注浆空洞处理装置及方法和隧道

技术领域

本公开涉及土建工程领域，尤其涉及一种注浆空洞处理装置、一种注浆空洞处理方法，以及一种具有该注浆空洞处理装置的隧道。

背景技术

在隧道和其他土木建筑工程的施工中，通常采用注浆施工方式，向封闭空间内注入水泥浆等浆料，以形成需要的结构。然而，注浆方式形成的结构容易出现空洞，影响结构强度。

以隧道施工为例，隧道的承载结构为初期支护和二次衬砌。衬砌背后空洞是一种常见的隧道施工质量缺陷，会导致围岩与初期支护之间的相互作用关系恶化，使得衬砌结构出现局部的应力集中，甚至还会引发衬砌结构的裂缝或开裂，以及其他关联病害，从而给隧道结构安全带来威胁。特别是当出现隧道衬砌背后空洞过大的情况时，受隧道内行车、地下水等多重因素的影响，很可能造成围岩失稳，甚至导致隧道在内力和外力综合作用下出现塌方。

因此，有必要提出一种新的技术方案，以解决上述至少一个技术问题。

发明内容

为了克服现有技术中的技术问题的至少一个方面，提出本公开。

根据本公开的实施例的一个方面，提出了一种注浆空洞处理装置，包括：传感器单元，包括沿第一方向排布的至少两个传感器，所述传感器适于检测周围空间存在的注浆空洞；注浆单元，包括设置在所述传感器单元周围且沿第一方向延伸的至少一个注浆管，所述注浆管的一端设置有适于浆料流入的浆料入口，所述注浆管的管壁设置有适于向所述注浆管周围注浆的至少一个注浆口。

根据本公开的实施例的另一个方面，提出了一种注浆空洞的处理方法，基于前述的注浆空洞处理装置实施，包括：将所述注浆空洞处理装置布置在待注浆空间内；向所述待注浆空间进行一次注浆；获取所述注浆空洞处理装置的传感器单元在一次注浆后的检测结果；根据所述检测结果，利用所述注浆空洞处理装置的注浆单元进行二次注浆。

根据本公开的实施例的再一方面，提出了一种隧道，包括：上述的注浆空洞处理装置；隧道初支面；以及土工布与防水板，土工布设置在隧道初支面上，土工布与防水板之间限定夹层，所述注浆空洞处理装置布置在所述夹层内。

附图说明

本公开的上述及其它方面和特征将从以下结合附图对实施例的说明清楚呈现，其中：

图1是根据本公开的一个实施例的隧道横截面的示意图；

图2是根据本公开的一个实施例的注浆空洞处理装置的俯视图；

图3是图2中的注浆空洞处理装置沿AA＇剖面的剖视图；

图4是根据本公开的另一个实施例的注浆空洞处理装置的俯视图；

图5是图4中的注浆空洞处理装置沿AA＇剖面的剖视图；

图6是根据本公开的一个实施例的注浆空洞处理装置组合的示意图；

图7是根据本公开的一个实施例的压力开关的示意图。

图中：000-1、隧道开挖初支面；000-2、土工布；000-3、防水板；000-4、二衬台车；10、注浆空洞处理装置；100、连接管；101、注浆管；101-1、注浆口；103、连接部分；104-1、第一绝缘层；104-2、第二绝缘层；105、U形管；200、传感器单元；201、传感器；202-1、第一包装层；202-2、第二包装层；203-1、第一电极层；203-2、第二电极层；204、弹性介质层；205-1、一次注浆机；205-2、二次注浆机；206、电触点；207、支撑层；300、粘接层；001、第一单元；002、第二单元。

具体实施方式

下述参照附图对本公开实施方式的说明旨在对本公开的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本公开的一种限制。基于本公开中的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

为了解决注浆施工中出现的空洞，本公开将线性延伸的传感器单元布置在待注浆空间内，并在传感器单元周围平行设置注浆管。在一次注浆的过程中，利用传感器获取注浆后的检测结果判断是否存在空洞。在出现空洞的情况下，利用空洞附近的注浆管进行二次注浆，从而消除空洞。

