[发明专利]隧道维修加固的置换式旋喷注浆台车与施工方法

说明书

本发明公开了隧道维修加固的置换式旋喷注浆台车与施工方法。安装在加固台车上有多只机械手、安全监测与检测装置、信息处理器、多台旋喷注浆机具、自动制浆机、卧式贮料仓、发机电、隧道结构临时支撑架、施工操作室、抽排泥浆收集箱等。通过具有精准RV关节、电传执行PLC既定指令来控制其动作的机械手，以对称旋喷注浆方式多点同时作业；利用预埋注浆管，对隧道管片外围地层进行置换式旋喷注浆加固；在施工过程中对隧道结构采用临时支撑架加强，确保了施工过程的隧道安全。该发明从根本上解决了在隧道运营窗口期内完成加固维修的难题，实现现场施工操作的自动化，能够保证加固施工质量，工程实施效果良好。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体来说是一种城市地铁隧道或高铁与公路隧道加固维修与主动保护的技术。

背景技术

目前大量运营的隧道，已经出现了不同程度的病害，如隧道管片出现的裂缝、露筋、剥落、腐蚀、错台、开裂、及结构大变形和漏水等问题，直接影响隧道的使用功能和机车运行的安全。对运营隧道的修复加固，目前主要是采用一种临时性加固结构，如内衬钢板圈结构加固、粘贴纤维布及注浆等，这些加固方式由于受隧道内部空间和时间的限制，加固体的尺寸和强度均受到较多控制，无法从根本上修复隧道的病害。

隧道出现的衬砌结构裂缝、衬砌体露筋、剥落、腐蚀、错台、开裂、漏水及结构大变形等问题，主要是由于隧道所处地层的软弱和不均匀，以及受载不均匀和临近人类活动影响所致。例如，城市隧道出现椭圆形变形，是由于隧道顶部承担较大载荷时，隧道两侧的地层不能提供足够的抗力，导致隧道衬砌结构在腰部向外发生变形引起的；另一原因是上覆荷载减少，使隧道结构发生腰部向内收敛变形过大。当变形较大时，就会影响到隧道的安全及使用要求了。其外，当隧道周边分布的地层不均匀时，作用于隧道上的地压呈不均匀分布，将使隧道的衬砌结构出现较大的拉应力和不均匀的变形，从而使隧道管片的拼装连接件变形产生裂缝，导致漏水和外围地层的水土流失，并引起进一步的破坏。

为了永久性地修复隧道的病害，对隧道外侧的地层进行有效加固是一个最好的方法。注浆加固或高压旋喷注浆加固施工法是二种传统的地层加固方法，主要有普通注浆方法，如充填注浆、压密注浆和劈裂注浆等方法；高压旋喷注浆有单重管、双重管高压旋喷注浆和三重管高压旋喷注浆方法。

普通的注浆方法是通过在加固位置钻孔埋设固定的注浆管，注浆管与引孔的孔壁间设有止浆塞，注浆喷嘴定点喷浆，浆液由近及远向地层中流动，压力越大，浆液流动的范围越广，浆液的扩散路径呈脉状不均匀扩散。由于没有置换，当注浆量和压力较大时，注入的浆液将向地层表面流动，或向地下沟槽内流动，浆液的消耗量较大，对隧道本身的影响和损害也较大，对周围建筑的影响难以控制，注浆加固效果不可控，质量较差。

高压旋喷方法是先在加固位置钻孔埋设旋喷注浆管，喷浆嘴安装在旋喷钻头位置，喷浆嘴随喷浆管旋转和提升移动，旋喷管与引孔孔壁之间留有间隙，允许旋喷注射浆液产生的置换泥浆从这个间隙中排出。旋喷嘴喷射的是浆、水和气流体，压力越大，切削地基土的能力越强，能使加固浆液扩散一个较大的直径，形成一个大直径的加固体。由于气升效果，能使置换的泥浆从钻杆与引孔孔壁之间的间隙排出，但是，随着施工深度的增加，气升效果会越来越弱，另外，当间隙堵塞的时候，加固区域的压力会不断增加，一方面造成高压喷嘴的喷射效率会下降，另外会造成地面隆起、挤压管线、损伤隧道结构等副作用。此外，沿钻杆与引孔孔壁之间的间隙随意排出的泥浆清理十分困难，对施工结束后快速恢复通车是无法实现的。传统高压旋喷注浆加固施工时，引孔和注浆压力等参数监测水平较低，导致形成的加固体质量难以达到设计要求。

我国隧道工程，尤其是地铁盾构隧道运营里程已上万公里，采用架设钢拱架(或者格栅拱)等手段对管片进行加固，以保证施工和隧道的安全。但目前，我国隧道施工仍是采用原始的人工肩扛手抬来配合简易台架的传统施工方法，作业人员劳动强度大，危险系数高、作业效率低。要改变这种落后、危险的施工状况，将我国隧道工人从繁重、危险的作业中解放出来，用机械代替人工已成为不可逆转的趋势。