隧道二次衬砌补充注浆方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及隧道工程，具体涉及隧道二次衬砌补充注浆方法。

背景技术：

衬砌是为了防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。衬砌技术通常应用于交通隧道、水利渠道中。二次衬砌是和初期支护相对而言的，是在隧道已经进行初期支护的条件下，用混凝土等材料修建的内层衬砌。隧道二次衬砌，是提供安全储备或承受后期围岩压力的隧道重要结构。

隧道二次衬砌注浆存在拱顶混凝土欠饱满的问题，目前解决隧道二次衬砌注浆欠饱满的方法是进行补充注浆弥补，依靠控制注浆压力判断拱顶脱空是否注满。

补充注浆的效果和注浆厚度的检测技术主要有钻孔取芯法、地质雷达法和声振法。钻孔取芯法是直接从隧道二次衬砌上钻孔取样，可较为直观地得到隧道二衬厚度、脱空深度等信息，但同样会损害隧道衬砌结构。地质雷达法依靠电磁波信号的变化判断隧道二次衬砌的效果，具有无损高效的特点。

近些年发展的超声波检测方法，具有穿透能力强、仅对传播介质属性差异较大界面敏感(克服地质雷达对水敏感致使其不能实现隧道二衬厚度实时检测的缺陷)、检测成本低廉(地质雷达仪价格的1/3～1/2左右)等优点，已广泛应用于医学、军事、工业、农业等领域。超声检测技术，在交通土建领域也已有应用，如混凝土大坝、桥墩、桥台、承台、灌注桩等大体积混凝土的工后质量检测等。

声振法，是另一种隧道二次衬砌背后脱空及厚度无损检测技术。声振法的检测原理是将振动对象作为一个声学谐振子，若振子中存在缺陷，则会对其各谐振模式产生扰动，改变谐振频率等声学特性，通过检测获得声谐振子各模式特性的变化参数，并用数据处理方法对振动参数进行分析处理，实现对脱空面积及位置的模式识别。按照激励方式不同，声振检测法可分为敲击检测以及声阻法检测。

现阶段隧道二次衬砌施工的主要问题是拱顶混凝土注浆欠饱满，致使围岩与二次衬砌混凝土接触不均匀，从而导致二次衬砌局部应力集中，最终发展为二次衬砌开裂。尤其对于高寒和地下水系发达的地区，隧道二次衬砌拱顶的脱空及厚度不足问题，如果得不到及时处理，极易出现拱顶掉块等病害，将对后期运营造成极为严重的安全隐患。

申请号2018113917144，申请公布号cn109405776a，隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备，包括超声波发生器、超声波发射探头、超声波接收探头、超声波接收器、数据处理系统和电源装置；所述超声波发生器输出的超声波脉冲信号，驱动超声波发射探头发出超声波；所述超声波接收探头接收反射回来的超声波信号，将其转换为电信号输入超声波接收器；所述数据处理系统与超声波发生器和超声波接收器连接，控制超声波发生器通过超声波发射探头发出超声波信号，并接收超声波接收器输出的电信号；所述电源装置为设备提供电源。本发明能够满足隧道二次衬砌补充注浆厚度实时检测的要求，在隧道二次衬砌补充注浆施工过程中，实时便捷地检测二次衬砌厚度。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于针对隧道二次衬砌补充注浆不好把握饱满度的问题，提供一种隧道二次衬砌补充注浆方法。

为了实现上述目的，本申请采用的技术方案是隧道二次衬砌补充注浆方法，包括以下操作步骤：

s1.根据所需的流动性和初、终凝时间配置隧道二次衬砌补充注浆浆液；

s2.在隧道拱顶处安装注浆管道；

s3.设置隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备并将其超声波检测装置探头设置于拱顶；

s4.进行隧道二次衬砌补充注浆，通过隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备对补充注浆进行实时监测并根据监测值实时调整注浆量；

其中，所述通过隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备对补充注浆进行实时监测并根据监测值实时调整注浆量，将获取的检测数据通过经过计算机建模处理，图像化反应隧道二次衬砌补充注浆饱满度。

申请人发现目前解决隧道二次衬砌注浆欠饱满的补充注浆技术的局限性较大，尤其在遇到堵管或排气管安装不到位致使有气囊存在的情况下，注浆压力会急剧增高，造成隧道二次衬砌拱顶脱空已注满的假象。并且，传统的隧道二次衬砌补充注浆用高水灰比水泥浆体，难以控制其流动性，常出现浆体沿伸缩缝或防水板破裂处外流现象，对地下水环境造成污染。另一方面，高水灰比水泥浆后期收缩率极大，难以一次性达到注浆预期目标。