本公开的实施例以隧道施工中的空洞处理为例进行说明。需要说明的是，除了应用于隧道施工外，本公开还可以应用于其他类型的土木建筑工程，例如装配式建筑施工中。

图1是根据本公开的一个实施例的隧道横截面的示意图。如图1所示，在隧道施工过程中，首先开挖隧道开挖初支面000-1到一定深度，其次在隧道开挖初支面000-1的表面铺设土工布000-2，之后在土工布000-2的下方设置防水板000-3，其中，土工布000-2和防水板000-3之间形成夹层，该夹层即为待注浆空间，最后将二衬台车000-4置于隧道中，并利用二衬台车000-4上的一次注浆机205-1和二次注浆机205-2进行一次注浆和二次注浆，以在上述夹层中形成密实的、不带有空洞的二次衬砌。

如图1所示，本公开中的注浆空洞处理装置10设置在土工布000-2和防水板000-3之间的夹层内，注浆空洞处理装置10的顶端连接至土工布000-2的表面。注浆空洞处理装置10的延伸方向与隧道的延伸方向一致(在图1中，二者均垂直于纸面延伸)。

在可选的实施例中，如图1所示，多个(示例性地，三个)注浆空洞处理装置10沿隧道的周向间隔排布在土工布000-2的表面。注浆空洞处理装置10的数目和间隔可以根据具体情况设置，不限于上述示例。多个注浆空洞处理装置10可以均匀分布在待注浆空间内，以充分检测和处理注浆过程中出现的空洞。

图2是根据本公开的一个实施例的注浆空洞处理装置的俯视图。如图2所示，注浆空洞处理装置包括传感器单元200和注浆单元。传感器单元200包括沿第一方向(例如图2中的水平方向)排布的至少两个传感器201。每个传感器201适于检测周围空间是否存在注浆空洞。上述注浆单元包括设置在传感器单元200周围且同样沿第一方向延伸的至少一个注浆管101。注浆管101的一端设置有适于浆料流入的浆料入口(参见图2中注浆管101标有“IN”的一端)。注浆管101的管壁设置有适于向注浆管101周围注浆的至少一个注浆口101-1。

在图2中，浆料入口为轴向开口，但是浆料入口的形式不限于此，例如，浆料入口还可以是靠近注浆管101端部的侧壁上的开口。

在图2中，注浆口位于注浆管101远离传感器单元200的一侧，一方面能够避免传感器单元200影响注浆，另一方面使浆料水平流动便于其流出注浆管。

本公开的实施例中，注浆口101-1的数目、形式和位置可以根据具体情况设置。在图2所示的实施例中，注浆口101-1的数目为多个，形式为圆孔，位置在注浆管101远离传感器单元200的一侧。在其他实施例中，注浆口101-1的数目可以是一个或者较小数目(例如两个或者三个)，形式可以是方孔、长条孔或者狭缝等，位置可以位于注浆管101的某一侧，也可以在注浆管101的周向均匀或者不均匀分布。

在可选的实施例中，虽然没有示出，注浆口101-1可以是沿第一方向延伸并且位于注浆管101远离传感器单元200一侧的一个长条孔，还可以是沿第一方向延伸并在注浆管101的周向均匀分布的多个长条孔。

在可选的实施例中，注浆管101上的注浆口101-1沿第一方向延伸一定的距离。上述延伸一定的距离，可以是如图2所示的，由多个注浆口101-1在第一方向上间隔排布形成一定长度，还可以是如上文所描述的，由单个的注浆口101-1沿第一方向延伸一定的距离形成长条孔。上述一定距离，例如是注浆管101长度的三分之一、二分之一或者三分之二等。

在上述实施例中，注浆管101上的注浆口101-1沿第一方向延伸一定的距离，能使注浆位置沿注浆管101的长度方向延伸，有利于获得较大的空洞检测和填充范围。

在可选的实施例中，如图2所示，注浆空洞处理装置包括两个注浆管101。两个注浆管101分布在传感器单元200的两侧(由于图2为俯视图，两个注浆管101实际是水平分布在传感器单元200的两侧，可参见图3，这里为了描述方面，仍以图2中“上侧”和“下侧”的方式来区分两个注浆管101)。在图2中，上侧的注浆管101的右端为浆料入口，左端为浆料出口，下侧的注浆管101的左端为浆料入口，右端为浆料出口。进一步地，两个注浆管101的左端通过U型管105连接，从而两个注浆管101连通为整体。浆料自上侧的注浆管101的右端流入，自下侧的注浆管101的右端流出，从而在两个注浆管101内流动。在流动的过程中，浆料还可以通过两个注浆管101上的注浆口101-1进入外部空间，从而实现对外部空间的注浆。

