一种提高管幕钢管内混凝土浇筑密实度的施工方法与流程

1.本发明涉及隧道管幕混凝土浇筑施工技术领域，尤其涉及一种提高管幕钢管内混凝土浇筑密实度的施工方法。


背景技术：

2.管幕法是一种利用机械将钢管打入新建隧道周边以形成支护的工法，管幕法的钢管打设在需支护的新建隧道和需控制沉降的结构之间的土体内部，在钢管内浇筑混凝土同时将钢管上的锁扣搭接在一起，在缝隙间注入浆液，一来起到防水和隔水的作用，二来可以形成一定强度将各个钢管连接形成类似于壳体的整体。再将管幕作为超前支护，在其内部进行暗挖隧道的开挖，直至隧道开挖完成贯通。由于管幕法施工位于地下，不需大范围开挖，对地面车流人流影响很小，避免了交通导改带来的不利影响。不会损害已有地面道路以及无需改迁浅层地表下的管线，减少对周边市民生活的影响，由于管幕法控制沉降效果好，故保证了既有建、构筑物的安全，且其施工噪声、振动小，可以实现24h连续施工。
3.现有技术中，支护施工时，都是一次性直接对钢管进行浇筑，而这一过程中，浇筑腔整体比较大，没有进行分段式的施工，进而浇筑中，无法实时进行浇筑的关注，导致浇筑液随意浇筑，密实度无法得到很好地保证，浇筑效果差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种提高管幕钢管内混凝土浇筑密实度的施工方法，其通过浇筑装置的移动和展开，实现了分段式浇筑，进而便于进行实时的监控，尤其是分段后，施工观测点更加具体，控制了压力，减少了真空的存在，提高了管内混凝土浇筑的密实度，增加了承载能力。
5.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
6.一种提高管幕钢管内混凝土浇筑密实度的施工方法，用于水平方向的隧道支护或沉降防护，包括以下步骤，
7.s1待施工钢管的预处理：处理带施工钢管，使其形成具有入口的腔体结构，所述腔体结构水平置于隧道内；
8.s2移动式浇筑装置装配：将移动式浇筑装置，以最大伸展长度的方式，伸入所述隧道的腔体结构内，与所述腔体结构的端部之间形成浇筑腔；
9.s3浇筑：浇筑液沿入口经移动式浇筑装置进入浇筑腔浇筑，在浇筑腔压力达到设定值时，停止浇筑，移动式浇筑装置后移收缩后，继续后移呈最大伸展长度，与浇筑后的浇筑腔之间形成下一个浇筑腔；
10.s4再浇筑：重复步骤s3浇筑，直至完成整个腔体结构的浇筑。
11.本发明中，通过对于带施工钢管的处理，使得待施工钢管的端部形成隧道的端部，浇筑中，确保了端部的密封和密实，尤其是针对水平放的隧道，可以直接形成支护。
12.本发明中，腔体结构水平置于隧道内，直接形成水平支护，然后利用浇筑液浇筑，
此时水平浇筑不易控制，而结合移动式浇筑装置，能够确保得到较好的浇筑效果，尤其是边伸缩，边浇筑的方式。
13.本发明中，以伸缩式的浇筑装置为主，进而实现的是移动式的浇筑装置，边浇筑，浇筑装置随着浇筑的进行而移动，而伸缩式的方式，使得浇筑装置本体，会与腔体结构之间是不断变化的位置关系，为施工提供了好的保障。
14.作为本发明的进一步改进，所述步骤s1待施工钢管的预处理具体为：预先通过堵塞组件或焊接方式，将带施工钢管一端堵塞，将堵塞后的带施工钢管呈水平方式放入隧道内。
15.本技术方案中，预先将待施工钢管进行封堵，具体地，可以利用挡板进行密封堵塞处理，这种方式，形成的待施工钢管，直接形成浇筑腔，为后续浇筑提供基础。
16.作为本发明的进一步改进，所述步骤s2浇筑装置装配具体包括以下步骤：
