CN103498683B - 基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法，在隧道衬砌表面挂设纤维编织网，向纤维编织网喷射快凝复合砂浆，快凝复合砂浆迅速凝结在纤维编织网上形成厚度为1～2cm的加固薄层，纤维编织网位于加固薄层中间位置，通过快凝复合砂浆的迅速凝结，实现纤维编织网对隧道衬砌的早强加固。与现有技术相比，本发明能保证加固层与衬砌结构的牢固粘结，在不采用额外锚固措施的条件下，有效防止界面破坏；实现隧道衬砌的迅速早强加固，可以有效应用于寒冷地区，施工便捷迅速，急剧地减小因隧道衬砌加固维修施工及加固层养护对交通的影响，具有有效提高隧道衬砌承载能力、控制裂缝扩展、改善裂缝形式、耐腐蚀能力强等优点。
Description
技术领域
本发明属于隧道衬砌加固补强技术领域，涉及用纤维编织网和快凝复合砂浆早强快速加固隧道衬砌的方法。
背景技术
改革开放以来，随着国家加强对基础设施建设的投入，我国交通建设事业取得了迅猛地发展，我国隧道建设取得了长足的进步。目前，我国已经成为世界上隧道工程数量最多、最复杂、发展最快的国家。据不完全统计，截止2012年底，我国已建成运营的公路隧道达5600余座，总里程接近4000公里。在铁路隧道方面，截止2009年底，我国已建成铁路隧道总长度已经超过7000公里，规划到2020前，长度超过9000公里。这些隧道普遍采用新奥法设计施工，结构的主流形式是以锚喷支护作为初期支护，以模筑混凝土作为二次永久衬砌的复合衬砌结构。然而，由于隧道是修建在地下岩土介质中的半隐蔽工程，而且我国隧道是在不同时期、不同地质条件和不同技术水平下修建的，经过多年运营，许多隧道已出现多种病害，如变形侵限、裂缝、渗漏水、错台、掉块、坍塌、底鼓、衬砌背后空洞等，这些病害给隧道运营安全造成了一定威胁。由隧道病害导致的事故屡见不鲜。如2000年9月兴安岭隧道出现衬砌掉块，2001年10月达成铁路万山寺隧道出现衬砌大范围掉块，2001年12月宝中线清凉山隧道衬砌掉块，这些事故都险些造成严重的行车事故。
由于衬砌病害产生后会破坏结构的美观，导致隧道衬砌钢筋锈蚀及结构混凝土腐蚀等多种耐久性不足的病害产生，进而破坏结构的完整性并降低它们的耐久性。隧道衬砌病害严重威胁隧道内行车的安全，缩短隧道的维护周期和使用寿命，如果对它不进行及时治理，会对衬砌结构造成进一步的损坏，极端不利情况下甚至可能导致结构整体崩溃。在运转迅速的当今社会，交通的流畅顺通对保证人民正常生活、经济的平稳发展和社会的安定起着至关重要的作用，因此为了减小因隧道衬砌加固维修施工及加固层养护对交通的影响，当今社会下的隧道衬砌加固补强将赋予“早强迅速”的新特点。
面对隧道衬砌病害，科技工作者、工程师等通过实践，提出了各种的病害治理方法或措施，常用的隧道衬砌补强方法有外部围岩注浆，增大衬砌截面、喷射混凝土、钢筋网混凝土，增加额外构件等。这些补强方法施工都比较复杂，除外部围岩注浆外，其他的几种方法还存在危害着隧道建筑限界的缺点。
随着各种优质建筑结构胶的面市，外贴钢板片法和粘贴FRP布法在隧道衬砌加固中逐渐得到推崇。对外贴钢板法，由于钢板高密度的特点，增加了衬砌结构的自重，同时施工时需要大型的机械设备，对施工场地的要求比较高。另外，由于采用的钢板往往有一定的厚度，因此在成型方面具有一定的限制，往往需要根据被修复结构的形状来预制钢板。对于粘贴FRP布法，主要存在防火性能差、难以用于潮湿环境，容易发生界面剥离破坏等主要缺点。除此之外，这两类方法耐高温能极差(通常采用环氧树脂作为粘结剂，环氧树脂的熔点约为60℃)，一旦隧道中发生火灾，加固层迅速失效，这对隧道衬砌补强来说是不能接受的。
德意志研究联合会于1999年提出了纤维编织网增强混凝土(Textile ReinforcedConcrete，简称TRC)对混凝土结构进行加固。TRC是多轴纤维编织网和精细混凝土的结合，纤维编织网主要采用碳纤维和耐碱玻璃纤维，精细混凝土为骨料粒度很小的混凝土，主要成为为水泥、硅灰、粉煤灰和砂等材料组成，具有良好的流动、渗透、粘结、保水和耐久性能。但是，研究机构自己也指出，在一定的受力状态下，由于TRC加固层和原构件的界面剪应力大于界面粘结力，从而导致界面剥离破坏，进而不能有效地保证加固层与被加固构件之间的协同受力。
