排水定位注浆管片及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种排水定位注浆管片及其施工方法，该排水定位注浆管片包括预制管片主体和注浆排水系统；预制管片主体包括管片实心主体、预制钻孔和预置水压力孔隙传感器安装孔；注浆排水系统包括预装阀门、预埋气囊、注浆排水导管和水压力孔隙传感器；当水压力孔隙传感器采集到的水压力超过管片受力预警值时，可通过打开阀门排水或先打开阀门排水后注浆加固方式预防管片变形、裂缝渗水等工程问题。本发明专利技术采用预制钻孔和预埋注浆排水系统，无需在盾构管片上现场钻孔与安装注浆排水装置，直接通过预装阀门排水并拆卸阀门后通过预埋注浆排水导管注浆，实现了对盾构管片常见工程问题的预防及快速安全治理，节约了施工成本和工期。

【技术实现步骤摘要】
排水定位注浆管片及其施工方法
本专利技术涉及地下盾构地铁隧道工程的预制管片生产
，尤其涉及一种排水定位注浆管片及其施工方法。
技术介绍
近年来，我国许多城市的地铁隧道建设进入大发展阶段。统计数据显示，截至2019年12月31日，我国内地累计有40个城市开通城轨交通运营线路，运营里程达6730.27公里，并仍保持快速增长态势，仅2019年中国内地新增运营线路968.77公里，其中地铁891.83公里。随着近接施工的大量增加及地铁运营期间振动对隧道周围土层的持续扰动，隧道周边环境发生改变，导致地铁盾构隧道结构产生变形及损伤，对既有地铁隧道的运营安全带来威胁。地铁盾构隧道管片在长期运营中常面临地铁振动、近接施工、地下水水压力等因素的影响，地铁振动、近接施工等作用将造成隧道管片周围的土层性质的变化，致使管片发生错台、变形、裂缝、渗漏等问题，对既有地铁隧道的运营安全带来威胁。针对上述问题，常见的治理步骤为：在管片上钻注浆孔，在孔中埋入注浆管进行注浆，直接封堵渗水缝隙，同时起到加固周围土体性质的效果，有效减少沉降，消除管片变形和裂缝风险。但该方法有如下不足：1、钻孔过程中易破坏管片原有防水层，对管片耐久性造成威胁，并对隧道及周边环境产生不利影响；2、现场钻孔施工环节较多，难以应对紧急管片变形情况且易出现塌孔现象，造成管片破坏和经济损失；3、现场钻孔易受环境约束，若外部水压、土压过大将导致突涌、管涌等工程问题；4、裂缝注浆封堵技术无法应对所有的管片渗漏问题；5、通过对裂缝注浆封堵方式，无法减小或消除地下水压力对管片的作用；6、注浆加固无法根除沉降及管片变形问题，现有技术中钻孔无法多次使用，成本较高。因此，为检修隧道在运营过程中存在的沉降变形、管片渗漏问题，针对当前城市地下环境日益复杂、相关注浆加固技术不完善的工程现状，急需一种施工快捷简单、安全有效的新型注浆加固技术。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种排水定位注浆管片及其施工方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术一方面提供了一种排水定位注浆管片，该排水定位注浆管片包括预制管片主体和注浆排水系统；所述预制管片主体包括管片实心主体，在管片实心主体上设有预制钻孔和预置水压力孔隙传感器安装孔；所述预制钻孔在管片浇筑过程完成预制，孔壁布有螺纹，用于固定密封装置即气囊。所述注浆排水系统包括预装阀门、预埋气囊、注浆排水导管和水压力孔隙传感器。所述阀门通过螺栓与预制管片主体可拆卸连接。所述预埋气囊膨胀后紧嵌预制钻孔内壁上，从而提高钻孔处密封性能。所述注浆排水导管固定于预埋气囊中心预留孔中。所述水压力孔隙传感器穿过预置水压力孔隙传感器安装孔预埋于土层中，用于监测土层变形情况，对管片变形、渗漏问题进行预防、监测。