17.s21移动式浇筑装置的安装：将送料组件、伸缩组件以及送料管分别安装于移动组件内，所述移动组件上装配有与送料组件联通的送料口；
18.s22移动式浇筑装置与外界的联通：通过连接组件，将送料管与外界的送料泵组件联通；
19.s23移动式浇筑装置的展开：外力作用下，使得伸缩组件呈展开状，展开时带动送料管朝向待施工钢管堵塞端方向运动；
20.s24移动式浇筑装置的装配：外力推动送料管使其带动移动组件朝向远离入口方向运动，同时，所述移动组件伸入所述待施工钢管内。
21.本技术方案中,选用移动式浇筑装置，具体是因为其能够通过移动，调整整个装置位置，使其与待浇筑位置形成不同大小的浇筑腔，便于控制浇筑。当然，还可以选用具有移动效果的浇筑装置，能够调整浇筑腔的大小即可。
22.作为本发明的进一步改进，所述步骤s21浇筑装置的安装中，所述送料组件装配于所述送料口处，若干个伸缩组件以送料口为基点，环绕设置，形成所述送料组件的围挡结构。
23.本技术方案中，由于浇筑液是带有压力的输入，故此时送料管等会有一定的称重和压力，而如果以伸缩组件形成围挡结构，能够很好地保护送料管，确保送料管在水平方向运动中的稳定。
24.作为本发明的进一步改进，所述步骤s23浇筑装置的展开具体为：以液压杆形成所述伸缩组件，通过控制液压杆的伸长，使得移动组件沿安装腔朝内运动，实现展开。
25.本技术方案中，以液压杆形成伸缩组件，液压杆便于控制，且具有一定的强度，在伸缩中，既能够很好地进行控制，而且能够确保浇筑液流动中的稳定。优选地，选用1m或2m的伸缩杆。
26.作为本发明的进一步改进，所述步骤s3浇筑具体包括以下步骤：
27.s31浇筑启动：展开状的移动式浇筑装置与腔体结构最内端形成浇筑腔，利用加压浇筑的方式，启动对浇筑腔的浇筑；
28.s32浇筑监测：利用实时监测设备，监测浇筑腔内的压力，并设定预警压力值；
29.s33浇筑控制：当浇筑腔内的压力大于预警压力值时，停止浇筑，展开的移动式浇筑装置收缩，且朝向远离浇筑腔的一端运动，再次展开。
30.本技术方案中，浇筑装置在浇筑前以展开的方式进入，能够保证浇筑装置以最长的长度进入，为后续的缩进和后退提供了基础，进而后续能够后退，实现再一次浇筑腔的形成。
31.作为本发明的进一步改进，所述步骤s33浇筑控制中，所述展开的移动式浇筑装置收缩具体为：展开的浇筑装置以伸缩组件远离移动组件的一端为基点，朝向入口方向压缩，使得移动组件朝向入口方向后退。
32.本技术方案中，具体是朝向入口方向压缩后退，进而实现的是慢慢靠近浇筑液位置，逐步浇筑的过程。
33.作为本发明的进一步改进，所述步骤s3浇筑中还包括浇筑中的排气控制，所述排气控制具体为：沿移动组件的端部设置若干排气孔，气体在排气孔内，经防堵路径和位于防堵路径外周的缩径式环形路径流出。
34.本技术方案中，排气孔内有多个路径，进而多个路径之间必然存在隔档，利用隔档，实现对于浇筑液外漏中对排气孔堵塞的预防，进一步地，防堵路径外周是缩进式结构，即横截面面积越来越小，则防堵路径必然与之相反，横截面面积越来越大，进而靠近浇筑腔的横截面面积小，此时，大的浇筑液颗粒等，无法进入，实现了防堵塞。
35.作为本发明的进一步改进，所述步骤s2浇筑装置装配以及s3浇筑中，均包括移动组件的旋转和移动，所述移动组件的旋转和移动具体为：移动组件的外壁，以所述腔体结构内壁为轨道，通过摩擦方式，形成旋转和移动。
36.本技术方案中，直接以腔体结构内壁形成导轨，结合摩擦等，直接旋转移动，便于控制，具体地，可以在移动组件的外周，通过局部嵌入的方式增加滚珠等滚动结构，进而滚动组件沿着内壁旋转或移动，摩擦力小。