中国专利ZL2009100102593的专利公开了一种用纤维编织网和水泥基材料加固补强混凝土的方法，公开了为了防止界面破坏，在加固层与被加固构件之间添加U型抗剪销钉，可以有效地防止界面剥离破坏。但是该措施会对混凝土结构造成二次损伤。同时该专利还公开了为了提高纤维编织网网束之间的协同受力，在施工过程中采用环氧树脂对纤维网束进行浸渍。但是该工序降低了加固层的耐火性能。
以上加固方法除了所述的主要缺点之外，它们还存在一个共同缺点，不能实现隧道衬砌的早强迅速加固。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法。该方法具备TRC加固技术改善裂缝形式、加固薄层几乎不改变构件截面尺寸等特点，同时还具备施工便捷，避免界面粘结破坏，加固效果好，耐火，能早强迅速地实现隧道衬砌的加固补强。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法，简称RTMTS(Rapidly Textile-reinforced mortar for tunnel strengthening)，在隧道衬砌表面挂设纤维编织网，向纤维编织网喷射快凝复合砂浆(简称为RCM，Rapidly compositemortar)，快凝复合砂浆迅速凝结在纤维编织网上形成厚度为1～2cm的加固薄层，纤维编织网位于加固薄层中间位置，以纤维编织网为增强材料，以快凝复合砂浆为凝结剂和保护层，通过快凝复合砂浆的迅速凝结，实现纤维编织网对隧道衬砌的早强加固。
该方法具体包括以下步骤：
(1)采用高压气锤对待加固隧道衬砌表面进行粗糙处理，清洗并去除混凝土粉尘及松动颗粒，隧道衬砌的粗糙度要求为0.5～1cm；
(2)在衬砌待加固表面的端部及中部均布打上挂网钉，挂网钉端部至被加固衬砌表面距离为5～10mm；
(3)将纤维编织网挂于挂网钉上，使用干净水，采用喷雾器将待加固衬砌表面及纤维编织网湿润；
(4)采用喷射法，将预先搅拌好的快凝复合砂浆均匀喷射至被加固区域，保证快凝复合砂浆均匀覆盖住纤维编织网，形成厚度为1～2cm的加固薄层；
(5)隧道运营条件下，自然养护2～4小时。
对待加固隧道衬砌表面进行粗糙处理，清洗并去除混凝土粉尘及松动颗粒，能够有效地提高加固薄层与隧道衬砌之间的界面粘结性能，避免因界面破坏而造成不能充分利用纤维编织网高强度特性和材料的浪费。通过大量实验，当加固界面的粗糙度在0.5～1cm之间时，加固薄层与隧道衬砌之间的界面不再是薄弱环节。与采用外部锚固措施(如U型抗剪销钉)相比，采用粗糙度指标来提高界面的粘结性能可以有效地避免因采用锚固措施打孔对隧道衬砌所造成的二次损伤。
在衬砌待加固表面的端部及中部均布布置挂网钉，挂网钉起到固定纤维编织网的作用。挂网钉端部至衬砌被加固表面的距离为5mm，可以有效地保证纤维编织网位于加固层中部。
所述的快凝复合砂浆由氧化镁、氧化铝、氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化铁、碳纤维丝、水、粗砂和细砂组成，其中粗砂的粒径为0.6mm～1.2mm，细砂的粒径小于0.6mm，各组分的具体配合比为氧化镁：氧化铝：氧化硅：五氧化二磷：氧化钾：氧化铁：碳纤维丝：水：粗砂：细砂=(0.30～0.35)：(0.20～025)：(0.15～0.20)：
(0.08～0.15)：(0.05～0.10)：(0.04～0.07)：(0.005～0.007)：(0.18～0.25)：(0.15～0.20)：
(0.30～0.37)，具有高流动性、优异自密实、高渗透性、优异保水性、耐久性、优异的抗开裂、韧性和防火性能，搅拌过程释放大量的热量，可以用于寒冷地区。
快凝复合砂浆中加入氧化镁、氧化铝、五氧化二磷和氧化钾，这些组分在水化过程中释放大量的热量，可以保证本发明方法有效地应用于寒冷地区隧道的早强加固。快凝复合砂浆中加入碳纤维丝，可以有效地改善加固层裂缝的分布和限制裂缝的发展。
