一种衬砌取芯孔填补灌注装置及其施工方法与流程

1.本发明涉及隧道二次衬砌质量检测技术领域，具体是涉及一种衬砌取芯孔填补灌注装置及其施工方法。


背景技术：

2.在隧道工程施工中，二次衬砌的质量检测中要求按照检测频率进行钻孔取样，并对芯样进行混凝土强度的实体检测来判定施工质量是否满足设计和验标要求。隧道衬砌(拱墙)上钻芯取样用的取芯孔的孔径为100mm,取样深度根据不同部位安装规范要求确定。
3.钻孔取芯完毕后，若不对取芯孔进行封堵，在隧道的长期运营过程中会造成孔内腐蚀，侵蚀衬砌内部的钢筋，进而影响二次衬砌的结构强度。现有部分施工过程中会通过人工现场填塞封堵取芯孔，封堵的质量得不到保障。对于在拱部和拱肩部位的取芯孔，由于为高空作业，手动封堵难度大，填塞的密实度得不到保障，特别是孔口向下或倾斜向下的取芯孔，稍有问题就会出现混凝土掉落，存在高风险事故隐患。


技术实现要素：

4.本发明的第一目的是提供一种方便填补取芯孔，使取芯孔内填充物的密实度和饱满度达到设计要求的衬砌取芯孔填补灌注装置。
5.本发明的第二目的是提供上述衬砌取芯孔填补灌注装置的施工方法。
6.为了实现上述的第一目的，本发明提供的一种衬砌取芯孔填补灌注装置，包括封口面板和三个挡板，封口面板的中部开设有贯穿其厚度方向的入料口，三个挡板围合在封口面板的外表面并形成入料通道，入料通道与入料口连通，入料通道的延伸方向与入料口的延伸方向以锐角相交，封口面板设置有多个连接部，连接部贯穿地开设有安装孔，安装孔位于入料口的四周。
7.由上述方案可见，通过设置封口面板，用于在取芯孔处安装固定本发明的衬砌取芯孔填补灌注装置；通过设置入料口，用于与衬砌的取芯孔连通，通过设置入料通道，用于从入料通道向入料口和取芯孔浇筑膨胀水泥砂浆，以填补取芯孔；通过设置入料通道，有利于方便在浇筑过程中对取芯孔内的膨胀水泥砂浆进行捣鼓操作，以进一步提高膨胀水泥砂浆的饱满度和密实度。本发明的入料通道与入料口以锐角相交，在对孔口向下或倾斜向下的取芯孔进行填补时，利用入料通道的侧壁阻挡浇筑至取芯孔内的膨胀水泥砂浆，防止膨胀水泥砂浆在凝固前掉落，有利于保证取芯孔内膨胀水泥砂浆灌注饱满及其密实度达到设计要求。
8.进一步的方案是，其中两个挡板分设在入料口的两侧，另一挡板与入料口相对布置，与入料口相对布置的挡板从封口面板的外表面向外倾斜延伸并与封口面板相交成锐角。
9.进一步的方案是，封口面板的内侧设置有密封件，密封件位于入料口的四周，密封件采用柔性材料制成。
10.由上述方案可见，通过设置柔性材料制成的密封件，安装本发明的填补灌注装置时，通过封口面板挤压密封件，使得封口面板与衬砌的弧形拱肩或弧形拱顶之间能密封连接，防止在后续浇筑膨胀水泥砂浆时，发生膨胀水泥砂浆泄露的情况。
11.为了实现上述的第二目的，本发明提供的一种衬砌取芯孔填补灌注装置的施工方法，包括如下步骤：
12.对取芯孔进行拉毛处理；
13.清理取芯孔并进行湿水处理；
14.安装衬砌取芯孔填补灌注装置，使得衬砌取芯孔填补灌注装置的入料口与取芯孔连通，衬砌取芯孔填补灌注装置的入料通道位于取芯孔的外侧；
15.通过入料通道和入料口向取芯孔内浇筑膨胀水泥砂浆；
16.待膨胀水泥砂浆达到预设强度要求后，拆除衬砌取芯孔填补灌注装置；
17.对取芯孔表面进行打磨。
18.由上述方案可见，对取芯孔进行拉毛处理，有利于提高膨胀水泥砂浆与取芯孔孔壁的粘结力；通过安装衬砌取芯孔填补灌注装置，有利于方便对衬砌上的取芯孔进行填补灌注操作，防止在浇筑过程中，膨胀水泥砂浆在其自身重力作用下脱离取芯孔，有利于使得取芯孔内的膨胀水泥砂浆饱满度和密实度达到设计要求；通过在浇筑后对取芯孔表面进行打磨，使得使得取芯孔孔口表面及其附件区域较为平整，以贴合衬砌的表面。