37.作为本发明的进一步改进，还包括s5送料管的拆除，具体为：所述送料管通过若干个管节连接而成，所述浇筑段的长度与所述管节的长度相等，每完成一段浇筑腔的浇筑，送料管朝向入口方向后退，退出一节管节，拆除退出的管节。
38.本技术方案中，按照管节长度，对应匹配的浇筑段的长度，实现一段一段浇筑，一段一段退出的方式，提高了效率。
39.本发明的有益效果如下：
40.首先，本发明中，利用半封闭式的管道，使得管道封闭端与浇筑装置之间形成浇筑区域，进而通过分段浇筑，结合区域的形成，使得施工过程中的控制变为分段控制，减少了控制难度，尤其是避免了过大或过多真空孔的存在。
41.其次，本发明中，结合浇筑装置的伸缩，在浇筑完成前，浇筑装置以伸缩形式存在，而浇筑到一定程度时，浇筑装置慢慢后退，确保了浇筑中的密实度，具体地，可以利用压力监测以及排气等方式，辅助进行密实度的控制。
42.再次，本发明中，浇筑装置相比于之前，是移动的，而浇筑区域也是比较小的，进而是边浇筑，边进行压力测量以及密实度的测量，在出现较大的出气孔等时，会预先进行压力等的测量，确保了密实度。
附图说明
43.图1为本发明提供的一种提高管幕钢管内混凝土浇筑密实度的施工方法的流程
图；
44.图2为本发明提供的步骤浇筑装置装配的流程图；
45.图3为本发明提供的浇筑步骤的流程图；
46.图4为本发明提供的浇筑装置的结构示意图；
47.图5为本发明提供的移动组件的结构示意图；
48.图中：
49.1、待施工钢管；11、入口；2、封堵板；3、移动组件；4、送料组件；5、连接板；6、伸缩组件；7、送料管；34滚珠；35、钢圈；36、送料口；37排气孔；38、锥形弹簧。
具体实施方式
50.下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
51.实施例1
52.本实施例中，主要介绍一种提高管幕钢管内混凝土浇筑密实度的施工方法的核心原理和步骤。
53.参照附图1-3中，本实施例中的一种提高管幕钢管内混凝土浇筑密实度的施工方法，用于水平方向的隧道支护或沉降防护，包括以下步骤，
54.s1待施工钢管的预处理：处理带施工钢管，使其形成具有入口的腔体结构，所述腔体结构水平置于隧道内；
55.s2移动式浇筑装置装配：将移动式浇筑装置，以最大伸展长度的方式，伸入所述隧道的腔体结构内，与所述腔体结构的端部之间形成浇筑腔；
56.s3浇筑：浇筑液沿入口经移动式浇筑装置进入浇筑腔浇筑，在浇筑腔压力达到设定值时，停止浇筑，移动式浇筑装置后移收缩后，继续后移呈最大伸展长度，与浇筑后的浇筑腔之间形成下一个浇筑腔；
57.s4再浇筑：重复步骤s3浇筑，直至完成整个腔体结构的浇筑。
58.首先，本发明中，利用半封闭式的管道，使得管道封闭端与浇筑装置之间形成浇筑区域，进而通过分段浇筑，结合区域的形成，使得施工过程中的控制变为分段控制，减少了控制难度，尤其是避免了过大或过多真空孔的存在。
59.其次，本发明中，结合浇筑装置的伸缩，在浇筑完成前，浇筑装置以伸缩形式存在，而浇筑到一定程度时，浇筑装置慢慢后退，确保了浇筑中的密实度，具体地，可以利用压力监测以及排气等方式，辅助进行密实度的控制。
60.再次，本发明中，浇筑装置相比于之前，是移动的，而浇筑区域也是比较小的，进而是边浇筑，边进行压力测量以及密实度的测量，在出现较大的出气孔等时，会预先进行压力等的测量，确保了密实度。