快凝复合砂浆可以不局限于上述材料，只需要满足早强、具有优异的耐腐蚀、粘结性能、耐高温、渗透性、流通性能和自密实性能即可。
快凝复合砂浆的搅拌喷射方法为：先将氧化镁、氧化铝、氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化铁、碳纤维丝、粗砂和细砂按比例称重，放入搅拌机中搅拌均匀。待衬砌被加固表面处理、纤维编织网挂网和表面润湿完成后，加入比例水搅拌，采用红外线温度测量仪量测混合复合材料温度，当温度上升至60℃时，将复合材料送入混凝土喷射罐，采用高压均匀喷射至被加固区域。喷射过程应迅速完成，不易中断。喷射完成之后应及时清洗喷射仪器设备，以防止快凝复合砂浆凝结堵塞仪器设备。
采用喷射方式浇筑快凝复合砂浆，具有施工便捷，防止快凝复合砂浆流下，有效保证施工质量的特点，这可以便于RTMTS方法在隧道衬砌加固修复中的大规模应用。
根据偏压构件抗弯加固原理建立加固强度与纤维编织网用量关系，所述的纤维编织网采用网束间距为1～10cm和横截面积为6.6～26.4mm2的纤维材料，或根据隧道衬砌的主受力方向，纤维编织网的径向和纬向分别采用不同强度的纤维材料，所述的纤维材料包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或其他新型纤维材料。纤维编织网作为加筋材料具有耐腐蚀性能，防腐蚀的保护层不再需要，可以有效减小加固层厚度，加筋材料选用纤维编织网具有优异的强质比(强度质量比)，可以有效减小加固层的质量。
所述的纤维编织网采用经固化剂固化处理过的纤维网束，具体处理方式为采用耐高温类树脂将纤维丝均匀浸渍，然后在0.1～0.5MPa压力下压制成型。经过固化处理的纤维编织网可以有效地提高纤维束的协同受力。
与现有技术相比，本发明的加固方法具有有效提高隧道衬砌承载能力、控制裂缝扩展、改善裂缝形式、耐腐蚀能力强、加固层薄、不增加隧道衬砌结构自重等优点；能保证加固层与衬砌结构的牢固粘结，在不采用额外锚固措施的条件下，有效防止界面破坏；实现隧道衬砌的迅速早强加固，可以有效应用于寒冷地区，施工便捷迅速，急剧地减小因隧道衬砌加固维修施工及加固层养护对交通的影响。
附图说明
图1为隧道衬砌结构加固示意图；
图2为图1中A处的局部放大示意图；
图3为纤维编织网结构示意图。
图中1为挂网钉，2为纤维编织网，3为快凝复合砂浆，4为隧道衬砌，5为加固薄层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法，简称RTMTS(Rapidly Textile-reinforced mortar for tunnel strengthening)，在隧道衬砌表面挂设纤维编织网，向纤维编织网喷射快凝复合砂浆，快凝复合砂浆迅速凝结在纤维编织网上形成厚度为1cm的加固薄层，纤维编织网位于加固薄层中间位置，以纤维编织网为增强材料，以快凝复合砂浆为凝结剂和保护层，通过快凝复合砂浆的迅速凝结，实现纤维编织网对隧道衬砌的早强加固。
该方法具体包括以下步骤：
(1)采用高压气锤对待加固隧道衬砌表面进行粗糙处理，清洗并去除混凝土粉尘及松动颗粒，隧道衬砌的粗糙度要求为0.5～1cm。
对待加固隧道衬砌表面进行粗糙处理，清洗并去除混凝土粉尘及松动颗粒，能够有效地提高加固薄层与隧道衬砌之间的界面粘结性能，避免因界面破坏而造成不能充分利用纤维编织网高强度特性和材料的浪费。通过大量实验，当加固界面的粗糙度在0.5～1cm之间时，加固薄层与隧道衬砌之间的界面不再是薄弱环节。与采用外部锚固措施(如U型抗剪销钉)相比，采用粗糙度指标来提高界面的粘结性能可以有效地避免因采用锚固措施打孔对隧道衬砌所造成的二次损伤。
(2)在衬砌待加固表面的端部及中部均布打上挂网钉，挂网钉端部至被加固衬砌表面距离为5mm。
在衬砌待加固表面的端部及中部均布布置挂网钉，挂网钉起到固定纤维编织网的作用。挂网钉端部至衬砌被加固表面的距离为5mm，可以有效地保证纤维编织网位于加固层中部。
(3)将纤维编织网挂于挂网钉上，使用干净水，采用喷雾器将待加固衬砌表面及纤维编织网湿润。