在图2所示的实施例中，每个注浆管101的两端分别设置有浆料入口和浆料出口。在其他实施例中，每个注浆管101可以仅在一端设置浆料入口，另一端封闭。在上述实施例中，浆料由浆料入口进入注浆管101后，全部通过注浆管101上的注浆口101-1流出。容易理解，此种情况下，传感器单元200两侧的注浆管101彼此不连通。

图3是图2中的注浆空洞处理装置沿AA＇剖面的剖视图。如图3所示，传感器201包括弹性介质层204和位于弹性介质层204两侧的第一电极层203-1和第二电极层203-2，第一电极层203-1远离弹性介质层204的一侧(即图3中的上侧)设置有第一包装层202-1，第二电极层203-2远离弹性介质层204的一侧(即图3中的下侧)设置有第二包装层202-2。

在图3中，当传感器201的上下两侧被挤压时，弹性介质层204的厚度发生变化，相应地第一电极层203-1和第二电极层203-2之间的距离发生变化，进而第一电极层203-1、第二电极层203-2和弹性介质层204形成的电容器的电容发生变化，据此可以获得施加在传感器201上的压力大小。容易理解，当传感器201检测到的压力大于零时，意味着其被浆料挤压，据此可以判断传感器201周围被浆料填满，即不存在注浆空洞；当传感器201检测到的压力为零时，意味着其未被浆料挤压，据此可判断传感器201的周围空间存在注浆空洞。

在图3中，传感器201能够检测作用于其上的压力大小，即，传感器201为压力测量传感器。在其他实施例中，传感器201可以仅检测压力的有无，即，传感器201可以是压力开关。

图7是根据本公开的一个实施例的压力开关的示意图。如图7所示，该压力开关包括第一电极层203-1和第二电极层203-2，第一电极层203-1和第二电极层203-2之间的局部设置有支撑层207，第一电极层203-1远离支撑层207的一侧设置有第一包装层202-1，第二电极层203-2远离支撑层207的一侧设置有第二包装层202-2。此外，该压力开关还包括电触点206。电触点206用于进行电连接。

在图7中，当传感器201的上下两侧被挤压时，第一电极层203-1和第二电极层203-2相互靠近直至接触，二者之前的电传输路径导通，据此可判断传感器201上是否存在压力。容易理解，上述压力开关具有最小检测值。上述传感器201上存在压力，是指传感器201上存在大于或者等于最小检测值的压力。

在可选的实施例中，传感器单元200中的传感器可以均为压力测量传感器。在可选的实施例中，传感器单元200中的传感器可以均为压力开关。

在可选的实施例中，传感器单元200中的传感器可以同时包括压力测量传感器和压力开关，并且压力测量传感器和压力开关在第一方向上周期性排布。其中，压力测量传感器可以用于注浆空洞的细检测，压力开关可以用于注浆空洞的粗检测，从而兼顾检测速度和检测准确度。进一步地，压力测量传感器和压力开关可以在第一方向上交替排布。

本公开的实施例中，压力传感器(包括压力测量传感器和压力开关)的类型不限，可以是电容式、电阻式、压电式或者应变式。

本公开的实施例中，传感器201除了是压力传感器之外，还可以是检测其他物理量的传感器，例如距离传感器，其检测结果能够用于判断周围空间是否存在注浆空洞即可。

在可选的实施例中，传感器单元200可以与显示终端连接。显示终端可以实时显示检测结果，以便施工人员快速了解注浆空洞的信息。

在可选的实施例中，如图3所示，传感器201和注浆管101之间设置有绝缘结构。上述绝缘结构可以起到使传感器201与注浆管101流出的浆料电绝缘，保证传感器201的正常功能。进一步地，上述绝缘结构可以包括密实的第一绝缘层104-1和带有孔洞的第二绝缘层104-2，第二绝缘层104-2比第一绝缘层104-1更靠近注浆管101。上述第二绝缘层104-2上的孔洞可以作为浆料的流动通道，有利于提高注浆的效率。