所述预埋气囊包括圆环状的固定在浸渍不透性石墨环外侧的气囊本体，气囊本体上设置第一单向阀和排气孔，所述浸渍不透性石墨环的内侧作为预埋气囊中心预留孔；所述气囊本体内部装有遇水产生气体的膨胀药剂；通过第一单向阀向气囊本体内部注水，气囊本体内部膨胀药剂发生反应产生大量气体，使气囊本体发生膨胀并紧嵌于预制钻孔内壁；所述排气孔用于控制气压；所述浸渍不透性石墨环用于保证气囊本体向预制钻孔壁方向膨胀，同时保证中心预留孔的稳定性。所述注浆排水导管包括带孔钢管、注浆导向管和注浆导管；所述带孔钢管由前端锥状管头、中间带孔段、后端无孔段和封口组成；所述带孔钢管的中间带孔段上沿轴向对称均匀设置两列径向注浆孔，对称均匀设置两列渗水孔，且两列径向注浆孔与两列渗水孔在带孔钢管的横截面上错位正交；所述带孔钢管表面的渗水孔中设置有反滤土工布，用于反滤岩土层中的地下水，将地下水抽走但保留泥砂；所述径向注浆孔用于直接连接注浆导向管与外界岩土层；所述渗水孔用于连接抽水通道与外界岩土层；所述封口用于密封带孔钢管，其上设置有中心通孔和若干抽水孔，所述中心通孔内壁套有橡胶密封圈，所述注浆导管穿过中心通孔，通过橡胶密封圈限制注浆导管的位移。所述注浆导向管内套于带孔钢管中，与带孔钢管之间形成抽水通道，并在前端面与带孔钢管固定密封连接；所述注浆导管伸入注浆导向管内部，其端头以套筒形式固定连接环向包裹橡胶的电磁铁限位器，在电磁铁限位器和注浆导向管前端面之间设置环向包裹橡胶的活动铁块；所述注浆导向管作为电磁铁限位器和活动铁块的活动通道，电磁铁限位器和活动铁块之间形成与注浆导管连通的注浆空间，电磁铁限位器通电后具有磁性，从而控制活动铁块的位置实现注浆定位。所述阀门的排水通道与封口的抽水孔连通。进一步地，所述管片实心主体为钢筋混凝土材料；所述预制钻孔位于管片实心主体两侧，关于管片中轴线对称，内壁布有螺纹，用于固定所述预埋气囊。进一步地，所述带孔钢管的后端无孔段的末端套在预埋气囊的中心预留孔中，所述阀门的排水通道固定在带孔钢管的封口外侧；根据预埋气囊的第一单向阀和排气孔尺寸及形状，需在预装阀门上预留两个孔，保证装置安装完成后第一单向阀和排气孔完全嵌于阀门内部且不影响装置密封性及正常使用。进一步地，所述预埋气囊装有的膨胀药剂(如生石灰、铝粉、柠檬酸、氯化钙、碳酸氢钠、聚丙烯酰胺等物质按比例配置所得药剂)，遇水会发生化学反应并产生大量气体，使预埋气囊与预制钻孔内壁紧密接触；在预制钻孔内壁螺纹的作用下，预埋气囊可承担较大的外部土压力及水压力。所述第一单向阀可使外部水注入预埋气囊内部，但内部生成气体无法通过第一单向阀泄露。所述排气孔用于控制预埋气囊内气压，防止内部气压过大。所述浸渍不透性石墨环保证预埋气囊向预制钻孔内壁方向膨胀，同时为所述注浆排水导管预留合理的中心预留孔，保证在预埋注浆排水导管过程中，导管外壁与中心预留孔紧密贴合。进一步地，所述前端锥状管头与中间带孔段经焊接技术无缝连接于管身前端，利于注浆排水导管更加方便地顶入岩土层；后端无注浆孔段与中间带孔段一体铸成，保证注浆时露出岩土层部分不会溢出浆液；所述后端无注浆孔段与气囊中心预留孔无缝连接；所述径向注浆孔直接连接注浆导向管与外界岩土层，使抽水通道与径向注浆孔分离，实现抽水与注浆加固同时进行。进一步地，所述渗水孔中固定有反滤土工布，只有水可透过反滤土工布渗入抽水通道。所述径向注浆孔内部设有第二单向阀，注浆导管内物质可通过第二单向阀注入土层，管外物质无法通过第二单向阀进入导管内。所述抽水孔的直径和分布数量由带孔钢管和注浆导管的直径所决定；所述电磁铁限位器环向包裹橡胶，其目的在于电磁铁通电后下表面具有磁性可以控制活动铁块的定位；该电磁铁限位器与注浆导管以套筒的形式固结于注浆导管的端头部分，从而可以通过注浆导管的抽插来实现电磁铁的定位；所述带孔钢管内壁涂有凡士林以帮助电磁铁限位器和活动铁块在其内侧移动并具有水密性；在移动电磁铁限位器时，由于橡胶的环向包裹和凡士林的效果使得移动更加方便但不影响密封性。