一种钢板加固盾构隧道衬砌结构及施工方法技术

本发明专利技术公开了优化锚栓布置的钢板加固盾构隧道衬砌结构及施工方法中，根据盾构隧道不同位置的受力特点，设置不同的锚栓布置间距，正弯矩下的接缝位置锚栓加密布置，负弯矩下的接缝位置锚栓疏松布置；充分考虑了钢板加固后的盾构隧道的薄弱点与破坏过程，充分利用锚栓锚固能力，优化锚栓的布置间距，提高钢板加固盾构隧道的效果和使用寿命。相比既有钢板加固盾构隧道结构方法，该方法增强了隧道接缝附近的界面连接，具有加固针对性强、界面抗剥离效果好等优点。果好等优点。果好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种钢板加固盾构隧道衬砌结构及施工方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，具体为一种优化锚栓布置的钢板加固盾构隧道衬砌结构及施工方法。

技术介绍

[0002]盾构法隧道由于其施工过程中具有自动化作业、不影响交通、不受气候限制等优点，成为城市轨道交通的主要结构形式。随着运营年限的增长，部分地铁盾构隧道结构也逐渐暴露出一些结构病害问题。通过对投入运营的盾构隧道进行的日常检测，发现盾构隧道出现的病害类型，主要可分为局部破损和隧道结构整体大变形两类。局部破损包括：渗漏水、裂缝、缺角等；隧道结构的整体变形包括：接缝张开、隧道管片错动、隧道管片变形等；部分隧道还存在纵向沉降的问题。结构局部损伤已影响到了盾构隧道的正常运营，若继续发展可能会影响到正常的行车安全；而隧道结构大变形会严重影响到盾构隧道的安全运营和结构的安全可靠度。
[0003]针对上述盾构隧道病害问题，常进行相应的整治措施。例如，利用壁内外结合注浆工艺对隧道渗漏水问题进行治理；隧道管片局部破损问题则依靠环氧填补技术修复；而对于隧道结构产生的大变形问题，常用的加固方法主要分为两大类：第一类钢材加固法，第二类是复合材料加固法。复合材料加固的材料包括碳纤维布、钢板等。钢板加固具有施工便捷，提高结构刚度和控制结构变形效果明显的优点。钢板加固结构的关键性能点在于隧道管片与钢板内衬界面的粘结破坏，由于刚性环氧浆液自身具有脆性特征，即界面在受力后迅速达到极限强度而发生破坏。层间界面应力增长至极限剪切强度后，界面粘结失效，结构整体性能迅速丧失，隧道管片承受大多数外荷载作用，而钢板则主要承受隧道管片变形产生的被动荷载作用。由于隧道管片在未加固结构已经出现多个塑性铰，故进而各构件迅速破坏达到极限状态，结构收敛变形随荷载变化迅速增长。
[0004]传统钢板加固对于隧道管片与钢板内衬界面的粘结破坏并无加强措施，锚栓的布置采取均匀对齐布置方式。因此，盾构隧道接缝位置的钢板与隧道管片的界面是最薄弱点。为了加强钢板加固的应用效果，需要根据盾构隧道的实际受力特点，分区设置锚栓，提升钢板加固效果。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的优化锚栓布置的钢板加固盾构隧道衬砌结构及施工方法，能有效提高钢板加固盾构隧道衬砌结构的承载力、控制变形、抑制裂缝发展，也能够加强隧道薄弱位置的界面连接和抗剥离能力。
[0006]具体地，本专利技术提供了一种优化锚栓布置的钢板加固盾构隧道衬砌结构，包括：
[0007]锚栓，根据盾构隧道不同位置的受力特点，设置不同的锚栓布置间距，钢板加固盾构隧道界面在正弯矩下呈现正对接缝位置外衬与内衬贴紧，而接缝两侧内外衬出现剥离的
不协调变形趋势；负弯矩下呈现正对接缝位置内外衬出现剥离而接缝两侧内外衬贴紧的不协调变形趋势，正弯矩下的接缝位置锚栓加密布置，负弯矩下的接缝位置锚栓疏松布置。
[0008]可选地，加固形式包括盾构隧道局部接头加固形式和全断面加固形式。
[0009]可选地，根据盾构隧道不同位置的受力特点，设置不同的锚栓布置间距，具体为：隧道的顶部和底部位置附近的接缝受正弯矩，则接缝两侧5
°
范围锚栓环向间距为200mm；
[0010]隧道的腰部位置附近的接缝受负弯矩，则接缝两侧5
°
范围锚栓环向间距为400mm；
[0011]其余区域锚栓环向间距为400mm。
[0012]可选地，加固钢板的宽度为盾构隧道管片宽度的70～80％，锚栓纵向布置2～3排，螺栓在纵向和环向上并列布置，纵向上两相邻锚栓之间距离为300～400mm。
[0013]可选地，加固钢板的锚栓为化学锚栓，锚栓植入深度不少于10倍的锚栓直径。
[0014]本专利技术还提供了一种优化锚栓布置的钢板加固盾构隧道衬砌结构的施工方法，所述施工方法用于设置如以上所述的优化锚栓布置的钢板加固盾构隧道衬砌结构；所述施工方法包括以下步骤：
[0015]S1：在隧道管片加固区域内表面进行打磨处理；
