一种隧道内钢架背后填充设备及其施工方法与流程

本发明涉及隧道内型钢钢架设计施工技术领域，特别涉及一种隧道内钢架背后填充设备、一种隧道内钢架背后填充设备的施工方法。

背景技术：

随着我国交通事业的飞速发展，隧道的数量和建设规模都达到了空前之最。在隧道工程设计中，隧道支护结构一般分为初期支护(也叫一次衬砌)和二次衬砌，隧道初期支护施工过程中，由于围岩开挖后存在超挖和欠挖，开挖轮廓线不平整，虽要求初次喷射混凝土要进行找平，但由于无法精细化施工，初次喷射混凝土轮廓线无法与型钢钢架轮廓线一致，使得型钢钢架无法与初次喷射混凝土密贴，存在很多脱空，造成型钢钢架不能很好支撑围岩，约束围岩的变形。

相关技术中，一种对隧道内拱的脱空进行修复的方法为：先通过探测雷达检测隧道内脱空的位置；在所述脱空位置的衬砌表面进行钻孔得到注浆孔并安装注浆管，注浆管伸入至该脱空内；对注浆孔进行注浆并利用探测雷达实时检测脱空内部的浆料填充情况，当浆料充满脱空时停止注浆；浆料固化并达到最终强度后，在衬砌表面开出多条由脱空部位的轮廓线向四周延伸的纵向槽与横向槽；利用细管注浆接头伸入所有纵向槽与横向槽内进行移动注浆，填满浆料并固化，从而实现脱空的修复。

但是，这种修复脱空的方法较为繁琐，需要逐个检测脱空位置，并进行钻孔来填充浆料，并且，若需要填充型钢钢架与初次喷射混凝土之间的空洞，需要在型钢钢架表面进行钻孔进入型钢钢架与初次喷射混凝土之间的脱空位置，这样不仅增加施工难度，拖慢施工周期，而且还会对型钢钢架的结构造成不利影响。

因此，寻找一种可靠、快速施工的型钢与初次喷射混凝土之间脱空的填充方法及其重要。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种隧道内钢架背后填充设备及其施工方法，以解决相关技术中钻孔填充浆料工序繁琐，且施工周期长，对型钢钢架的结构不利的问题。

第一方面，提供了一种隧道内钢架背后填充设备，其包括：钢架，沿隧道开挖轮廓线布置，且设置于所述开挖轮廓线的初次喷射混凝土层表面，用于支撑所述隧道的围岩；注浆管，沿所述钢架的线形设置于所述钢架的背面或靠近背面的翼缘，所述注浆管的两端分别设有与其连通的注浆导管，所述注浆管上设有多个注浆孔，所述注浆孔朝向所述钢架与所述初次喷射混凝土层之间的空洞。

一些实施例中，所述注浆管设置于所述钢架靠近背面的翼缘，且通过金属卡箍固定于所述翼缘。

一些实施例中，所述注浆管上每隔10～15cm设置一排所述注浆孔，所述注浆孔直径为10mm。

一些实施例中，所述注浆孔的外侧包裹有尼龙编织套和无纺布。

第二方面，提供了一种隧道内钢架背后填充设备的施工方法，其包括以下步骤：将上述的注浆管固定至所述的钢架的背面或靠近背面的翼缘；将所述钢架连同所述注浆管一同固定在所述初次喷射混凝土层的表面；对所述钢架表面再次喷射混凝土；向所述注浆导管内注浆，使注浆材料填充满所述钢架背面与所述初次喷射混凝土层之间的空洞。

一些实施例中，在将所述注浆管固定至所述钢架的背面时，所述注浆管采用钢管，且采用点焊的方式焊接于所述钢架的背面。

一些实施例中，在将所述注浆管固定至所述钢架靠近背面的翼缘时，所述注浆管采用钢管或者塑料管；当所述注浆管采用钢管时，所述注浆管通过点焊的方式焊接于所述钢架的翼缘；当所述注浆管采用塑料管时，所述注浆管外套设有金属卡箍，所述金属卡箍焊接于所述钢架的翼缘。