本专利技术另一方面提供了一种排水定位注浆管片的施工方法，该方法包括以下步骤：(1)预制管片主体生产过程：在常规预制管片模具基础上增加一对预制钻孔筒体模具，在生产过程中模具关于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种排水定位注浆管片，其特征在于：包括预制管片主体(1)和注浆排水系统；所述预制管片主体(1)包括管片实心主体(1-1)，在管片实心主体(1-1)上设有预制钻孔(1-2)和预置水压力孔隙传感器安装孔(1-3)；所述预制钻孔(1-2)在管片浇筑过程完成预制，孔壁布有螺纹，用于固定密封装置；/n所述注浆排水系统包括预装阀门(2)、预埋气囊(4)、注浆排水导管(5)和水压力孔隙传感器(6)；所述阀门(2)与预制管片主体(1)可拆卸连接；所述预埋气囊(4)膨胀后紧嵌预制钻孔(1-2)内壁上；所述注浆排水导管(5)固定于预埋气囊(4)中心预留孔(4-4)中；所述水压力孔隙传感器(6)穿过预置水压力孔隙传感器安装孔(1-3)预埋于土层中；/n所述预埋气囊(4)包括圆环状的固定在浸渍不透性石墨环(4-3)外侧的气囊本体，气囊本体上设置第一单向阀(4-1)和排气孔(4-2)，所述浸渍不透性石墨环(4-3)的内侧作为预埋气囊(4)中心预留孔(4-4)；所述气囊本体内部装有遇水产生气体的膨胀药剂；通过第一单向阀(4-1)向气囊本体内部注水，气囊本体内部膨胀药剂发生反应产生大量气体，使气囊本体发生膨胀并紧嵌于预制钻孔(1-2)内壁；所述排气孔(4-2)用于控制气压；所述浸渍不透性石墨环(4-3)用于保证气囊本体向预制钻孔壁方向膨胀，同时保证中心预留孔(4-4)的稳定性；/n所述注浆排水导管(5)包括带孔钢管(5-1)、注浆导向管(5-3)和注浆导管(5-5)；所述带孔钢管(5-1)由前端锥状管头(5-1-1)、中间带孔段、后端无孔段(5-1-2)和封口(5-1-5)组成；所述带孔钢管(5-1)的中间带孔段上沿轴向对称均匀设置两列径向注浆孔(5-1-3)，对称均匀设置两列渗水孔(5-1-4)，且两列径向注浆孔(5-1-3)与两列渗水孔(5-1-4)在带孔钢管(5-1)的横截面上错位正交；所述带孔钢管(5-1)表面的渗水孔(5-1-4)中设置有反滤土工布(5-1-6)；所述径向注浆孔(5-1-3)用于直接连接注浆导向管(5-3)与外界岩土层；所述渗水孔(5-1-4)用于连接抽水通道(5-2)与外界岩土层；所述封口(5-1-5)用于密封带孔钢管(5-1)，其上设置有中心通孔和若干抽水孔(5-1-5-1)，所述中心通孔内壁套有橡胶密封圈(5-1-5-2)，所述注浆导管(5-5)穿过中心通孔，通过橡胶密封圈(5-1-5-2)限制注浆导管(5-5)的位移；/n所述注浆导向管(5-3)内套于带孔钢管(5-1)中，与带孔钢管(5-1)之间形成抽水通道(5-2)，并在前端面与带孔钢管(5-1)固定密封连接；所述注浆导管(5-5)伸入注浆导向管(5-3)内部，其端头以套筒形式固定连接环向包裹橡胶的电磁铁限位器(5-4)，在电磁铁限位器(5-4)和注浆导向管(5-3)前端面之间设置环向包裹橡胶的活动铁块(5-4-1)；所述注浆导向管(5-3)作为电磁铁限位器(5-4)和活动铁块(5-4-1)的活动通道，电磁铁限位器(5-4)和活动铁块(5-4-1)之间形成与注浆导管(5-5)连通的注浆空间，电磁铁限位器(5-4)通电后具有磁性，从而控制活动铁块(5-4-1)的位置实现注浆定位；所述阀门(2)的排水通道与封口(5-1-5)的抽水孔(5-1-5-1)连通。/n...

