范围的标准浓度浆料，进行拱顶空腔灌注；当灌注压力低于设定范围时，向浆料配置筒投入高浓度浆料而与标准浓度浆料搅拌混合，升高浆料浓度至设定范围；当灌注压力高于设定范围时，向浆料配置筒投入清水而与标准浓度浆料搅拌混合，降低浆料浓度降低至设定范围；当灌注压力达到设定上限值时，停止灌注。这种方法及系统能够解决灌注过程中的漏浆、灌浆管及管外堵塞问题，有效提高空腔灌注的填充率、提高灌注施工效果。

技术研发人员：李庆斌,王立川,冀国栋,李景,刘玉飞,赵静波,张帅
受保护的技术使用者：中铁十八局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14