61.本发明中，通过对于带施工钢管的处理，使得待施工钢管的端部形成隧道的端部，浇筑中，确保了端部的密封和密实，尤其是针对水平放的隧道，可以直接形成支护。
62.本发明中，腔体结构水平置于隧道内，直接形成水平支护，然后利用浇筑液浇筑，此时水平浇筑不易控制，而结合移动式浇筑装置，能够确保得到较好的浇筑效果，尤其是边
伸缩，边浇筑的方式。
63.本发明中，以伸缩式的浇筑装置为主，进而实现的是移动式的浇筑装置，边浇筑，浇筑装置随着浇筑的进行而移动，而伸缩式的方式，使得浇筑装置本体，会与腔体结构之间是不断变化的位置关系，为施工提供了好的保障。
64.实施例2
65.本实施例中，结合具体的浇筑装置进行介绍。
66.参照附图1所示，本实施例中，所述步骤s1待施工钢管的预处理具体为：预先通过堵塞组件或焊接方式，将带施工钢管一端堵塞，将堵塞后的带施工钢管呈水平方式放入隧道内。
67.本实施例中，预先将待施工钢管进行封堵，具体地，可以利用挡板进行密封堵塞处理，这种方式，形成的待施工钢管，直接形成浇筑腔，为后续浇筑提供基础。
68.本实施例中，通过封堵端部，使得端部形成封堵面，与待浇筑的地面形成小的浇筑区域，然后结合浇筑装置，进行边浇筑边控制的方式，进而流动到浇筑区域的过程中，混凝土液不会堆积在管道内，而是直接进入浇筑区域，同时结合后面压力的监测等，避免了真空区的存在，进而浇筑饱满，不易产生夹气现象，提高了浇筑密实度，增加了管道的承载能力。
69.具体地，参照附图2所示，本实施例中的浇筑装置，包括待施工钢管1，位于待施工钢管端口的封堵板2，移动组件3，送料组件4，伸缩组件6，所述伸缩组件6一端固定于移动组件3上，另一端固定于连接板5上，具体的，浇筑装置的装配过程如下：
70.s21移动式浇筑装置的安装：将送料组件4、伸缩组件6以及送料管7分别安装于移动组件3内，所述移动组件3上装配有与送料组件4联通的送料口36；
71.s22移动式浇筑装置与外界的联通：通过连接组件，将送料管7与外界的送料泵组件联通；
72.s23移动式浇筑装置的展开：外力作用下，使得伸缩组件6呈展开状，展开时带动送料管7朝向待施工钢管1堵塞端方向运动；
73.s24移动式浇筑装置的装配：外力推动送料管7使其带动移动组件3朝向远离入口11的端部运动，同时，所述移动组件伸入所述待施工钢管内。具体地，上述操作使得送料口36朝向远离开口11的端部设置，且所述移动组件3伸入所述待施工钢管1内。
74.本实施例中，在浇筑前，浇筑装置预先与外界进行联通，并通过展开方式进入，此时直接形成比较小的浇筑空间，而随着浇筑过程的进行，后期可以通过控制移动装置朝后运动，进行浇筑腔的调整。进一步地，选用移动式浇筑装置，具体是因为其能够通过移动，调整整个装置位置，使其与待浇筑位置形成不同大小的浇筑腔，便于控制浇筑。当然，还可以选用具有移动效果的浇筑装置，能够调整浇筑腔的大小即可。
75.进一步地，所述步骤s21浇筑装置的安装中，所述送料组件4装配于所述送料口36处，若干个所述伸缩组件6以送料口36为基点，环绕设置，形成所述送料组件4的围挡结构。
76.本实施例中，所述伸缩组件为若干个，若干个伸缩组件周向焊接于所述所述移动组件的横截面方向。通过横截面方向的设置，进而能够形成围挡，且此时的若干个伸缩组件之间，同步伸缩，进而能够从多个方向进行浇筑区域长度的控制，以及浇筑后的退位等。进一步地，由于浇筑液是带有压力的输入，故此时送料管等会有一定的称重和压力，而如果以伸缩组件形成围挡结构，能够很好地保护送料管，确保送料管在水平方向运动中的稳定。