19.进一步的方案是，在对取芯孔进行拉毛处理前，在取芯孔的孔口一端凿出楔形孔，楔形孔的孔底一端与取芯孔连通，楔形孔的孔底直径大于取芯孔的直径，楔形孔的孔口直径大于取芯孔的直径并小于楔形孔的孔底直径；在对取芯孔进行拉毛处理时，同步对楔形孔进行拉毛处理。
20.由上述方案可见，通过在取芯孔的孔口一端凿出楔形孔，有利于增加孔内封堵料的嵌入作用，提高膨胀水泥砂浆与孔洞的连接强度。
21.进一步的方案是，在清理取芯孔时，同步清理楔形孔及取芯孔内的灰尘及杂物，并采用有压水对楔形孔及取芯孔进行清洗及湿水处理。
22.进一步的方案是，膨胀水泥砂浆中胶凝材料的最少用量为350kg/m3，膨胀剂掺量为10％至15％，水胶比小于或等于0.5；膨胀水泥砂浆在浇筑过程中采用多次少量的方式进行浇筑。
23.进一步的方案是，浇筑完毕后，采用钢筋从入料通道倾斜插入，对取芯孔内的膨胀水泥砂浆进行搅动振捣。
24.进一步的方案是，衬砌取芯孔填补灌注装置可对衬砌拱肩上的取芯孔进行填补，也可对衬砌拱顶上的取芯孔进行填补。
25.又进一步的方案是，入料口与取芯孔偏心布置，入料口包括第一边沿和第二边沿，第一边沿和第二边沿在其横截面上的投影落在入料通道延伸方向的两端；在取芯孔的横截面上，第一边沿的投影落入取芯孔内，第二边沿的投影落在取芯孔外。
26.由上述方案可见，入料口与取芯孔偏心布置，一方面方便膨胀水泥砂浆从入料口进入取芯孔，方便膨胀水泥砂浆的浇筑操作，另一方面又使得部分膨胀水泥砂浆能在封口面板内表面的阻挡作用下，停留在取芯孔内，防止膨胀水泥砂浆跌落。
附图说明
27.图1是本发明衬砌取芯孔填补灌注装置实施例的结构图。
28.图2是现有衬砌拱肩处取芯孔的结构图。
29.图3是本发明施工方法中开凿楔形孔的结构图。
30.图4是本发明施工方法中安装衬砌取芯孔填补灌注装置的结构图。
31.图5是本发明施工方法中浇筑膨胀水泥砂浆的结构图。
32.图6是本发明施工方法中拆除衬砌取芯孔填补灌注装置的结构图。
33.图7是本发明施工方法中对取芯孔表面打磨后的结构图。
34.图8是本发明施工方法中对拱顶上的取芯孔进行填补灌注的结构。
35.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
36.衬砌取芯孔填补灌注装置实施例
37.参见图1，本实施例提供的衬砌取芯孔填补灌注装置可安装于衬砌的取芯孔四周，用以取代现有技术中人工手动填补取芯孔，本实施例还可用于填补拱肩和拱顶上的取芯孔。
38.本实施例提供的衬砌取芯孔填补灌注装置包括封口面板1、第一挡板2和两个第二挡板3。封口面板1的中部开设有矩形的入料口4，入料口4贯穿封口面板1的厚度方向。第一挡板2和两个第二挡板3围合地设置在封口面板1的外表面一侧并形成有三角形的入料通道5，入料通道5与入料口4连通，且入料通道5的延伸方向与入料口4的延伸方向以锐角相交。具体地，第二挡板3设为直角三角形，两个第二挡板3分设在入料口4的左右两侧，两个第二挡板3平行布置。第一挡板2设为矩形，第一挡板2设置在两个第二挡板3之间，即位于入料口4相对的一侧，第一挡板2从封口面板1的外表面向外倾斜延伸并与封口面板1的表面相交成预设锐角，该预设锐角的角度范围为50
°
至70
°
，本实施例优选为64
°
。第一挡板2的下部穿过封口面板1的厚度方向与封口面板1内表面的边沿连接，使得入料通道5与入料口4平滑过渡，方便后续灌注膨胀水泥砂浆8和插入振捣用的钢筋。