【技术特征摘要】
1.一种排水定位注浆管片，其特征在于：包括预制管片主体(1)和注浆排水系统；所述预制管片主体(1)包括管片实心主体(1-1)，在管片实心主体(1-1)上设有预制钻孔(1-2)和预置水压力孔隙传感器安装孔(1-3)；所述预制钻孔(1-2)在管片浇筑过程完成预制，孔壁布有螺纹，用于固定密封装置；
所述注浆排水系统包括预装阀门(2)、预埋气囊(4)、注浆排水导管(5)和水压力孔隙传感器(6)；所述阀门(2)与预制管片主体(1)可拆卸连接；所述预埋气囊(4)膨胀后紧嵌预制钻孔(1-2)内壁上；所述注浆排水导管(5)固定于预埋气囊(4)中心预留孔(4-4)中；所述水压力孔隙传感器(6)穿过预置水压力孔隙传感器安装孔(1-3)预埋于土层中；
所述预埋气囊(4)包括圆环状的固定在浸渍不透性石墨环(4-3)外侧的气囊本体，气囊本体上设置第一单向阀(4-1)和排气孔(4-2)，所述浸渍不透性石墨环(4-3)的内侧作为预埋气囊(4)中心预留孔(4-4)；所述气囊本体内部装有遇水产生气体的膨胀药剂；通过第一单向阀(4-1)向气囊本体内部注水，气囊本体内部膨胀药剂发生反应产生大量气体，使气囊本体发生膨胀并紧嵌于预制钻孔(1-2)内壁；所述排气孔(4-2)用于控制气压；所述浸渍不透性石墨环(4-3)用于保证气囊本体向预制钻孔壁方向膨胀，同时保证中心预留孔(4-4)的稳定性；
所述注浆排水导管(5)包括带孔钢管(5-1)、注浆导向管(5-3)和注浆导管(5-5)；所述带孔钢管(5-1)由前端锥状管头(5-1-1)、中间带孔段、后端无孔段(5-1-2)和封口(5-1-5)组成；所述带孔钢管(5-1)的中间带孔段上沿轴向对称均匀设置两列径向注浆孔(5-1-3)，对称均匀设置两列渗水孔(5-1-4)，且两列径向注浆孔(5-1-3)与两列渗水孔(5-1-4)在带孔钢管(5-1)的横截面上错位正交；所述带孔钢管(5-1)表面的渗水孔(5-1-4)中设置有反滤土工布(5-1-6)；所述径向注浆孔(5-1-3)用于直接连接注浆导向管(5-3)与外界岩土层；所述渗水孔(5-1-4)用于连接抽水通道(5-2)与外界岩土层；所述封口(5-1-5)用于密封带孔钢管(5-1)，其上设置有中心通孔和若干抽水孔(5-1-5-1)，所述中心通孔内壁套有橡胶密封圈(5-1-5-2)，所述注浆导管(5-5)穿过中心通孔，通过橡胶密封圈(5-1-5-2)限制注浆导管(5-5)的位移；
所述注浆导向管(5-3)内套于带孔钢管(5-1)中，与带孔钢管(5-1)之间形成抽水通道(5-2)，并在前端面与带孔钢管(5-1)固定密封连接；所述注浆导管(5-5)伸入注浆导向管(5-3)内部，其端头以套筒形式固定连接环向包裹橡胶的电磁铁限位器(5-4)，在电磁铁限位器(5-4)和注浆导向管(5-3)前端面之间设置环向包裹橡胶的活动铁块(5-4-1)；所述注浆导向管(5-3)作为电磁铁限位器(5-4)和活动铁块(5-4-1)的活动通道，电磁铁限位器(5-4)和活动铁块(5-4-1)之间形成与注浆导管(5-5)连通的注浆空间，电磁铁限位器(5-4)通电后具有磁性，从而控制活动铁块(5-4-1)的位置实现注浆定位；所述阀门(2)的排水通道与封口(5-1-5)的抽水孔(5-1-5-1)连通。


2.根据权利要求1所述的一种排水定位注浆管片，其特征在于：所述管片实心主体(1-1)为钢筋混凝土材料；所述预制钻孔(1-2)位于管片实心主体(1-1)两侧，关于管片中轴线对称，内壁布有螺纹，用于固定所述预埋气囊(4)。


3.根据权利要求1所述的一种排水定位注浆管片，其特征在于：所述带孔钢管(5-1)的后端无孔段(5-1-2)的末端套在预埋气囊(4)的中心预留孔(4-4)中，所述阀门(2)的排水通道固定在带孔钢管(5-1)的封口(5-1-5)外侧；根据预埋气囊(4)的第一单向阀(4-1)和排气孔(4-2)尺寸及形状，需在预装阀门(2)上预留两个孔，保证装置安装完成后第一单向阀(4-1)和排气孔(4-2)完全嵌于阀门内部且不影响装置密封性及正常使用。


4.根据权利要求1所述的一种排水定位注浆管片，其特征在于：所述预埋气囊(4)装有的膨胀药剂遇水会发生化学反应并产生大量气体，使预埋气囊(4)与预制钻孔(1-2)内壁紧密接触；在预制钻孔(1-2)内壁螺纹的作用下，预埋气囊(4)可承担较大的外部土压力及水压力；所述第一单向阀(4-1)可使外部水注入预埋气囊(4)内部，但内部生成气体无法通过第一单向阀(4-1)泄露；所述排气孔(4-2)用于控制预埋气囊(4)内气压，防止内部气压过大；所述浸渍不透性石墨环(4-3)保证预埋气囊(4)向预制钻孔(1-2)内壁方向膨胀，同时为所述注浆排水导管(5)预留合理的中心预留孔(4-4)，保证在预埋注浆排水导管(5)过程中，导管外壁与中心预留孔(4-4)紧密贴合。


5.根据权利要求1所述的一种排水定位注浆管片，其特征在于：所述前端锥状管头(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：章丽莎，叶佳欢，魏纲，李炯韬，孙逸夫，崔允亮，孙苗苗，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33