一些实施例中，在向所述注浆导管内注浆之前，采用保护罩将所述注浆导管的自由端部堵塞，在注浆时移除所述保护罩。

一些实施例中，在向所述注浆导管内注浆时，从所述注浆管最低的所述注浆导管开始注浆，将注浆材料向上挤压注入。

一些实施例中，在向所述注浆导管内注浆时，当单位时间内压力损失小于设定值后，再保压2分钟以上。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种隧道内钢架背后填充设备及其施工方法，由于在所述钢架的背面或靠近背面的翼缘处设置了所述注浆管，且所述注浆管上设有朝向所述钢架与所述初次喷射混凝土层之间空洞的多个所述注浆孔，所述注浆管的两端分别设有与其连通的所述注浆导管，通过向所述注浆导管内注入注浆材料，所述注浆材料进而流入所述注浆管，通过所述注浆管上的所述注浆孔直接进入所述空洞，从而可以填充所述钢架与所述初次喷射混凝土层之间的空洞，使所述钢架与所述初次喷射混凝土层密贴，不需要通过钻孔的方式来填充所述钢架与所述初次喷射混凝土层之间的空洞，在安装完所述钢架，且对所述钢架表面再次喷射混凝土之后，直接向所述注浆导管内注浆便可达到填充所述空洞的目的，因此，简化了施工工序，同时也缩短了施工周期，不需要钻孔来破坏所述钢架的结构，提高了所述钢架的耐久性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的隧道的结构示意图；

图2为图1中a的放大示意图；

图3为本发明实施例提供的一种隧道内钢架背后填充设备的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种隧道内钢架背后填充设备的注浆管在钢架上的布置位置示意图；

图5为本发明实施例提供的一种隧道内钢架背后填充设备的注浆导管与注浆管的连接结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种隧道内钢架背后填充设备的注浆孔在注浆管上的布置位置示意图；

图7为本发明实施例提供的一种隧道内钢架背后填充设备的注浆管在注浆孔处的横断面示意图。

图中：1、二次衬砌；2、再次喷射混凝土层；21、初次喷射混凝土层；22、空洞；3、钢架；31、背面；32、翼缘；4、注浆管；41、注浆导管；42、注浆孔；43、焊缝；44、金属卡箍；45、尼龙编织套；46、无纺布；5、围岩；51、开挖轮廓线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种隧道内钢架背后填充设备及其施工方法，其能解决相关技术中钻孔填充浆料工序繁琐，且施工周期长，对型钢钢架的结构不利的问题。

参见图2及图3所示，为本发明实施例提供的一种隧道内钢架背后填充设备，其包括：钢架3，用于支撑隧道的围岩5；注浆管4，设置于所述钢架3上，用于向所述钢架3与初次喷射混凝土层21之间的空洞22注浆。

参见图1至图3所示，在一些实施例中，所述钢架3可以为型钢，一般采用工字钢、h型钢、槽钢等制造而成，其沿隧道纵长方向的宽度可以为10～20cm，且可以沿隧道的开挖轮廓线51每隔一定距离布置一圈，为方便施工，所述隧道中的每一圈所述钢架3可以由多节拼装成一个整体，所述隧道的开挖轮廓线51表面设有初次喷射混凝土层21，所述钢架3设置于所述初次喷射混凝土层21的表面；每一节所述钢架3可以按照所述初次喷射混凝土层21的轮廓设置为弧形，且所述钢架3与所述初次喷射混凝土层21相接触的表面为所述钢架3的背面31，所述钢架3靠近其背面31处还设有与所述背面31相连接的翼缘32。

参见图3和图4所示，在一些可选的实施例中，所述注浆管4可以沿所述钢架3的线形设置于所述钢架3的背面31或所述翼缘32，即所述注浆管4的形状可以弯曲成与所述钢架3一致的弧形，且每一节所述钢架3上均对应设置一个所述注浆管4，所述注浆管4的材料可以是钢或者塑料，当所述注浆管4选用塑料管时，其可以设置于所述钢架3的翼缘32(参见图4中的③所示)，所述注浆管4的外表面可以套设有金属卡箍44，所述金属卡箍44可以焊接于所述钢架3的翼缘32，且沿所述钢架3的线形，可以每隔20～30cm设置一个所述金属卡箍44，所述注浆管4通过所述金属卡箍44来固定在所述钢架3的翼缘32，所述金属卡箍44与所述翼缘32之间焊缝43的高度应可以保证在施工过程中所述金属卡箍44不会脱落。