77.具体地，所述送料组件的长度大于等于所述伸缩组件的最大长度，且若干个所述伸缩组件形成围挡腔，且所述送料组件位于所述围挡腔内。
78.进一步地，所述步骤s23浇筑装置的展开具体为：以液压杆形成所述伸缩组件，通过控制液压杆的伸长，使得移动组件沿安装腔朝内运动，实现展开。
79.本实施例中，以液压杆形成伸缩组件，液压杆便于控制，且具有一定的强度，在伸缩中，既能够很好地进行控制，而且能够确保浇筑液流动中的稳定。优选地，选用1m或2m的伸缩杆。
80.本实施例中，浇筑和支护，主要用于管幕施工中，其支护效果更好。
81.实施例3
82.本实施例中，主要介绍其他步骤，尤其是浇筑。
83.具体地，所述步骤s3浇筑具体包括以下步骤：
84.s31浇筑启动：展开状的移动式浇筑装置与腔体结构最内端形成浇筑腔，利用加压浇筑的方式，启动对浇筑腔的浇筑；
85.本实施例中，加压浇筑，具体是指浇筑压力在600-650n的浇筑，此时通过加压装置，对浇筑液施压，使其达到该压力范围，而这个压力范围可以使混凝土密实度符合规范要求，且不至注浆管被挤爆或堵塞，即当伸缩装置达到这个压力，即可进行伸缩。
86.s32浇筑监测：利用实时监测设备，监测浇筑腔内的压力，并设定预警压力值；
87.s33浇筑控制：当浇筑腔内的压力大于预警压力值时，停止浇筑，展开的移动式浇筑装置收缩，且朝向远离浇筑腔的一端运动，再次展开。
88.本实施例中，预警压力值是小于等于650pa，如果压力超过650pa，则容易导致注浆管爆裂，施工失败。
89.具体地，当流体装满时，利用流体对截面的总压力公式计算出截面平均压力，具体公式如下：
90.f＝ρgha
ꢀꢀ
(1)
91.上述公式(1)中，ρ是混凝土容重，g是重力加速度，h是形心高度，a是接触面积，f为压力，但是f的数值不能超过650pa。
92.本实施例中，浇筑装置在浇筑前以展开的方式进入，能够保证浇筑装置以最长的长度进入，为后续的缩进和后退提供了基础，进而后续能够后退，实现再一次浇筑腔的形成。
93.本实施例中，在浇筑压力为600-650n之间时，浇筑液的浇筑速度为0.4-0.5m/s之间，采用这一速度，与这一压力配合，能够使得浇筑液比较好比较均匀的注入，尤其是横向施工中，浇筑液带有一定的压力，此时的速度不能过快或过慢，过快的话，浇筑中的摩擦多，会降低一部分压力，且浇筑段比较短，如果速度过快，控制比较麻烦，而如果速度过慢，则浇筑过程慢，影响工期。
94.进一步地，所述步骤s33浇筑控制中，所述展开的移动式浇筑装置收缩具体为：展开的浇筑装置以伸缩组件远离移动组件的一端为基点，朝向入口方向压缩，使得移动组件朝向入口方向后退。
95.本实施例中，具体是朝向入口方向压缩后退，进而实现的是慢慢靠近浇筑液位置，逐步浇筑的过程。
96.本实施例中，伸缩组件具体为电动推杆伸缩杆，比如直流电动推杆。
97.进一步地，所述步骤s33浇筑控制中，所述展开的移动式浇筑装置收缩具体为：展开的浇筑装置以伸缩组件远离移动组件的一端为基点，朝向入口方向压缩，使得移动组件朝向入口方向后退。
98.本实施例中，具体是朝向入口方向压缩后退，进而实现的是慢慢靠近浇筑液位置，逐步浇筑的过程。进一步地，整个移动组件的控制是朝后运动，以退出的形式进行浇筑控制，此时是边浇筑，边后退，进而确保浇筑的顺利进展。
99.进一步地，所述步骤s3浇筑中还包括浇筑中的排气控制，所述排气控制具体为：沿移动组件的端部设置若干排气孔，气体在排气孔内，经防堵路径和位于防堵路径外周的缩径式环形路径流出。