39.为了方便拆模，入料口4包括三个围边和一个开口，该开口与入料通道5的入口同向，三个围边分别与三个挡板对应布置。为了方便后续说明，将与开口相对的一围边，即在下的围边设为第一边沿41，将开口的虚拟边缘设为第二边沿42，第一边沿41和第二边沿42在入料口4横截面上的投影落在入料通道5延伸方向的两端，即在封口面板1的内表面内，第一边沿41与第二边沿42相对布置。
40.为了方便封口面板1固定安装至衬砌上，在封口面板1的四个角部上分别设置有连接部11，连接部11上贯穿地开设有安装孔12，多个安装孔12位于入料口4的四周，以限制固定入料口4与取芯孔6紧密连接。本实施例的连接部11为耳座，耳座凸起于封口面板1的侧壁，安装孔12为螺栓孔，通过螺栓将封口面板1固定在衬砌上。
41.本实施例的封口面板1、三个挡板均采用薄铁板焊制而成，由于衬砌一般为拱形，衬砌表面具有第一弧度，为了配合衬砌9表面的弧度，可在封口面板1的内表面一侧设置密封件，密封件围绕在入料口4的四周，密封件采用柔性材料制成，优选为橡胶或土工布。本实施例在安装时，封口面板1挤压密封件，使得入料口4的四周处于密封状态，防止后续在浇筑
膨胀水泥砂浆过程中，发生膨胀水泥砂浆泄露的现象。为了方便脱模，入料口4的上方设有开口，开口与封口面板1的外界直接连通。拆除本实施例时，只需卸下所有螺栓，然后沿入料口4的延伸方向(即封口面板1的厚度方向)直接取下本实施例即可。
42.施工方法第一实施例
43.参见图2至图7，本实施例以拱肩上的取芯孔6为例说明衬砌取芯孔填补灌注装置的施工方法，拱肩上的取芯孔6处于水平状态(或向下倾斜状态。如图1所示，现有的取芯孔6的直径为100mm,其孔底直径与孔口直径均相等。
44.本实施例中衬砌取芯孔填补灌注装置的施工方法包括如下步骤：
45.步骤一，在取芯孔6的孔口一端扩大地开凿出楔形孔7，楔形孔7与取芯孔6同轴布置，楔形孔7的孔底一端与取芯孔6连通。楔形孔7的轴截面呈等腰梯形，楔形孔7的孔底直径大于取芯孔6的直径，楔形孔7的孔口直径大于取芯孔6的直径，且楔形孔7的孔口直径小于楔形孔7的孔底直径。
46.步骤二，采用钢毛刷对楔形孔7和取芯孔6的内壁进行拉毛处理，以保证后续浇筑的膨胀水泥砂浆8界面的搭接效果。
47.步骤三，清理楔形孔7和取芯孔6内的灰尘及杂物，并采用有压水对楔形孔7及取芯孔6进行清洗及湿水处理。
48.步骤四，沿竖向安装上述实施例的衬砌取芯孔填补灌注装置，使得衬砌取芯孔填补灌注装置的入料口4与取芯孔6连通，衬砌取芯孔填补灌注装置的入料通道5位于取芯孔6的外侧。此时，入料口4与取芯孔6偏心布置，在取芯孔6的横截面上，第一边沿41的投影落入取芯孔6内，优选第一边沿41的投影落在取芯孔6的中心线附近，即位于取芯孔6中心线偏上一点或偏下一点，第二边沿42的投影落在楔形孔7之外，使得楔形孔7的孔口上部与入料通道5连通，而楔形孔7的孔口下部被入料口4下部的封口面板1所阻挡，以限制或阻挡后续浇筑至取芯孔6内的膨胀水泥砂浆8向孔外流动，确保取芯孔6内膨胀水泥砂浆8的饱满度和密实度。安装衬砌取芯孔填补灌注装置时，螺栓穿过封口面板1的安装孔12并嵌入衬砌9内，实现衬砌取芯孔填补灌注装置固定安装，此时封口面板1向衬砌9方向挤压密封件，即使衬砌9表面具有一定弧度，也能确保密封件密封地连接在封口面板1和衬砌9之间，防止后续浇筑时膨胀水泥砂浆8泄露。
49.步骤五，浇筑膨胀水泥砂浆8，膨胀水泥砂浆8从入料通道5的开口进入，并穿过入料口4向楔形孔7和取芯孔6内流动，以填补楔形孔7和取芯孔6。为了保证楔形孔7和取芯孔6内填充物的饱满度达标，在浇筑膨胀水泥砂浆8时，一般会满灌，即膨胀水泥砂浆8填满楔形孔7和取芯孔6后，继续浇筑，直至入料口4和入料通道5内均灌满膨胀水泥砂浆8。膨胀水泥砂浆8的物理性能指标应符合jc476