参见图3和图4所示，在一些实施例中，当所述注浆管4选用钢管时，其可以设置于所述钢架3的背面31(参见图4中的②所示)，或者设置于所述翼缘32(参见图4中的①所示)，所述注浆管4可以采用点焊的方式焊接在所述钢架3上，此时，所述注浆管4与所述背面31或者所述翼缘32之间的焊缝43高度应能保证在施工过程中所述注浆管4不会脱落，且所述注浆管4优选焊接于所述背面31的对称中心线上。

参见图4、图6和图7所示，在一些实施例中，所述注浆管4上可以每隔10～15cm设置一排注浆孔42，所述注浆孔42的直径可以为10mm，且所述注浆孔42应朝向所述钢架3与所述初次喷射混凝土层21之间的空洞22，且可以在所述注浆孔42的外侧采用尼龙编织套45和无纺布46包裹，用于防止喷射混凝土时将所述注浆孔42堵塞。

参见图3、图5所示，在一些可选的实施例中，每一所述注浆管4的两端可以分别设有与其相连通的注浆导管41，所述注浆导管41的自由端部可以采用保护罩堵塞，所述保护罩可以采用塑料或其他材质，在向所述注浆导管41内注浆时，可以移除所述保护罩，且为保证所述注浆导管41的稳定，避免在施工过程中其发生变形、脱落，可以额外利用钢筋将所述注浆导管41与所述钢架3焊接在一起；当所述注浆管4设置于所述钢架3的背面31时，所述注浆导管41可以自与所述注浆管4的连接处横向延伸出所述背面31，并进一步延伸至所述钢架3的一侧(参见图5中的②所示)，当所述注浆管4设置于所述钢架3的翼缘32时，所述注浆导管41可以直接自与所述注浆管4的连接处延伸至所述钢架3的一侧(参见图5中的①和③所示)，当需要向所述空洞22内注浆时，可以通过向所述注浆导管41的一端注入水泥浆，所述水泥浆通过所述注浆导管41流入所述注浆管4中，并进一步通过所述注浆孔42注入所述空洞22中，使所述钢架3与所述初次喷射混凝土层21之间的空洞22填充密实；由于所述注浆管4与所述钢架3的线形相同，使所述注浆管4自所述钢架3的一端一直延伸至其另一端，因此，所述注浆管4可以沿着所述钢架3的轮廓充分填充所述钢架3的背面31与所述初次喷射混凝土层21之间空洞22。

参见图1所示，为本发明实施例提供的一种隧道内钢架背后填充设备的施工方法，其包括以下步骤：

步骤1：将上述的注浆管4固定至上述的钢架3的背面31或靠近背面31的翼缘32。

参见图4所示，在一些实施例中，于步骤1中，在将所述注浆管4固定至所述钢架3上时，若所述注浆管4为钢管，则可以采用点焊的方式将所述注浆管4焊接于所述钢架3的背面31或者靠近所述背面31的翼缘32。

参见图4所示，在一些可选的实施例中，于步骤1中，在将所述注浆管4固定至所述钢架3上时，若所述注浆管4为塑料管，则可以将所述注浆管4固定在所述钢架3的翼缘32，且所述注浆管4外可以套设有金属卡箍44，所述金属卡箍44可以焊接于所述翼缘32，从而将上述注浆管4固定在所述钢架3上，且所述金属卡箍44的设置位置不能遮挡所述注浆孔42。

在一些可选的实施例中，于步骤1中，在将所述注浆管4固定至所述钢架3上时，为保证所述注浆导管41的稳定，避免在施工过程中所述注浆导管41变形、脱落，可以额外利用钢筋将所述注浆导管41与所述钢架3焊接在一起。

步骤2：将所述钢架3连同所述注浆管4一同固定在所述初次喷射混凝土层21的表面。

参见图1及图3所示，在一些实施例中，于步骤2中，在将所述钢架3连同所述注浆管4固定至所述初次喷射混凝土层21的表面时，所述隧道横截面上的每一圈所述钢架3可以均由多节拼装而成，每一节所述钢架3上设有一个所述注浆管4。

