一种隧道衬砌模块化无极纵向注浆方法与流程

本发明属于隧道衬砌注浆，具体涉及一种隧道衬砌模块化无极纵向注浆方法。

背景技术：

1、隧道二衬传统施工方法为全液压衬砌台车逐窗分层浇筑及自下而上的冲顶灌注工艺，混凝土的流动性难以达到理想的状态，两个灌注孔之间的空气无法全部排空，因此，隧道二衬传统施工方法收到垂直灌注工艺的限制，二衬背后脱空现象无法避免，而目前的纵向注浆工艺，通常采用一整根注浆长管插入隧道衬砌拱部中间顶部进行单次注浆，然后整根取出，从而严重影响了其他工序的作业空间，比如衬砌台车前面还有防水板敷设、支架防护，开挖等作业工序，导致延误整体作业工期。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种隧道衬砌模块化无极纵向注浆方法，操作自动，快捷安拆注浆管道，解决隧道二衬传统施工方法导致二衬背后脱空现象无法避免，目前的纵向注浆工艺采用整根注浆长管整根进出导致影响了其他工序的作业空间的问题。

2、为此，本发明所采用的技术方案为：一种隧道衬砌模块化无极纵向注浆方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、沿隧道衬砌浇筑模板拱顶部左中右对称预留三个供注浆管道穿过的注浆孔，先对隧道衬砌模板左右边墙部分采用冲顶注浆方式进行灌注；

4、步骤s2、当混凝土灌注至临接隧道衬砌模板的弧形拱部时，通过纵向注浆管道安拆系统首尾螺纹对接安装若干节注浆管道，并同时将每节对接安装好的注浆管道依次推入位于隧道衬砌浇筑模板拱顶注浆孔，当若干节注浆管道对接安装完成并完全放置隧道衬砌模板内后进行注浆；

5、步骤s3、当注浆高度达到设计高度时，通过纵向注浆管道安拆系统一节一节抽出注浆管道并拆除，当最后一节注浆管道抽出隧道衬砌模板时，及时封堵对应的注浆孔；

6、步骤s4、按照步骤s2～步骤s3依次对左右侧其中一个注浆孔和位于中间顶部的注浆孔进行注浆。

7、作为上述方案的优选，所述步骤s2中采用12节注浆管道首尾螺纹对接安装，且每节注浆管道长度为2m～2.5m，保证不短于12m的长管进行注浆，从而深入隧道衬砌内部，设计合理。

8、进一步优选为，所述步骤s3中，当对左右侧其中一个注浆孔进行注浆时，设计高度为高出左右侧注浆孔的0m～0.5m，当高于注浆孔0.5m后会导致混凝土注浆压力不足，范围选择合理；对位于中间顶部的注浆孔进行注浆时，设计高度为隧道衬砌灌顶，注浆孔在未使用时候均处于封闭状态，避免混凝土溢出，设计合理。

9、进一步优选为，所述步骤s2中，纵向注浆管道安拆系统包括对接管道移动总成、纵向限位夹紧注浆管道的注浆管拆装总成、带动注浆管拆装总成横向移动的拆装横移装置和安装在浇筑模板上的注浆管舱门启闭装置，所述对接管道移动总成包括对接管道纵移装置和安装在对接管道纵移装置移动端的对接管道升降装置，所述对接管道升降装置顶部安装有管道夹拖装置，所述对接管道升降装置右侧安装有侧滚油缸装置，用于旋转对接管道升降装置调整隧道注浆管道对接角度；所述拆装横移装置包括支撑架、安装在支撑架上的横移滑轨、沿横移滑轨移动的拆装升降立柱和提供拆装升降立柱横移动力的横移驱动电机减速机；所述注浆管拆装总成包括从后往前依次并列安装在拆装升降立柱顶部的夹管装置、拧管装置、旋管装置，所述夹管装置包括支撑底架和安装在支撑底架上的管道夹紧机构，所述管道夹拖装置包括安装在对接管道升降装置顶部向后延伸的管道夹拖安装架、沿管道夹拖安装架上方纵向铺设的夹拖滑轨、沿夹拖滑轨移动的管道夹紧机构和提供移动驱动力的夹拖液压缸，所述拧管装置包括可俯仰旋转底座和安装在可俯仰旋转底座上的管道夹紧机构，所述管道夹紧机构包括横向底座、横向安装在横向底座上的夹管滑轨、沿夹管滑轨滑移的夹紧移动块和左右镜像安装在夹紧移动块上的弧形夹紧座，所述旋管装置包括旋管固定底座、沿旋管固定底座纵向滑动的旋管横移组件和安装在旋管横移组件上的管道旋转组件，所述旋管横移组件包括横向底座、横向安装在横向底座上的夹管滑轨和沿夹管滑轨滑移的夹紧移动块，所述管道旋转组件左右镜像安装在旋管横移组件的夹紧移动块上；当拆装升降立柱带动注浆管拆装总成下降并横移让出空间时，通过对接管道移动总成使管道夹拖装置向前移动至夹住注浆管道并拖拽回位；

