一种隧道或隧洞衬砌背后回填方法技术

一种隧道或隧洞衬砌背后回填细石混凝土及其回填方法，细石混凝土材料为普硅ＰＯ３２．５－ＰＯ４２．５水泥、粒径０．１６－５ｍｍ的砂、施工用水，可加粒径５－１０ｍｍ的石子或模数２．８－３．２的硅酸钠。细石混凝土的四种类型的配合比分别为水泥∶砂∶水＝１∶１－２∶０．７；水泥∶砂∶水∶硅酸钠＝１∶１－２∶０．７∶０．０８；水泥∶砂∶石子∶水＝１∶１∶１∶０．７；水泥∶砂∶石子∶水∶硅酸钠＝１∶１∶１∶０．７∶０．０８。回填方法是把细石混凝土用连续灌注、压力平稳的设备，从隧道或隧洞衬砌面的注入孔中，压进衬砌背后与围岩的空腔。在压注的同时，可加入硅酸钠液体速凝剂。本细石混凝土具有保水性、流动性、干缩量小、凝固强度高，本回填方法使衬砌背后与围岩紧密贴合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种隧道或隧洞衬砌回填混凝土及其回填方法。
技术介绍
伴随着新交通的建设和水资源的开发，长距离隧道和引水隧洞的修建越来越多。隧道或隧洞的衬砌质量备受关注，影响衬砌质量的重要因素之一是回填质量，而隧道或隧洞衬砌背后的回填介质及回填方法直接关系到回填综合质量。隧道或隧洞衬砌设计承载能力的前提条件是衬砌与围岩密贴，共同承受外部荷载，所以隧道或隧洞衬砌背后与围岩之间的空腔必须灌注均匀密实、衬砌背后与围岩紧密贴合，上堵水能力强、凝固强度高才能保证衬砌的质量。否则衬砌的承载能力达不到设计要求，如外部有突发荷载出现，隧道或隧洞衬砌发生灾难性的破坏机率就会增大，造成事故隐患。现有的隧道或隧洞衬砌背后的回填均是采用活塞式注浆泵灌注水泥浆的方法进行，衬砌背后回填介质是水泥浆，浆液密度＜1.6kg/L，于缩量大，必然产生衬砌背后与围岩之间不密贴现象。在富水层灌注水泥浆或少许掺砂的砂浆，受水冲刷离析严重，水泥砂浆在空腔难以滞留，排水的同时将水泥砂浆液也排出，串浆串水并发，无法保证回填密实。在坍塌、超挖、山体裂隙、溶洞区段回填串浆严重，不得不间歇性灌注，连续性差。如重复灌注，将会使水泥浆通道相互阻塞。采用活塞式注浆泵灌注水泥浆的回填方法，这类注浆泵不仅压力脉冲、排量小，一次性回填量小，遇到大空腔区持续数天的回填工作都不能结束，制约工期。因原理结构原因，进排阀通过能力差，水泥浆液粘度偏高或加入少量细砂，就会卡死阀门、管道堵塞、工效低下、材料浪费严重，难以保障回填质量。具有世界先进水平的隧道挖掘机(TBM)因其掘进、预制衬砌效率高，广泛应用于引水隧洞、地铁、公路隧道工程施工中。而预制衬砌背后的回填方法是全断面预压骨料(豆砾石)后再灌注水泥浆，其成套设备配置了预压骨料系统和灌浆系统。预压骨料系统是全面预压骨料(豆砾石)，对预制衬砌管片起到早期稳定和增加空腔填充的作用。注浆系统的目的是将水泥浆注入衬砌背后扩散实现固结骨料，同时填充空隙，使预制衬砌管片背后与围岩密贴，可这仅仅是愿望。施工实例证明，TMB掘进、预制衬砌后，采用全断面预压骨料(豆砾石)对早期管片稳定作用不容质疑，但通过灌注水泥浆的方法，保证不了回填质量，会造成隐患，已引起广大工程技术人员的高度重视。