100.本实施例中，排气孔内有多个路径，进而多个路径之间必然存在隔档，利用隔档，实现对于浇筑液外漏中对排气孔堵塞的预防，进一步地，防堵路径外周是缩进式结构，即横截面面积越来越小，则防堵路径必然与之相反，横截面面积越来越大，进而靠近浇筑腔的横截面面积小，此时，大的浇筑液颗粒等，无法进入，实现了防堵塞。
101.本实施例中，增加的排气孔，以及形成的多个路径，移动板向内压缩排气；混凝土浇筑也是排气；向外移动是吸气，此时通过不同的控制方式，在保证进气的同时，也确保了浇筑中的排气。
102.本实施例中，所述步骤s2浇筑装置装配以及s3浇筑中，均包括移动组件的旋转和移动，所述移动组件的旋转和移动具体为：移动组件的外壁，以所述腔体结构内壁为轨道，通过摩擦方式，形成旋转和移动。
103.本实施例中，直接以腔体结构内壁形成导轨，结合摩擦等，直接旋转移动，便于控制，具体地，可以在移动组件的外周，通过局部嵌入的方式增加滚珠等滚动结构，进而滚动组件沿着内壁旋转或移动，摩擦力小。
104.本实施例中，在移动组件3的外周设置至少2个钢圈35，以形成容纳腔，然后在容纳腔内设置若干的滚珠34，通过滚珠形成滚动结构，进而沿着待施工钢管1的内壁，进行滚动，实现了伸缩组件伸缩中，移动组件的移动。
105.具体地，还包括s5送料管的拆除，具体为：所述送料管通过若干个管节连接而成，所述浇筑段的长度与所述管节的长度相等，每完成一段浇筑腔的浇筑，送料管朝向入口方向后退，退出一节管节，拆除退出的管节。
106.本实施例中，按照管节长度，对应匹配的浇筑段的长度，实现一段一段浇筑，一段一段退出的方式，提高了效率。
107.实施例4
108.本实施例中，结合具体的施工过程进行介绍。
109.首先，待施工钢管1的预处理：利用焊接方式，将封堵板2封堵在待施工钢管1的一端，使其形成一端封闭一端敞开的结构。
110.本实施例中，带施工钢管1可以是固定长度，也可以是多个拼接，如果是多个拼接，则最端部的待施工钢管1的一端封闭，其它待施工钢管1不进行处理。
111.其次，进行伸缩式浇筑装置的组装：
112.本实施例中，伸缩式浇筑装置中，伸缩组件6为3个，其行程为2m，沿着圆心阵列，送
料口和送料管移在中心，送料管变为可伸缩管，其动力来自伸缩组件6。
113.再次，浇筑：将组装后的伸缩式浇筑装置置入待施工钢管1内，送料组件通过法兰扣连接若干个泵送混凝土管节(长2m)连接，且若干管节一直延伸到钢管外，与外面地泵相连以向管内泵送混凝土，当伸缩组件等及泵送混凝土管节送入钢管端部后，开始向管内浇筑混凝土，混凝土充满空腔后，达到伸缩组件6的感应压力，伸缩组件6以钢圆板构成的连接板5为借力基点收缩，带动移动组件3向外拉出2m，此时伸缩组件6处于最短状态，其再以连接板5为借力基点伸长，将泵送混凝土管节向外顶出，拆除一个泵送混凝土管节此后，边收缩边浇筑，浇筑2m后再拆除一个管节，如此循环往复，直至浇满整根钢管，当混凝土终凝后再将伸缩式浇筑装置内的其他组件拆除。
114.本实施例中，当浇筑距离达到2m后，停止浇筑，送料管拆卸后再开始浇筑，反复循环。本实施例中，在浇筑压力为600-650n之间时，浇筑液的浇筑速度为0.4-0.5m/s之间。
115.本上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
116.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
117.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。