10、相比于全液压衬砌台车逐窗分层浇筑及自下而上的冲顶灌注工艺，采用竖向冲顶注浆，本方案采用纵向注浆的方式，对接管道升降装置右侧安装有用于旋转对接管道升降装置调整隧道注浆管道对接角度的侧滚油缸装置，从而能对隧道拱部左中右三个纵向方向的注浆管道进行轮换注浆，而且通过纵向注浆，注浆管道在注浆的同时也可以排气，一举两得，有效避免二衬背后脱空现象；

11、通过夹管装置夹住后一节的注浆管道，前一节的注浆管道前端通过对接管道移动总成的管道夹拖装置夹紧，然后通过旋管装置将前一节注浆管道拧入后一节的注浆管道，再借助拧管装置拧紧，然后注浆管拆装总成松开注浆管道，并通过拆装横移装置下降横移让位，而对接管道移动总成推动注浆管道沿着注浆孔进入隧道衬砌内，然后松开注浆管道，并后退依次进行下一节管道的安装；

12、旋管横移组件能沿旋管固定底座纵向滑动，从而能前后调节位置，夹紧移动块横向安装在横向底座上的夹管滑轨，从而能带动管道旋转组件左右调节位置，结构环环相扣，设计精妙，管道旋转组件用于使注浆管道自转从而旋紧或旋松；

13、管道夹紧机构安装在可俯仰旋转底座上，从而实现小范围的俯仰旋转，从而结合旋管装置进行加强拧紧或初次拧松，结构布局合理；

14、对接管道升降装置用于调节对接高度，对接管道纵移装置用于调节纵向方位的对接，管道夹拖装置能夹住注浆管道端部对接初步固定，实现上下前后方位的灵活调节，驱动设备均采用液压缸实现自动控制对接，然后注浆，操作简单，省时省力；

15、相比于采用人工不能及时快速封堵，本方案采用隧道衬砌注浆管道启闭舱门进行自动封堵，当最后一节的注浆完成管道端部穿过右侧通孔时，舱门驱动液压杆推动左侧通孔靠近注浆管道至舱门顶紧盖板封住浇筑模板上的注浆口，从而实现自动封堵，省时省力，封堵效率高、密闭性能好，有效避免混凝土外流。

16、进一步优选为，所述夹紧移动块包括主块、固定在主块两端并沿夹管滑轨滑移的固定滑块座和可活动安装在主块中部并沿夹管滑轨滑移的活动滑块座，位于左端的固定滑块座安装有固定在横向底座上的回位弹簧组件,横向底座左端设有回位弹簧安装座，所述回位弹簧组件包括弹簧、弹簧导向轴、位于弹簧左端的弹簧调节螺母和位于弹簧右端的弹簧缓冲垫片，所述弹簧导向轴设有螺纹，且右端穿过固定滑块座后通过螺母固定，左端穿过回位弹簧安装座固定，所述弹簧调节螺母与弹簧导向轴螺纹匹配，从而通过沿弹簧导向轴螺纹旋转移动调节弹簧的长度，设计结构合理。

17、进一步优选为，位于右侧的弧形夹紧座固定安装在右端的固定滑块座上，位于左侧的弧形夹紧座安装在活动滑块座上，左侧的固定滑块座与左侧的弧形夹紧座之间安装有液压推动杆，并能通过液压推动杆推动左侧弧形夹紧座沿夹管滑轨移动靠近右侧弧形夹紧座至夹紧注浆管道，采用液压自动推动，省时省力，设计结构合理。