因为全断面预压骨料(豆砾石)是从隧洞径向预留孔吹进，受风压、风量、施作方法、骨料重力作用等因素影响，难以保证预压骨料的均匀性，在预制衬砌管片背后与围岩的空腔中往往形成不均匀的堆积，形成骨架空腔，给跟进注浆固结带来困难，实现不了固结填充的作用。分析认为一是注入的水泥浆路径曲折，方向错综复杂，不像固结围岩裂隙具有一定的方向性；二是因预压骨料密实程度不一致，水泥浆液不能均匀扩散，有较大空隙的部位使浆液顺畅通过，形成串浆的导向，虽然预留孔是均匀布置的，注入预留孔水泥浆固结范围之间的结合面必定有盲区存在，实现不了均匀性固结；三是活塞式注浆泵是脉冲高压喷射的水泥浆，初注入时会堵死水泥浆通道，明显的降低水泥浆的扩散能力，不可能实现无缝不入将缝隙填充，凝固体会形成“豆腐渣状”，这就严重影响了隧洞的衬砌质量，如引黄国际II-III标7#隧洞，是预制衬砌管片背后吹豆砾石灌浆回填，由于围岩不稳定、回填不密实等原因，出现了长距离的塌陷，从断层发现预压骨料(豆砾石)与水泥浆根本未形成密实的凝固结体，而是松散“豆腐渣状”；四是在富水层的注浆回填离析严重，根本实现不了固结骨料。如昆明市掌鸠河输水工程土建I标，TMB掘进时通过地下富水层，开挖直径3.655m，预制衬砌后成洞直径3m，在掘进、预制衬砌背后，预压骨料(豆砾石)灌注水泥浆回填，串水串浆并发，回填不密实。对已完成的4.8km预制衬砌背后回填效果不容乐观，渗水面积仍有50％，个别部位涌水量高达5L/s，这样使后期止水堵漏很棘手；五是隧洞通过山体裂隙、溶洞、超挖段回填时串浆严重，材料浪费严重。如引黄国际V标连接段7#隧洞在进水口3km处有山体裂隙存在，在掘进、预制衬砌、回填开始到隧洞贯通后，在其一部位从侧拱上部预留孔间歇性、重复灌注水泥浆800多吨，历时一个多月，仍未能完成回填，使工期无奈延长。
技术实现思路
为了克服现有隧道或隧洞衬砌背后回填混凝土及其回填方法的上述不足，本专利技术提供一种衬砌背后回填混凝土，这种混凝土具有保水性、流动性、干缩量小、凝固强度高、止堵水能力强，适合于隧道或隧洞衬砌背后回填，同时，提供一种隧道或隧洞衬砌背后回填方法，这种回填方法可使衬砌背后与围岩紧密贴合。本专利技术的内容主要有两点，一是隧道或隧洞衬砌背后回填介质，二是隧道或隧洞衬砌背后回填方法。回填介质主要寻找保水性强、不离析、凝固强度高、止堵水能力强、黏稠度适当、具有流动性、能充满衬砌与围岩之间的空腔、并能使衬砌背后与围岩紧密贴合的混凝土。隧道或隧洞衬砌背后回填方法是用连续灌注的方法及设备，把本专利技术提供的回填介质回填到隧道或隧洞衬砌与围岩之间的空腔。本专利技术仍以水泥浆为基本材料，为了减小水泥浆的干缩量，提高凝固强度，增加其粘度不降低流动性，便于注入衬砌背后与围岩之间狭窄的缝隙，在水泥浆中加入粒径不大于10mm的砂、石子成细石混凝土。根据衬砌背后回填的技术要求，本细石混凝土按重量配合比分为表1中的四种类型，A类型中的配合比为水泥∶砂∶水；B类型为水泥∶砂∶水∶硅酸钠；C类型为水泥∶砂∶石子∶水；D类型为水泥∶砂∶石子∶水∶硅酸钠。