在可选的实施例中，如图3所示，第一绝缘层104-1连接至传感器201，第二绝缘层连接104-2至第一绝缘层104-1，注浆管101连接至第二绝缘层104-2，从而传感器单元200与注浆管101形成一个整体。

在可选的实施例中，如图3所示，第一包装层202-1远离第一电极层203-1的一侧(即图3中的上侧)设置有粘接层300。粘接层300可用于将注浆空洞处理装置固定至安装表面，例如土工布000-2的表面。

在可选的实施例中，如图3所示，两个注浆管101的轴线与传感器201的轴线位于同一平面。在其他实施例中，两个注浆管101的轴线与传感器201的轴线可以不共面。

在可选的实施例中，如图3所示，注浆管101和传感器201位于同一水平高度。在其他实施例中，注浆管101和传感器201可以位于不同的水平高度，例如，注浆管101可以相对于传感器201偏上或者偏下。

以下结合图1-图3说明本实施例中注浆空洞处理装置的使用方法。如图1-图3所示，将多个(示例性地，三个)注浆空洞处理装置10沿隧道的周向间隔布置，准备工作完成后，利用一次注浆机205-1直接向土工布000-2和防水板000-3之间的夹层进行一次注浆。一次注浆完成后，利用注浆空洞处理装置10的传感器单元200检测是否存在注浆空洞。假设位于中心的注浆空洞处理装置10检测出空洞，则利用该注浆空洞处理装置10的注浆管101进行二次注浆。在二次注浆时，二次注浆机205-2的管道与注浆管101的浆料入口连通，浆料自二次注浆机205-2进入注浆管101，并从注浆管101的注浆口101-1流出，填充至注浆空洞处理装置10周围的空间。在该注浆空洞处理装置10的传感器单元200显示不存在空洞的情况下，即可完成二次注浆。

图4是根据本公开的另一个实施例的注浆空洞处理装置的俯视图，图5是图4中的注浆空洞处理装置沿AA＇剖面的剖视图。图4和图5中实施例与图2和图3中实施例的区别在于，注浆单元包括一个注浆管101和一个连接管100。连接管100的管壁密闭，注浆管101和连接管100的两端分别设置有适于浆料流入的浆料入口和适于浆料流出的浆料出口。

图4和图5中的注浆空洞处理装置适于多段组合使用。图6示出了注浆空洞处理装置组合的示意图，其包括第一单元001和第二单元002，每个单元均具有图4所示的结构。在图6中，连接管100或者注浆管101的左端为浆料出口，右端为浆料入口。

在实际施工中，防水板000-3的铺设以及注浆的操作是沿着隧道深度方向逐步推进的。当对图6中第一单元001周围的夹层进行注浆时，下方的防水板000-3的边沿会超出第一单元001的端部，导致二次注浆机205-2的管道不方便与第一单元001的浆料入口连通。对此，可以在第一单元001的后方铺设第二单元002，并且利用连接部分103将第一单元001的注浆管101的浆料入口与第二单元002的连接管100的浆料出口连通。在二次注浆时，可以将二次注浆机205-2的管道与第二单元002的连接管100的浆料入口连接，浆料便可通过第二单元002的连接管100以及连接部分103进入第一单元001的注浆管101，并通过其上的注浆口101-1进行二次注浆。

除了图6示出的两个单元外，还可以采用三个或者更多单元的组合。其中，每个单元的连接管100可以作为上一个单元的注浆管100的浆料通道。

在可选的实施例中，如图5所示，注浆管101的轴线、连接管100的轴线与传感器201的轴线位于同一平面。在其他实施例中，注浆管101的轴线、连接管100的轴线与传感器201的轴线可以不共面。

在可选的实施例中，如图5所示，注浆管101、连接管100和传感器201位于同一水平高度。在其他实施例中，注浆管101、连接管100和传感器201可以位于不同的水平高度，例如，注浆管101或者连接管100可以相对于传感器201偏上或者偏下。