隧道二次衬砌检测技术中钻孔取芯法会对隧道衬砌结构造成损伤，且检测区域小，不能全面反映隧道的整体质量情况。地质雷达法由于依靠电磁波信号，对水和空气的敏感度高，需要等到补充注浆液完全凝固后方可准确进行检测，会拖缓隧道施工的工期，并且地质雷达检测方法对检测人员要求高，电磁波信号会影响操作人员健康。声振法是将振动对象作为一个声学谐振子，若振子中存在缺陷，则会对其各谐振模式产生扰动，改变谐振频率等声学特性，通过检测获得声谐振子各模式特性的变化参数，并用数据处理方法对振动参数进行分析处理，实现对脱空面积及位置的模式识别。

但是，目前已有声振法检测技术，也仅适用于隧道二次衬砌注浆砌终凝后的二衬质量检测，难以胜任注浆过程中隧道二衬质量的实时检测。即声振法是根据敲击声的频率和幅值来判断检查对象的缺陷。已有的声振法检测技术是在隧道二次衬砌内浆体完全凝固的基础上进行检测，根据反馈的敲击声频率和幅值，对照以往工程经验总结的频率幅值规律，来反应隧道二次衬砌补充注浆的饱满度。补充注浆浆体凝固和未凝固两种状态对声谐振子的影响不同，不能以浆体终凝后的规律作为注浆过程的规律，因此声振法无法实现隧道二衬补充注浆的实时监测。而超声波的穿透能力强，仅对传播介质属性差异较大界面敏感，可以实时检测浆体与脱空接触面至检测点的距离，从而实现注浆过程中的注浆饱满度检测。

隧道二次衬砌补充注浆前会定点检测一遍隧道拱顶的脱空情况，根据超声波反馈的数据，编制程序利用计算机建立隧道衬砌三维模型，直观表达隧道拱顶的脱空范围和体积。注浆过程中，超声波检测装置采集的数据变化，重复计算过程，将隧道二次衬砌各点的注浆饱满度在计算机三维模型中显示，即将肉眼观察不到的隧道二衬内部注浆情况，经由计算机三维建模、利用超声波反馈的实时数据，从而演变成可以直观观察到的数据具象化处理过程。

介入超声波检测可以克服地质雷达用电磁波对水敏感致使其不能开展注浆饱满度实时检测的缺陷，实现隧道二次衬砌补充注浆施工过程中注浆饱满度的实时检测。介入超声波检测在隧道二次衬砌补充注浆施工中实现“准可视化”，使隧道二次衬砌补充注浆操作能更加准确。

进一步的是，所述超声波检测装置探头设置于拱顶的至少两处位置。

进一步的是，所述根据所需的流动性和初、终凝时间配置隧道二次衬砌补充注浆浆液包括：

1)利用超声波检测装置检测隧道拱顶脱空，估算脱空范围和体积；

2)根据隧道拱顶脱空范围和体积选择性能可控的注浆材料的配合比。

进一步的是，所述根据隧道拱顶脱空范围和体积选择性能可控的注浆材料的配合比的操作为：

设定预设脱空范围值，当拱顶脱空范围大，选择第一注浆材料；当拱顶脱空范围小，选择第二注浆材料；所述第一注浆材料流动性强于第二注浆材料，所述第一注浆材料凝结时间长于第二注浆材料。

进一步的是，所述设置隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备并将其超声波检测装置探头设置于拱顶包括：根据隧道拱顶脱空情况，选择设置注浆孔和排气孔；其中，注浆过程中，以注浆孔为中心，向四周辐射状布置超声波检测点，根据注浆压力的变化，每隔预设的一段时间检测各点的注浆饱满度。