根据隧道衬砌的主受力方向，纤维编织网的径向和纬向分别采用不同强度的纤维材料，纤维材料包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或其他新型纤维材料。纤维编织网作为加筋材料具有耐腐蚀性能，防腐蚀的保护层不再需要，可以有效减小加固层厚度，加筋材料选用纤维编织网具有优异的强质比(强度质量比)，可以有效减小加固层的质量。纤维编织网采用经固化剂固化处理过的纤维网束，经过固化处理的纤维编织网可以有效地提高纤维束的协同受力。
(4)采用喷射法，将预先搅拌好的快凝复合砂浆均匀喷射至被加固区域，保证快凝复合砂浆均匀覆盖住纤维编织网，形成厚度为1cm的加固薄层。
快凝复合砂浆由氧化镁、氧化铝、氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化铁、碳纤维丝、水、粗砂和细砂组成，其中粗砂的粒径为0.6mm～1.2mm，细砂的粒径小于0.6mm，各组分的具体配合比为氧化镁：氧化铝：氧化硅：五氧化二磷：氧化钾：氧化铁：碳纤维丝：水：粗砂：细砂＝0.33：0.22：0.17：0.11：0.07：0.04：0.005：0.2：0.17：0.35。快凝复合砂浆具有高流动性、优异自密实、高渗透性、优异保水性、耐久性、优异的抗开裂、韧性和防火性能，搅拌过程释放大量的热量，可以用于寒冷地区。
快凝复合砂浆中加入氧化镁、氧化铝、五氧化二磷和氧化钾，这些组分在水化过程中释放大量的热量，可以保证本发明方法有效地应用于寒冷地区隧道的早强加固。快凝复合砂浆中加入碳纤维丝，可以有效地改善加固层裂缝的分布和限制裂缝的发展。
快凝复合砂浆可以不局限于上述材料，只需要满足早强、具有优异的耐腐蚀、粘结性能、耐高温、渗透性、流通性能和自密实性能即可。
快凝复合砂浆的搅拌喷射方法为：先将氧化镁、氧化铝、氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化铁、碳纤维丝、粗砂和细砂按比例称重，放入搅拌机中搅拌均匀。待衬砌被加固表面处理、纤维编织网挂网和表面润湿完成后，加入比例水搅拌，采用红外线温度测量仪量测混合复合材料温度，当温度上升至60℃时，将复合材料送入混凝土喷射罐，采用高压均匀喷射至被加固区域。喷射过程应迅速完成，不易中断。喷射完成之后应及时清洗喷射仪器设备，以防止快凝复合砂浆凝结堵塞仪器设备。
采用喷射方式浇筑快凝复合砂浆，具有施工便捷，防止快凝复合砂浆流下，有效保证施工质量的特点，这可以便于RTMTS方法在隧道衬砌加固修复中的大规模应用。
(5)隧道运营条件下，自然养护2小时。
隧道衬砌加固后结构如图1～3所示，加固薄层5粘结在隧道衬砌4的表面，加固薄层5由纤维编织网2及快凝复合砂浆3形成，纤维编织网2挂设在挂网钉1上，挂网钉1嵌入隧道衬砌4内。
实施例2
用本发明的方法加固一座双向两车道山岭隧道衬砌。隧道二次衬砌顶拱单圆半径为5700mm，隧道二次衬砌厚度为350mm，混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值fc＝14.3N／mm2。经现场实地勘察表明，在距离隧道洞口200m处，山体表面局部塌陷，造成隧道衬砌顶拱处产生了大量的张口型纵向裂缝。为了保证隧道的安全稳定运营，采用本发明的方法对隧道进行快速加固。
第一步：确定纤维编织网截面尺寸和间距
由于本发明的加筋材料为纤维编织网，其强度远远高于快凝复合砂浆，同时快凝复合砂浆喷射厚度非常小，因此可以忽略其抗拉强度。隧道截面发生破坏主要存在拉破坏和压破坏两类形式，因此依据现有的隧道内表面加固理论，采用隧道截面轴力和弯矩的平衡方程来确定纤维编织网截面尺寸和间距。
由于沿隧道纵向和横向均受力，从安全角度出发，拟采用经纬向均为碳纤维材料的纤维编织网，其抗拉强度为ft＝4100MPa，极限拉应变为εfu=0.025，弹性模量为Ef＝230GPa，设计加固层厚度为1cm。
依据隧道衬砌顶拱截面的弯矩及轴力平衡方程，确定采用纤维编织网网束间距为10cm，横截面积为13.5mm2的碳纤维编织网。
第二步，临时封闭交通
为了保证施工人员的安全，申请有关部门临时封闭隧道。
第三步：被加固隧道衬砌表面处理及挂网钉施工