本公开还提供一种注浆空洞的处理方法，基于上文描述的注浆空洞处理装置实施，包括步骤(参见图1和图2)：

步骤1、将注浆空洞处理装置10布置在待注浆空间内。

步骤2、向待注浆空间进行一次注浆；

步骤3、获取注浆空洞处理装置10的传感器单元200在一次注浆后的检测结果。

步骤4、根据检测结果，利用注浆空洞处理装置10的注浆单元进行二次注浆。

在可选的实施例中，该方法可以应用于隧道施工，上述步骤1可以进一步包括(参见图1)：首先，在隧道开挖初支面000-1上铺挂土工布000-2；其次，将注浆空洞处理装置10连接至土工布000-2，其中，注浆空洞处理装置10的延伸方向与隧道的延伸方向一致；最后，在注浆空洞处理装置10下方铺挂防水板000-3。

在可选的实施例中，可以将多个(示例性地，三个)注浆空洞处理装置10平行布置在待注浆空间内，相应地步骤4可以进一步包括(参见图1)：首先，根据多个注浆空洞处理装置10的检测结果，确定空洞所在位置；其次，利用空洞所在位置对应的注浆空洞处理装置10的注浆单元进行二次注浆。

在可选的实施例中，参见图4和图5，上述步骤4可以进一步包括：将浆料注入第二单元002的连接管100并流入第一单元001的注浆管101，以向第一单元001的周围进行注浆。

本公开实施例中注浆空洞的处理方法的具体细节和技术效果可以参见上文对注浆空洞处理装置的描述，这里不再赘述。

基于以上，本公开提出了如下技术方案：

1、一种注浆空洞处理装置，包括：

传感器单元，包括沿第一方向排布的至少两个传感器，所述传感器适于检测周围空间存在的注浆空洞；

注浆单元，包括设置在所述传感器单元周围且沿第一方向延伸的至少一个注浆管，所述注浆管的一端设置有适于浆料流入的浆料入口，所述注浆管的管壁设置有适于向所述注浆管周围注浆的至少一个注浆口。

2、根据1所述的装置，其中：

所述至少一个注浆口沿所述第一方向延伸一定的距离。

3、根据2所述的装置，其中：

所述至少一个注浆口包括沿所述第一方向排布的至少两个注浆口。

4、根据1所述的装置，其中：

所述至少一个注浆口位于所述注浆管的远离所述传感器单元的一侧。

5、根据1所述的装置，其中：

所述至少一个注浆管包括两个注浆管，所述两个注浆管分别位于所述传感器单元的两侧。

6、根据5所述的装置，其中：

所述两个注浆管的轴线与所述传感器单元的轴线位于同一平面；和/或

所述两个注浆管的相互靠近的第一端彼此连通且所述两个注浆管的相互靠近的第二端分别设置有所述浆料入口和适于浆料流出的浆料出口，或者所述两个注浆管的相互靠近的第一端彼此不连通且所述两个注浆管的相互靠近的第二端均分别设置有所述浆料入口。

7、根据1所述的装置，其中：

所述注浆单元包括分别在所述传感器单元的两侧的一个所述注浆管和一个连接管，所述连接管的管壁密闭，所述注浆管和所述连接管的两端分别设置有适于浆料流入的浆料入口和适于浆料流出的浆料出口。

8、根据7所述的装置，其中：

所述装置包括至少两个注浆单元，所述至少两个注浆单元中第一注浆单元的注浆管与所述至少两个注浆单元中第二注浆单元的连接管连通，所述至少两个注浆单元中第一注浆单元的连接管与所述至少两个注浆单元中第二注浆单元的注浆管连通。