[0016]S2：根据盾构隧道不同位置的受力特点，设置不同的锚栓布置间距，正弯矩下的接缝位置锚栓加密布置，负弯矩下的接缝位置锚栓疏松布置，对钢板和隧道管片进行钻孔；
[0017]S3：清洗隧道管片和钢板表面；
[0018]S4：封闭螺栓手孔和接缝；
[0019]S5：钢板紧贴隧道管片，并用化学锚栓固定；
[0020]S6：弹性环氧胶泥封闭钢板边缘，钢板与隧道管片间灌注刚性环氧浆液。
[0021]可选地，步骤S1中，所述的打磨处理是为了使钢板与原钢筋混凝土隧道管片之间的良好接触，粘结更加牢固，采用平砂轮作业，去除混凝土表面的异物和钢板表面的锈斑。
[0022]可选地，步骤S2中，在加固区域的隧道管片和钢板相应位置进行钻孔，其中隧道管片的钻孔深度为不小于锚栓直径的10倍；盾构隧道受正弯矩的接缝两侧5
°
范围锚栓环向间距为200mm，受负弯矩的接缝锚栓环向间距为400mm，其余区域锚栓环向间距为400mm；当某些孔位位于隧道管片螺栓手孔、接缝时，应该避开这部分孔位，最小间距50mm。当某些孔位钻入过程中遇到原隧道管片钢筋时，应该在其附近5cm范围内重新补钻，并将遇到原隧道管片钢筋的孔位用双快水泥封堵。
[0023]可选地，步骤S3中，清理隧道管片和钢板表面需在钻孔完成后进行，清洁范围包括打磨后的隧道管片内表面和钢板表面，清理手段包括毛刷清刷孔壁，吹出孔内的浮尘，除去钢板表面的锈斑。
[0024]可选地，步骤S4中，封闭螺栓手孔和接缝，采用硫铝酸盐双快水泥对钢板覆盖范围内的螺栓手孔进行填充；在隧道管片接缝处采用钻孔灌弹性环氧胶泥的方式形成阻断节点，所有节点位置不得触及密封垫沟槽及定位棒，用弹性环氧浆液灌注接缝。
[0025]可选地，步骤S5中，确认化学药剂无外观破碎、药剂凝固等异常现象后，将药剂依次插入锚栓孔内；架设钢板使得贴紧隧道管片，用电钻将锚栓钻入孔中，钻入深度≥160mm；初钻时要慢，待钻头定位稳定后，再全速钻进；化学锚栓钻入孔内后，静置几分钟，待药剂充分凝固。
[0026]可选地，步骤S6中，弹性环氧胶泥封闭钢板边缘，采用弹性环氧胶泥将钢板边缘密
封，保证四周封闭性良好。钢板与隧道管片间灌注刚性环氧浆液，采用小型电动注浆泵进行刚性环氧浆液灌注，需控制压力，并对漏浆处用弹性环氧胶泥进行及时修补封闭。环氧树脂灌注完成后，用弹性环氧胶泥对灌注孔进行封堵，保证各处封闭性能良好。
[0027]本专利技术的有益效果在于：
[0028]本专利技术提供的优化锚栓布置的钢板加固盾构隧道衬砌结构及施工方法中，根据盾构隧道不同位置的受力特点，设置不同的锚栓布置间距，正弯矩下的接缝位置锚栓加密布置，负弯矩下的接缝位置锚栓疏松布置；充分考虑了钢板加固后的盾构隧道的薄弱点与破坏过程，充分利用锚栓锚固能力，优化锚栓的布置间距，提高钢板加固盾构隧道的效果和使用寿命。相比既有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优化锚栓布置的钢板加固盾构隧道衬砌结构，其特征在于，包括：锚栓，根据盾构隧道不同位置的受力特点，设置不同的锚栓布置间距，正弯矩下的接缝位置锚栓加密布置，负弯矩下的接缝位置锚栓疏松布置。2.根据权利要求1所述的钢板加固盾构隧道衬砌结构，其特征在于，加固形式包括盾构隧道局部接头加固形式和全断面加固形式。3.根据权利要求1所述的钢板加固盾构隧道衬砌结构，其特征在于，根据盾构隧道不同位置的受力特点，设置不同的锚栓布置间距，具体为：隧道的顶部和底部位置附近的接缝受正弯矩，则接缝两侧5
°
范围锚栓环向间距为200mm；隧道的腰部位置附近的接缝受负弯矩，则接缝两侧5
°
范围锚栓环向间距为400mm；其余区域锚栓环向间距为400mm。4.根据权利要求1所述的钢板加固盾构隧道衬砌结构，其特征在于，加固钢板的宽度为盾构隧道管片宽度的70～80％，锚栓纵向布置2～3排，螺栓在纵向和环向上并列布置，纵向上两相邻锚栓之间距离为300～400mm。5.根据权利要求1所述的钢板加固盾构隧道衬砌结构，其特征在于，加固钢板的锚栓为化学锚栓，锚栓植入深度不少于10倍的锚栓直径。6.一种优化锚栓布置的钢板加固盾构隧道衬砌结构的施工方法，采用权利要求1
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5任一项所述的优化锚栓布置的钢板加固盾构隧道衬砌结构；其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕延豪，柳献，孙雪兵，王金龙，娄英豪，王效文，张海涛，高云龙，赵星，蔡兴瑞，甘海杰，纪汉卿，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：