采用高压气锤将隧道衬砌顶拱至拱腰范围的衬砌内表面凿粗，采用便携式岩石表面形貌仪量测粗糙度，保证衬砌表面粗糙度达到0.5cm。在待加固区域端部及顶拱部均布钻孔，布置挂网钉。由于挂网钉起到临时固定纤维编织网的作用，因此挂网钉数量及其钻孔深度可以依据植筋锚固抗拔力理论，结合纤维编织网质量加以确定。为了保证纤维编织网位于加固层中部，控制锚固钉端部至被加固表面的距离为5mm。最后，采用高压水枪将被加固衬砌表面区域清洗干净，并冲掉松动颗粒。
第四步，纤维编织网布置及表面润湿
将纤维编织网挂于挂网钉上，并采用喷雾器将待加固衬砌表面及纤维编织网润湿。
第五步，快凝复合砂浆搅拌
按照氧化镁：氧化铝：氧化硅：五氧化二磷：氧化钾：氧化铁：碳纤维丝：水：粗砂：细砂=0.33：0.22：0.17：0.11：0.07：0.04：0.005：0.2：0.17：0.35的配比称量各组分，倒入搅拌机中搅拌。采用红外线温度量测仪控制混合材料温度，当温度上升至60℃时，停止搅拌并送入高压混凝土喷射仪中。
第六步，喷射搅拌完成的快凝复合砂浆
将搅拌好的快凝复合砂浆均匀喷射至隧道衬砌表面与纤维编织网之间，以及纤维编织网表面，在纤维编织网表面喷射的快凝复合砂浆厚度为5mm。喷射完成后，及时清洗喷射设备。
第七部，恢复交通。
当喷射作业完成2小时后，恢复交通。
实验室试验
以上述隧道为原型工程，依据缩尺理论，对隧道衬砌、加固层和纤维编织网尺寸进行缩尺。依据隧道的受力，在隧道顶拱表面进行均布加载，其余范围安装受力弹簧模拟隧道围岩抗力。试验机采用500KN的液压伺服试验机，分级加载控制。
在隧道衬砌内表面布置应变片及位移传感器，量测开裂应变及衬砌内表面收敛值。顶拱加载均布荷载由微机自动记录。
按照本发明的步骤，进行加固层施工。加固施工完成两小时后，进行加载。与无加固件相比，加固件两小时之后的隧道承载能力提高了20.36％，隧道衬砌顶拱收敛值降低了17.62％。整个试验过程中，加固层与衬砌表面粘结完好，没有出现界面破坏。加固构件的顶拱主裂缝扩展速率明显降低，最大宽度也显著减小。试验结果证明了，本发明的加固方法可以实现对隧道衬砌的早强快速加固，加固效果安全可靠。
实施例3
一种基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法，简称RTMTS(Rapidly Textile-reinforced mortar for tunnel strengthening)，在隧道衬砌表面挂设纤维编织网，向纤维编织网喷射快凝复合砂浆，快凝复合砂浆迅速凝结在纤维编织网上形成厚度为2cmm的加固薄层，纤维编织网位于加固薄层中间位置，以纤维编织网为增强材料，以快凝复合砂浆为凝结剂和保护层，通过快凝复合砂浆的迅速凝结，实现纤维编织网对隧道衬砌的早强加固。
该方法具体包括以下步骤：
(1)采用高压气锤对待加固隧道衬砌表面进行粗糙处理，清洗并去除混凝土粉尘及松动颗粒，隧道衬砌的粗糙度要求为0.5～1cm。
对待加固隧道衬砌表面进行粗糙处理，清洗并去除混凝土粉尘及松动颗粒，能够有效地提高加固薄层与隧道衬砌之间的界面粘结性能，避免因界面破坏而造成不能充分利用纤维编织网高强度特性和材料的浪费。通过大量实验，当加固界面的粗糙度在0.5～1cm之间时，加固薄层与隧道衬砌之间的界面不再是薄弱环节。与采用外部锚固措施(如U型抗剪销钉)相比，采用粗糙度指标来提高界面的粘结性能可以有效地避免因采用锚固措施打孔对隧道衬砌所造成的二次损伤。
(2)在衬砌待加固表面的端部及中部均布打上挂网钉，挂网钉端部至被加固衬砌表面距离为8mm。
在衬砌待加固表面的端部及中部均布布置挂网钉，挂网钉起到固定纤维编织网的作用。挂网钉端部至衬砌被加固表面的距离为8mm，可以有效地保证纤维编织网位于加固层中部。
(3)将纤维编织网挂于挂网钉上，使用干净水，采用喷雾器将待加固衬砌表面及纤维编织网湿润。
根据偏压构件抗弯加固原理建立加固强度与纤维编织网用量关系，纤维编织网可采用网束间距为1cm和横截面积为6.6mm2纤维材料，纤维编织网作为加筋材料具有耐腐蚀性能，防腐蚀的保护层不再需要，可以有效减小加固层厚度，加筋材料选用纤维编织网具有优异的强质比(强度质量比)，可以有效减小加固层的质量。纤维编织网采用经固化剂固化处理过的纤维网束，具体处理方式为采用耐高温类树脂将纤维丝均匀浸渍，然后在0.1MPa压力下压制成型，经过固化处理的纤维编织网可以有效地提高纤维束的协同受力。