进一步的是，当注浆压力达到注满的设计值时，采用超声波检测装置检测各点的注浆饱满度，判断隧道拱顶脱空是否注满；

如检测到补充注浆饱满度未满足预设要求，则表明注浆孔或排气孔堵塞，需在注浆饱满度未满足要求的区域重新打孔注浆。

进一步的是，注浆时间超出预估时间且仍未注满时，采用超声波检测装置检测各点的注浆饱满度，判断岩土缝隙或伸缩缝是否有注浆材料流失。

进一步的是，当注浆材料流失改变注浆材料的配合比，提高它的粘稠度后继续注浆。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为用于说明地铁地下车站公共区负荷组成的示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参照图1，隧道二次衬砌补充注浆方法，包括以下操作步骤：

s1.根据所需的流动性和初、终凝时间配置隧道二次衬砌补充注浆浆液，以形成隧道二次衬砌注浆浆体1；

s2.在隧道拱顶处安装注浆管道2；

s3.设置隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备并将其超声波检测装置探头3设置于拱顶；

s4.进行隧道二次衬砌补充注浆，通过隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备对补充注浆进行实时监测并根据监测值实时调整注浆量。

介入超声波检测在隧道二次衬砌补充注浆施工中实现“准可视化”，使隧道二次衬砌补充注浆操作能更加准确。

所述通过隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备对补充注浆进行实时监测并根据监测值实时调整注浆量，将获取的检测数据通过经过计算机数据处理系统5建模处理，图像化反应隧道二次衬砌补充注浆饱满度。

所述超声波检测装置探头3设置于拱顶的至少两处位置。这里的超声波检测装置4优选的为一体化便携式装置。补充注浆方式与补充注浆顺序可以经过大量试验和大数据比对，形成系统的注浆工艺与注浆材料性能的对应关系。

所述根据所需的流动性和初、终凝时间配置隧道二次衬砌补充注浆浆液包括：

1)利用超声波检测装置4检测隧道拱顶脱空，估算脱空范围和体积；

2)根据隧道拱顶脱空范围和体积选择性能可控的注浆材料的配合比。

所述根据隧道拱顶脱空范围和体积选择性能可控的注浆材料的配合比的操作为：

设定预设脱空范围值，当拱顶脱空范围大，选择第一注浆材料；当拱顶脱空范围小，选择第二注浆材料；所述第一注浆材料流动性强于第二注浆材料，所述第一注浆材料凝结时间长于第二注浆材料。所述注浆材料依托外加剂和掺合料控制流动性和凝结时间。

所述设置隧道二次衬砌补充注浆厚度检测设备并将其超声波检测装置探头3设置于拱顶包括：根据隧道拱顶脱空情况，选择设置注浆孔和排气孔；其中，注浆过程中，以注浆孔为中心，向四周辐射状布置超声波检测点，根据注浆压力的变化，每隔预设的一段时间检测各点的注浆饱满度。

当注浆压力达到注满的设计值时，采用超声波检测装置4检测各点的注浆饱满度，判断隧道拱顶脱空是否注满；

如检测到补充注浆饱满度未满足预设要求，则表明注浆孔或排气孔堵塞，需在注浆饱满度未满足要求的区域重新打孔注浆。

注浆时间超出预估时间且仍未注满时，采用超声波检测装置4检测各点的注浆饱满度，判断岩土缝隙或伸缩缝是否有注浆材料流失。当注浆材料流失改变注浆材料的配合比，提高它的粘稠度后继续注浆。

具体可以按下列操作步骤进行：

一、利用超声波检测装置4检测隧道拱顶脱空，估算脱空范围和体积。根据隧道拱顶脱空范围和体积选择性能可控的注浆材料的配合比，例如拱顶脱空范围大，选择流动性好、凝结时间长的注浆材料，避免多次打孔注浆；拱顶脱空范围小，选择粘稠、凝结时间短的注浆材料，防止注浆材料从岩土缝隙中流失。

二、根据隧道拱顶脱空情况，选择设置注浆孔和排气孔。注浆过程中，以注浆孔为中心，向四周辐射状布置超声波检测点，根据注浆压力的变化情况，每隔一段时间检测各点的注浆饱满度。

三、注浆压力达到注满的设计值时，利用超声波检测装置4检测各点的注浆饱满度，判断隧道拱顶脱空是否注满。如检测到补充注浆饱满度未满足要求，则表明注浆孔或排气孔堵塞，需在注浆饱满度未满足要求的区域重新打孔注浆。

四、注浆时间超出预估时间仍未注满的情况下，利用超声波检测装置4检测各点的注浆饱满度，判断注浆材料是否由岩土缝隙或伸缩缝流失，改变注浆材料的配合比，提高它的粘稠度后继续注浆。

五、本隧道二次衬砌补充注浆技术的结束标准为注浆压力达到设计值且各检测点的注浆饱满度满足要求，解决了传统隧道二次衬砌补充注浆技术中拱顶注浆情况难辩识、一次性达到注浆目标难实现的问题。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。