步骤3：对所述钢架3表面再次喷射混凝土。

参见图1和图2所示，在一些可选的实施例中，于步骤3中，对所述钢架3的表面再次喷射混凝土，使所述钢架3的表面形成再次喷射混凝土层2。

参见图2和图7所示，在一些实施例中，于步骤3中，在对所述钢架3表面再次喷射混凝土之前，可以采用尼龙编织套45和无纺布46包裹所述注浆孔42的外侧，防止再次喷射混凝土时堵塞所述注浆孔42。

步骤4：向所述注浆导管41内注浆，使注浆材料填充满所述钢架3背面31与所述初次喷射混凝土层21之间的空洞22。

在一些可选的实施例中，于步骤4之前，在向所述注浆导管41内注浆前，可以采用保护罩将上述注浆导管41的自由端部堵塞，在注浆时移除上述保护罩，且所述保护罩可以选用塑料或其它材质。

在一些实施例中，于步骤4之前，在向所述注浆导管41内注浆前，可以进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确。

参见图1和图3所示，在一些实施例中，于步骤4中，在向所述注浆导管41内注浆时，每根所述注浆管4均应进行注浆，不能遗漏。

参见图1和图3所示，在一些可选的实施例中，于步骤4中，在向所述注浆导管41内注浆时，应从每一所述注浆管4偏下端的所述注浆导管41开始注浆，将注浆材料挤压注入所述钢架3的背面31与所述初次喷射混凝土层21之间的空洞22，待把底部的所述空洞22注满之后再向所述注浆管4偏上端的所述注浆导管41注浆。

在一些实施例中，于步骤4中，在向所述注浆导管41内注浆时，当单位时间内压力损失小于设定值后，再保压2分钟以上，也就是说，当压力计显示没有或很少压力损失时，还应维持该压力至少2分钟后再终止注浆，此时注浆材料不再向所述注浆管4内流入。

参见图1和图3所示，在一些可选的实施例中，于步骤4中，在向所述空洞22内填充完注浆材料后，在所述再次喷射混凝土层2的表面进行二次衬砌1，由于所述注浆管4沿着所述钢架3的线形固定在所述钢架3上，因此所述注浆管4可以将所述空洞22填充密实，使所述钢架3隔绝空气，所述钢架3不易生锈腐蚀，提高了其耐久性从而不丧失承载能力，且所述钢架3与所述初次喷射混凝土层21之间的空洞22填充之后，可以有效控制围岩5的松弛，有利于提高所述二次衬砌1的可靠性。

本发明实施例提供的一种隧道内钢架背后填充设备及其施工方法的原理为：

由于沿所述钢架3的线形在其背面31或靠近背面31的翼缘32处设置了所述注浆管4，且所述注浆管4上设有朝向所述钢架3与所述初次喷射混凝土层21之间空洞22的多个所述注浆孔42，所述注浆管4的两端分别设有与其连通的所述注浆导管41，通过向所述注浆导管41内注入注浆材料，所述注浆材料进而流入所述注浆管4，通过所述注浆管4上的所述注浆孔42直接进入所述空洞22，从而可以填充所述钢架3与所述初次喷射混凝土层21之间的空洞22，使所述钢架3与所述初次喷射混凝土层21密贴，不需要通过钻孔的方式来填充所述钢架3与所述初次喷射混凝土层21之间的空洞22，在安装完所述钢架3，且对所述钢架3表面再次喷射混凝土之后，直接向所述注浆导管41内注浆便可达到填充所述空洞22的目的，因此，简化了施工工序，同时也缩短了施工周期，不需要钻孔来破坏所述钢架3的结构，提高了所述钢架3的耐久性；同时，由于所述注浆管4是沿着所述钢架3的线形设置的，使所述钢架3的背面31沿着其纵长向的轮廓线从一端至另一端均对应设有所述注浆管4，从而所述背面31的每一处均可以有注浆材料注入，所述钢架3与所述初次喷射混凝土层21之间的空洞22可以被充分填充，几乎不会有遗漏的所述空洞22。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。