(4)采用喷射法，将预先搅拌好的快凝复合砂浆均匀喷射至被加固区域，保证快凝复合砂浆均匀覆盖住纤维编织网，形成厚度为1.5cm的加固薄层。
快凝复合砂浆由氧化镁、氧化铝、氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化铁、碳纤维丝、水、粗砂和细砂组成，其中粗砂的粒径为0.6mm～1.2mm，细砂的粒径小于0.6mm，各组分的具体配合比为氧化镁：氧化铝：氧化硅：五氧化二磷：氧化钾：氧化铁：碳纤维丝：水：粗砂：细砂=0.30：0.20：0.15：0.08：0.05：0.04：0.005：0.18：0.15：0.30。快凝复合砂浆具有高流动性、优异自密实、高渗透性、优异保水性、耐久性、优异的抗开裂、韧性和防火性能，搅拌过程释放大量的热量，可以用于寒冷地区。
快凝复合砂浆中加入氧化镁、氧化铝、五氧化二磷和氧化钾，这些组分在水化过程中释放大量的热量，可以保证本发明方法有效地应用于寒冷地区隧道的早强加固。快凝复合砂浆中加入碳纤维丝，可以有效地改善加固层裂缝的分布和限制裂缝的发展。
快凝复合砂浆可以不局限于上述材料，只需要满足早强、具有优异的耐腐蚀、粘结性能、耐高温、渗透性、流通性能和自密实性能即可。
快凝复合砂浆的搅拌喷射方法为：先将氧化镁、氧化铝、氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化铁、碳纤维丝、粗砂和细砂按比例称重，放入搅拌机中搅拌均匀。待衬砌被加固表面处理、纤维编织网挂网和表面润湿完成后，加入比例水搅拌，采用红外线温度测量仪量测混合复合材料温度，当温度上升至60℃时，将复合材料送入混凝土喷射罐，采用高压均匀喷射至被加固区域。喷射过程应迅速完成，不易中断。喷射完成之后应及时清洗喷射仪器设备，以防止快凝复合砂浆凝结堵塞仪器设备。
采用喷射方式浇筑快凝复合砂浆，具有施工便捷，防止快凝复合砂浆流下，有效保证施工质量的特点，这可以便于RTMTS方法在隧道衬砌加固修复中的大规模应用。
(5)隧道运营条件下，自然养护2小时。
隧道衬砌加固后结构如图1～3所示，加固薄层5粘结在隧道衬砌4的表面，加固薄层5由纤维编织网2及快凝复合砂浆3形成，纤维编织网2挂设在挂网钉1上，挂网钉1嵌入隧道衬砌4内。
实施例4
一种基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法，简称RTMTS(Rapidly Textile-reinforced mortar for tunnel strengthening)，在隧道衬砌表面挂设纤维编织网，向纤维编织网喷射快凝复合砂浆，快凝复合砂浆迅速凝结在纤维编织网上形成厚度为2cm的加固薄层，纤维编织网位于加固薄层中间位置，以纤维编织网为增强材料，以快凝复合砂浆为凝结剂和保护层，通过快凝复合砂浆的迅速凝结，实现纤维编织网对隧道衬砌的早强加固。
该方法具体包括以下步骤：
(1)采用高压气锤对待加固隧道衬砌表面进行粗糙处理，清洗并去除混凝土粉尘及松动颗粒，隧道衬砌的粗糙度要求为0.5～1cm。
对待加固隧道衬砌表面进行粗糙处理，清洗并去除混凝土粉尘及松动颗粒，能够有效地提高加固薄层与隧道衬砌之间的界面粘结性能，避免因界面破坏而造成不能充分利用纤维编织网高强度特性和材料的浪费。通过大量实验，当加固界面的粗糙度在0.5～1cm之间时，加固薄层与隧道衬砌之间的界面不再是薄弱环节。与采用外部锚固措施(如U型抗剪销钉)相比，采用粗糙度指标来提高界面的粘结性能可以有效地避免因采用锚固措施打孔对隧道衬砌所造成的二次损伤。
(2)在衬砌待加固表面的端部及中部均布打上挂网钉，挂网钉端部至被加固衬砌表面距离为10mm。
在衬砌待加固表面的端部及中部均布布置挂网钉，挂网钉起到固定纤维编织网的作用。挂网钉端部至衬砌被加固表面的距离为10mm，可以有效地保证纤维编织网位于加固层中部。