9、根据7所述的装置，其中：

所述注浆管的轴线、所述连接管的轴线和所述传感器单元的轴线位于同一平面。

10、根据1所述的装置，其中：

所述传感器单元和所述注浆管之间设置有绝缘结构。

11、根据10所述的装置，其中：

所述绝缘结构包括密实的第一绝缘层和带有孔洞的第二绝缘层，所述第二绝缘层比所述第一绝缘层更靠近所述注浆管。

12、根据11所述的装置，其中：

所述第一绝缘层连接至所述传感器单元，所述第二绝缘层连接至所述第一绝缘层，所述注浆管连接至所述第二绝缘层。

13、根据1-12中任一项所述的装置，其中：

所述至少两个传感器包括压力传感器。

14、根据13所述的装置，其中：

所述至少两个传感器中的每个传感器均为压力测量传感器。

15、根据14所述的装置，其中：

所述压力测量传感器包括弹性介质层和位于所述弹性介质层两侧的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层远离所述弹性介质层的一侧设置有第一包装层，所述第二电极层远离所述弹性介质层的一侧设置有第二包装层。

16、根据13所述的装置，其中：

所述至少两个传感器中的每个传感器均为压力开关。

17、根据16所述的装置，其中：

所述压力开关包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层之间的局部设置有支撑层，所述第一电极层远离所述支撑层的一侧设置有第一包装层，所述第二电极层远离所述支撑层的一侧设置有第二包装层。

18、根据13所述的装置，其中：

所述至少两个传感器同时包括压力测量传感器和压力开关，并且所述压力测量传感器和所述压力开关在所述第一方向上周期性排布。

19、根据18所述的装置，其中：

所述压力测量传感器和所述压力开关在所述第一方向上交替排布。

20、根据1-12中任一项所述的装置，其中：

所述至少两个传感器包括距离传感器。

21、根据1-12中任一项所述的装置，其中：

所述传感器适于被挤压以产生电信号或者变化的电信号，传感器单元周围的注浆空间适于基于所述电信号或者变化的电信号而被检测到。

22、一种注浆空洞的处理方法，基于根据1-21中任一项所述的注浆空洞处理装置实施，包括：

将所述注浆空洞处理装置布置在待注浆空间内；

向所述待注浆空间进行一次注浆；

获取所述注浆空洞处理装置的传感器单元在一次注浆后的检测结果；

根据所述检测结果，利用所述注浆空洞处理装置的注浆单元进行二次注浆。

23、根据22所述的方法，其中，所述方法应用于隧道施工；以及

所述将所述注浆空洞处理装置布置在待注浆空间内的步骤包括：

在隧道开挖初支面上铺挂土工布；

将所述注浆空洞处理装置连接至所述土工布，其中，所述注浆空洞处理装置的延伸方向与所述隧道的延伸方向一致；

在所述注浆空洞处理装置下方铺挂防水板。

24、根据22所述的方法，其中：

所述将所述注浆空洞处理装置布置在待注浆空间内的步骤包括：

将多个注浆空洞处理装置平行布置在所述待注浆空间内，

且：

所述根据所述检测结果，利用所述注浆空洞处理装置的注浆单元进行二次注浆的步骤包括：

根据所述多个注浆空洞处理装置的检测结果，确定空洞所在位置；以及

利用所述空洞所在位置对应的注浆空洞处理装置的注浆单元进行二次注浆。

25、根据22所述的方法，其中：

所述注浆空洞处理装置包括至少两个注浆单元，所述至少两个注浆单元中第一注浆单元的注浆管与所述至少两个注浆单元中第二注浆单元的连接管连通，所述至少两个注浆单元中第一注浆单元的连接管与所述至少两个注浆单元中第二注浆单元的注浆管连通；且

所述利用所述注浆空洞处理装置的注浆单元进行二次注浆的步骤包括：

将浆料注入所述第二注浆单元的连接管并流入所述第一注浆单元的注浆管，以向所述第一注浆单元的注浆管周围注浆。

26、一种隧道，包括：

根据1-21中任一项所述的注浆空洞处理装置；

隧道初支面；以及

土工布与防水板，土工布设置在隧道初支面上，土工布与防水板之间限定夹层，所述注浆空洞处理装置布置在所述夹层内。

27、根据26所述的隧道，其中：

所述传感器包括弹性介质层和位于所述弹性介质层两侧的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层远离所述弹性介质层的一侧设置有第一包装层，所述第二电极层远离所述弹性介质层的一侧设置有第二包装层，第一包装层的一侧设置有适于与土工布或防水板粘附的粘接层。

以上仅为本公开的实施例，并不用以限制本公开，本领域技术人员可以理解，在不背离本公开的精神和原理的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。