表1 本专利技术的隧道或隧洞衬砌回填方法步骤依次如下一 把回填材料按照本专利技术提供的配合比混合，搅拌均匀，制备A类型或C类型的细石混凝土，如用本申请人专利技术的专利号ZL 02269286.X的《一种多功能细石混凝土泵》设置的搅拌筒，搅拌均匀成细石混凝土，效果较好；二 用连续灌注、压力平稳的设备，如用上述的《一种多功能细石混凝土泵》中设置的混凝土螺杆泵，把配制成的细石混凝土从隧道或隧洞衬砌面钻好的注入孔或预留孔中，连续压进衬砌背后与围岩的空腔。多功能细石混凝土泵的技术参数参见表2。根据回填技术要求，为加快细石混凝土的凝固速度，需要加入硅酸钠液体速凝剂，按照B类型或D类型的配合比，加入重量份0.08的硅酸钠液体速凝剂，搅拌均匀成B类型或D类型细石混凝土，再注入隧道或隧洞衬砌背后与围岩之间的空腔中。较好的方法是在注入A类型或C类型细石混凝土的同时，将重量份0.08的硅酸钠液体速凝剂从侧面注入输送A类型或C类型细石混凝土输送管，成B类型或D类型细石混凝土注进注入孔。用《一种多功能细石混凝土泵》是实现这一操作的最佳方法，在灌注细石混凝土的同时，通过该泵备设置的速凝液泵将硅酸钠液体速凝剂压注距注入孔口1.5m左右该泵设置的压力混合阀内，经压力混合阀混合后压注到隧道或隧洞衬砌背后与围岩之间的空腔中。表2 具体方法是一 钻孔、制备注浆头在衬砌面钻直径≥50mm的注入孔，根据注入孔的直径制备与之相配的注浆头，在注浆头设置着开闭阀门，注浆头是DXHB-10型多功能细石混凝土泵的一个重要部件，通常备用20个，可重复使用。二 安装好所用设备和料台，设备有DXHB-10型多功能细石混凝土泵及易损件、运输平板车、牵引机车等，料台有可移动支架、台板等，接通水电，安装好注浆头；三 备料按照回填细石混凝土A类型或C类型的配合比，容重法计算把材料准备好，运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧或隧洞回填细石混凝土，它的配合比（重量份）是下述四种类型的任一种Ａ类型材料普硅ＰＯ３２．５－ＰＯ４２．５水泥；粒径０．１６－５ｍｍ的砂；施工用水配合比水泥∶砂∶水＝１∶１－２∶０．７；容重１９６０ｋｇ／ ｍ↑［３］－２１００ｋｇ／ｍ↑［３］Ｂ类型材料普硅ＰＯ３２．５－ＰＯ４２．５水泥；粒径０．１６－５ｍｍ的砂；施工用水；模数２．８－３．２的硅酸钠配合比水泥∶砂∶水∶硅酸钠＝１∶１－２∶０．７∶０．０８；容重１ ９６０ｋｇ／ｍ↑［３］－２１００ｋｇ／ｍ↑［３］Ｃ类型材料普硅ＰＯ３２．５－ＰＯ４２．５水泥；粒径０．１６－５ｍｍ的砂；粒径５－１０ｍｍ的石子；施工用水配合比水泥∶砂∶石子∶水＝１∶１∶１∶０．７；容重２２０ ０ｋｇ／ｍ↑［３］Ｄ类型材料普硅ＰＯ３２．５－ＰＯ４２．５水泥；粒径０．１６－５ｍｍ的砂；粒径５－１０ｍｍ的石子；模数２．８－３．２的硅酸钠；施工用水配合比水泥∶砂∶石子∶水∶硅酸钠＝１∶１∶１∶０．７∶０． ０８；容重２２００ｋｇ／ｍ↑［３］。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文涛，
申请(专利权)人：刘文涛，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]