(3)将纤维编织网挂于挂网钉上，使用干净水，采用喷雾器将待加固衬砌表面及纤维编织网湿润。
根据偏压构件抗弯加固原理建立加固强度与纤维编织网用量关系，纤维编织网可采用网束间距为10cm和横截面积为26.4mm2纤维材料。纤维编织网作为加筋材料具有耐腐蚀性能，防腐蚀的保护层不再需要，可以有效减小加固层厚度，加筋材料选用纤维编织网具有优异的强质比(强度质量比)，可以有效减小加固层的质量。纤维编织网采用经固化剂固化处理过的纤维网束，具体处理方式为采用耐高温类树脂将纤维丝均匀浸渍，然后在0.3MPa压力下压制成型，经过固化处理的纤维编织网可以有效地提高纤维束的协同受力。
(4)采用喷射法，将预先搅拌好的快凝复合砂浆均匀喷射至被加固区域，保证快凝复合砂浆均匀覆盖住纤维编织网，形成厚度为2cm的加固薄层。
快凝复合砂浆由氧化镁、氧化铝、氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化铁、碳纤维丝、水、粗砂和细砂组成，其中粗砂的粒径为0.6mm～1.2mm，细砂的粒径小于0.6mm，各组分的具体配合比为氧化镁：氧化铝：氧化硅：五氧化二磷：氧化钾：氧化铁：碳纤维丝：水：粗砂：细砂=0.35：0.25：0.20：0.15：0.10：0.07：0.007：0.25：0.20：0.37。快凝复合砂浆具有高流动性、优异自密实、高渗透性、优异保水性、耐久性、优异的抗开裂、韧性和防火性能，搅拌过程释放大量的热量，可以用于寒冷地区。
快凝复合砂浆中加入氧化镁、氧化铝、五氧化二磷和氧化钾，这些组分在水化过程中释放大量的热量，可以保证本发明方法有效地应用于寒冷地区隧道的早强加固。快凝复合砂浆中加入碳纤维丝，可以有效地改善加固层裂缝的分布和限制裂缝的发展。
快凝复合砂浆可以不局限于上述材料，只需要满足早强、具有优异的耐腐蚀、粘结性能、耐高温、渗透性、流通性能和自密实性能即可。
快凝复合砂浆的搅拌喷射方法为：先将氧化镁、氧化铝、氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化铁、碳纤维丝、粗砂和细砂按比例称重，放入搅拌机中搅拌均匀。待衬砌被加固表面处理、纤维编织网挂网和表面润湿完成后，加入比例水搅拌，采用红外线温度测量仪量测混合复合材料温度，当温度上升至60℃时，将复合材料送入混凝土喷射罐，采用高压均匀喷射至被加固区域。喷射过程应迅速完成，不易中断。喷射完成之后应及时清洗喷射仪器设备，以防止快凝复合砂浆凝结堵塞仪器设备。
采用喷射方式浇筑快凝复合砂浆，具有施工便捷，防止快凝复合砂浆流下，有效保证施工质量的特点，这可以便于RTMTS方法在隧道衬砌加固修复中的大规模应用。
(5)隧道运营条件下，自然养护3小时。
实施例5
一种基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法，简称RTMTS
(Rapidly Textile-reinforced mortar for tunnel strengthening)，在隧道衬砌表面挂设纤维编织网，向纤维编织网喷射快凝复合砂浆，快凝复合砂浆迅速凝结在纤维编织网上形成厚度为2cm的加固薄层，纤维编织网位于加固薄层中间位置，以纤维编织网为增强材料，以快凝复合砂浆为凝结剂和保护层，通过快凝复合砂浆的迅速凝结，实现纤维编织网对隧道衬砌的早强加固。
该方法具体包括以下步骤：
(1)采用高压气锤对待加固隧道衬砌表面进行粗糙处理，清洗并去除混凝土粉尘及松动颗粒，隧道衬砌的粗糙度要求为0.5～1cm。
对待加固隧道衬砌表面进行粗糙处理，清洗并去除混凝土粉尘及松动颗粒，能够有效地提高加固薄层与隧道衬砌之间的界面粘结性能，避免因界面破坏而造成不能充分利用纤维编织网高强度特性和材料的浪费。通过大量实验，当加固界面的粗糙度在0.5～1cm之间时，加固薄层与隧道衬砌之间的界面不再是薄弱环节。与采用外部锚固措施(如U型抗剪销钉)相比，采用粗糙度指标来提高界面的粘结性能可以有效地避免因采用锚固措施打孔对隧道衬砌所造成的二次损伤。
(2)在衬砌待加固表面的端部及中部均布打上挂网钉，挂网钉端部至被加固衬砌表面距离为10mm。