18、进一步优选为，所述可俯仰旋转底座包括基座、可俯仰旋转安装在基座上的夹紧机构安装座，所述基座顶部设有为弧线滑行路径的滑行通道，所述夹紧机构安装座底部设有穿过滑行通道的弧形滑座，所述滑行通道呈前后对称槽状结构，所述弧形滑座前后对称安装有与滑行通道的槽口匹配的导向滑块，所述基座与管道夹紧机构的横向底座之间铰接安装有拧管液压杆，当拧管液压杆伸缩时，导向滑块沿滑行通道，结构设计巧妙，夹紧机构安装座沿基座左右俯仰旋转，从而实现注浆管道的进一步拧紧或者初次拧松，拆装更方便滑动，带动管道夹紧机构作左右仰俯旋转运动。

19、进一步优选为，所述旋管固定底座前后侧居中设有竖向的弹簧轴安装板，所述旋管横移组件底部设有与弹簧轴安装板前后对应的支板，所述弹簧轴安装板与旋管横移组件底部支板之间安装有水平纵向的弹簧安装轴，且每根弹簧安装轴配备有复位弹簧；所述复位弹簧在靠近旋管横移组件底部支板的一端安装有橡胶垫片、另一端安装有调节螺母，所述旋管固定底座顶部左右靠边对称设有纵向轨道，所述旋管横移组件底部设有沿纵向轨道移动的活动滑块，通过复位弹簧实现旋管横移组件的纵向复位，通过调节螺母调节复位弹簧的长度，从而灵活调节旋管横移组件与旋管固定底座的相对位置，设计巧妙；

20、位于右侧的管道旋转组件固定安装在右端的固定滑块座上，位于左侧的管道旋转组件安装在活动滑块座上，左端固定滑块座与左侧的管道旋转组件之间安装有液压推动杆，并能通过液压推动杆推动左侧管道旋转组件沿夹管滑轨移动靠近右侧管道旋转组件至夹住注浆管道；所述管道旋转组件包括安装主架、驱动电机减速机、安装在驱动电机减速机转轴上的主动齿轮、上下两个与主动齿轮啮合传动的从动齿轮和与从动齿轮同轴转动的旋管滚筒，通过管道旋转组件的驱动电机减速机驱动齿轮传动同步带动左右四个旋管滚筒同向旋转，从而带动注浆管道旋紧，设计巧妙。

21、进一步优选为，所述对接管道纵移装置包括可伸缩纵向注浆套管、纵向伸缩液压缸、固定底座、安装在固定底座上的纵移滑轨和沿纵移滑轨滑动的移动平台，所述可伸缩纵向注浆套管、纵向伸缩液压缸的前端均固定安装在移动平台上、后端均通过管道安装支座安装在地面，当纵向伸缩液压缸伸缩时，带动可伸缩纵向注浆套管同步伸缩的同时带动移动平台沿纵移滑轨滑动；所述可伸缩纵向注浆套管外套管后端通过横向安装座滑动安装在纵移滑轨上，从而实现伸缩，设计结构合理；

22、所述对接管道升降装置包括可旋转安装在移动平台上的对接升降立柱和安装在对接升降立柱上的可伸缩竖向注浆套管，所述可伸缩竖向注浆套管的上下两端均设有折弯段，所述可伸缩竖向注浆套管底部折弯段与可伸缩纵向注浆套管前端对接、顶部折弯段与注浆管道前端对接，所述对接升降立柱上下间隔设有固定可伸缩竖向注浆套管的套管安装支座，对接管道升降装置用于调节对接高度，设计合理；

23、所述拆装升降立柱、对接升降立柱均包括方形内柱、套装在方形内柱上的方形外壳体和提供升降驱动的竖向液压升降杆，所述竖向液压升降杆上下端分别铰接在方形外壳体和方形内柱上，结构安装稳固；

24、所述拆装升降立柱顶部设有分别供夹管装置、拧管装置、旋管装置安装的基台，从而使夹管装置、拧管装置、旋管装置夹住的注浆管道处于纵向水平状态，设计合理保证，有效避免注浆管道偏斜，导致对接安装失败；

25、所述横移滑轨之间设有纵向齿条，所述横移驱动电机减速机固定在拆装升降立柱右侧，且转轴安装有与纵向齿条啮合的齿轮，从而当横移驱动电机减速机驱动转轴沿纵向齿条横向移动时，带动拆装升降立柱横移，设计环环相扣，通过拆装升降立柱横移横向调整对接位置，灵活性强；