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2001《混凝土膨胀剂》建材行业标准，具体地，膨胀水泥砂浆8中胶凝材料的最少用量为350kg/m3，膨胀剂掺量为10％至15％，水胶比小于或等于0.5。本实施例使用该配比的膨胀水泥砂浆8填补取芯孔6，利用膨胀水泥砂浆8在硬化过程中体积不会发生收缩，还略有膨胀，以保证填充物硬化后，取芯孔6内始终保持较高的饱满度和密实度。在浇筑过程中，膨胀水泥砂浆8采用多次少量的方式进行浇筑，直至膨胀水泥砂浆8填充满整个孔洞。
50.步骤六，浇筑完毕后，可使用直径为6.5mm的钢筋从入料通道5倾斜插入取芯孔6内，对孔洞内的膨胀水泥砂浆8进行搅动振捣，以确保密实度达到要求。
51.步骤七，待膨胀水泥砂浆8凝固并达到预设强度要求后，拆除衬砌取芯孔填补灌注装置，先卸下所有的螺栓，然后将封口面板1沿取芯孔6的轴向脱离衬砌9表面。
52.步骤八，采用角磨机对楔形孔7表面进行打磨，即打磨去掉原入料通道5及入料口4处的膨胀水泥砂浆8，使得楔形孔7表面与衬砌9的表面平齐。
53.步骤九，采用浇水保湿的养护方式养护浇筑的膨胀水泥砂浆8，养护时间要大于或等于七天。
54.施工方法第二实施例
55.参见图8，本实施例以拱顶上的取芯孔6为例说明衬砌取芯孔填补灌注装置的施工方法，拱顶上的取芯孔6处于竖直向下的状态，现有的取芯孔6的直径为100mm,其孔底直径与孔口直径均相等。
56.本实施例的各个步骤与上述施工方法第一实施例的步骤基本相同，相同点在此不再赘述，两个实施例的不同点在于：
57.在步骤四中，沿横向安装上述实施例的衬砌取芯孔填补灌注装置，使得衬砌取芯孔填补灌注装置的入料口4与取芯孔6连通，衬砌取芯孔填补灌注装置的入料通道5位于取芯孔6的外侧。此时，入料口4与取芯孔6偏心布置，在取芯孔6的横截面上，第一边沿41的投影落入取芯孔6中心线附近，第二边沿42的投影落在楔形孔7之外，使得楔形孔7的孔口左侧与入料通道5连通，而楔形孔7的孔口右侧被入料口4右侧的封口面板1所阻挡，以限制或阻挡后续浇筑至取芯孔6内的膨胀水泥砂浆8向孔外流动，确保取芯孔6内膨胀水泥砂浆8的饱满度和密实度。
58.为了方便膨胀水泥砂浆8沿入料通道5向外流动，还可在入料通道5远离入料口4的一端设置挡板(图中未示出)，挡板沿竖直方向延伸，膨胀水泥砂浆8的灌注口穿过挡板伸入入料通道5内向取芯孔6内浇筑膨胀水泥砂浆8，此时，少量的膨胀水泥砂浆8在其自身重力作用下沿倾斜的入料通道5向外界流动，然后被挡板所拦截。
59.综上可见，本发明通过设置封口面板，用于在取芯孔处安装固定本发明的衬砌取芯孔填补灌注装置；通过设置入料口，用于与衬砌的取芯孔连通，通过设置入料通道，用于从入料通道向入料口和取芯孔浇筑膨胀水泥砂浆，以填补取芯孔；通过设置入料通道，有利于方便在浇筑过程中对取芯孔内的膨胀水泥砂浆进行捣鼓操作，以进一步提高膨胀水泥砂浆的饱满度和密实度。本发明的入料通道与入料口以锐角相交，在对孔口向下或倾斜向下的取芯孔进行填补时，利用入料通道的侧壁阻挡浇筑至取芯孔内的膨胀水泥砂浆，防止膨胀水泥砂浆在凝固前掉落，有利于保证取芯孔内膨胀水泥砂浆灌注饱满及其密实度达到设计要求。
60.最后需要强调的是，以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。