26、所述侧滚油缸装置包括安装在对接升降立柱右侧底部的油缸顶推端安装座和侧滚油缸，所述侧滚油缸底端铰接安装在移动平台上、顶端铰接安装在油缸顶推端安装座上，从而能顶推对接升降立柱旋转。

27、进一步优选为，所述注浆管舱门启闭装置包括套装在注浆管道上的舱门固定座、穿插过舱门固定座的舱门开闭挡板和铰接在浇筑模板上并推动舱门开闭挡板的舱门驱动液压杆，所述舱门固定座包括装卸导向套、螺纹套装在装卸导向套后部的舱门压紧反力座和抵住装卸导向套前端面的“t”型密封压环挡板，所述舱门压紧反力座前侧上下靠边处对称安装有供舱门开闭挡板横向移动的挡板活动滑槽，所述挡板活动滑槽的后端面固定安装在浇筑模板上，并与舱门开闭挡板后端面齐平；所述装卸导向套的中部设有环台，且环台的前端面安装有舱门旋紧手柄；所述舱门驱动液压杆一端铰接安装在注浆模板上，另一端与舱门开闭挡板铰接连接；所述舱门开闭挡板左右间隔设有与注浆管道内径匹配的通孔，且左侧通孔配备有舱门顶紧盖板、右侧通孔配备有通孔顶紧环板；当最后一节的注浆完成管道端部穿过右侧通孔时，舱门驱动液压杆启动，推动左侧通孔靠近注浆管道至舱门顶紧盖板封住浇筑模板上的注浆口，并能通过舱门旋紧手柄旋转抵紧，实现自动封堵，省时省力，封堵效率高、密闭性能好，有效避免混凝土外流；

28、所述舱门顶紧盖板通过舱门密封垫安装在左侧通孔，所述通孔顶紧环板通过通孔密封垫安装在右侧通孔，所述舱门开闭挡板由舱门开闭前挡板和舱门开闭后挡板前后组装而成，所述舱门开闭前挡板左端设有与舱门驱动液压杆伸缩端铰接的支座，舱门开闭前挡板后侧设有与舱门开闭后挡板尺寸匹配的安装槽，从而尺寸设计合理，舱门开闭前挡板和舱门开闭后挡板拼装结构稳定；

29、所述通孔边沿设有向后延伸的凸缘，所述舱门开闭后挡板对应通孔处的开孔直径与凸缘外壁契合，且舱门开闭后挡板厚度大于凸缘宽度，舱门开闭后挡板后端面贴合浇筑模板，所述舱门开闭前挡板和舱门开闭后挡板组装后能形成安装台阶，从而使对应通孔分别安装舱门密封垫、通孔密封垫，结构设计巧妙，环环相扣；

30、所述装卸导向套和“t”型密封压环挡板之间内置有v型圈、支撑环、尼龙隔环、尼龙内衬、压环，保证安装稳固性和安装密闭性，封堵注浆口效果好；

31、所述舱门开闭前挡板和舱门开闭后挡板前后螺栓连接，所述“t”型密封压环挡板通过螺栓安装在装卸导向套前端面；所述舱门开闭前挡板采用钢材质，所述舱门开闭后挡板采用尼龙材质，软硬材质结合安装，有效保障在做相对运动时避免两个同时破损，减小维修成本,延长了部件的整体寿命。

32、本发明的有益效果：

33、(1)相比于隧道二衬传统施工方法导致二衬背后脱空现象无法避免，目前的纵向注浆工艺采用整根注浆长管整根进出导致影响了其他工序的作业空间，本方案采用纵向注浆管道安拆系统将多节注浆管道安装形成整根长管，或者将整根长管分拆呈若干节注浆管道，大幅减少注浆管道作业空间，从而避免长管占据过多作业空间，影响整体工期，设计贴合实际需求，构思新颖。

34、(2)隧道衬砌模板预留有左中右三个注浆孔，能根据现场实际方便，灵活旋转左侧或者右侧其中一个注浆孔进行注浆，然后在对中间位于顶部的注浆孔进行注浆，从而形成上下分层浇筑，混凝土浇筑效果好，有效避免只针对左或者右侧浇筑时后续混凝土浇筑压力不足的情况发生，设计构思巧妙，灵活性强。

35、综上所述，具有大幅减少注浆管道作业空间、设计贴合实际需求、构思新颖、混凝土浇筑效果好等优点。