在衬砌待加固表面的端部及中部均布布置挂网钉，挂网钉起到固定纤维编织网的作用。挂网钉端部至衬砌被加固表面的距离为10mm，可以有效地保证纤维编织网位于加固层中部。
(3)将纤维编织网挂于挂网钉上，使用干净水，采用喷雾器将待加固衬砌表面及纤维编织网湿润。
根据偏压构件抗弯加固原理建立加固强度与纤维编织网用量关系，纤维编织网可采用网束间距为5cm和横截面积为15mm2纤维材料。纤维编织网作为加筋材料具有耐腐蚀性能，防腐蚀的保护层不再需要，可以有效减小加固层厚度，加筋材料选用纤维编织网具有优异的强质比(强度质量比)，可以有效减小加固层的质量。
纤维编织网采用经固化剂固化处理过的纤维网束，具体处理方式为采用耐高温类树脂将纤维丝均匀浸渍，然后在0.5MPa压力下压制成型，经过固化处理的纤维编织网可以有效地提高纤维束的协同受力。
(4)采用喷射法，将预先搅拌好的快凝复合砂浆均匀喷射至被加固区域，保证快凝复合砂浆均匀覆盖住纤维编织网，形成厚度为2cm的加固薄层。
快凝复合砂浆由氧化镁、氧化铝、氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化铁、碳纤维丝、水、粗砂和细砂组成，其中粗砂的粒径为0.6mm～1.2mm，细砂的粒径小于0.6mm，各组分的具体配合比为氧化镁：氧化铝：氧化硅：五氧化二磷：氧化钾：氧化铁：碳纤维丝：水：粗砂：细砂=0.32：0.22：0.17：0.11：0.07：0.05：0.006：0.2：0.17：0.35。快凝复合砂浆具有高流动性、优异自密实、高渗透性、优异保水性、耐久性、优异的抗开裂、韧性和防火性能，搅拌过程释放大量的热量，可以用于寒冷地区。
快凝复合砂浆中加入氧化镁、氧化铝、五氧化二磷和氧化钾，这些组分在水化过程中释放大量的热量，可以保证本发明方法有效地应用于寒冷地区隧道的早强加固。快凝复合砂浆中加入碳纤维丝，可以有效地改善加固层裂缝的分布和限制裂缝的发展。
快凝复合砂浆可以不局限于上述材料，只需要满足早强、具有优异的耐腐蚀、粘结性能、耐高温、渗透性、流通性能和自密实性能即可。
快凝复合砂浆的搅拌喷射方法为：先将氧化镁、氧化铝、氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化铁、碳纤维丝、粗砂和细砂按比例称重，放入搅拌机中搅拌均匀。待衬砌被加固表面处理、纤维编织网挂网和表面润湿完成后，加入比例水搅拌，采用红外线温度测量仪量测混合复合材料温度，当温度上升至60℃时，将复合材料送入混凝土喷射罐，采用高压均匀喷射至被加固区域。喷射过程应迅速完成，不易中断。喷射完成之后应及时清洗喷射仪器设备，以防止快凝复合砂浆凝结堵塞仪器设备。
采用喷射方式浇筑快凝复合砂浆，具有施工便捷，防止快凝复合砂浆流下，有效保证施工质量的特点，这可以便于RTMTS方法在隧道衬砌加固修复中的大规模应用。
(5)隧道运营条件下，自然养护4小时。
Claims (4)
1.一种基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法，其特征在于，在隧道衬砌表面挂设纤维编织网，向纤维编织网喷射快凝复合砂浆，快凝复合砂浆迅速凝结在纤维编织网上形成厚度为1～2cm的加固薄层，纤维编织网位于加固薄层中间位置，通过快凝复合砂浆的迅速凝结，实现纤维编织网对隧道衬砌的早强加固；
所述的快凝复合砂浆由氧化镁、氧化铝、氧化硅、五氧化二磷、氧化钾、氧化铁、碳纤维丝、水、粗砂和细砂组成，其中粗砂的粒径为0.6mm～1.2mm，细砂的粒径小于0.6mm，各组分的具体配合比为氧化镁：氧化铝：氧化硅：五氧化二磷：氧化钾：氧化铁：碳纤维丝：水：粗砂：细砂＝(0.30～0.35)：(0.20～025)：(0.15～0.20)：(0.08～0.15)：(0.05～0.10)：(0.04～0.07)：(0.005～0.007)：(0.18～0.25)：(0.15～0.20)：(0.30～0.37)。
2.根据权利要求1所述的一种基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)采用高压气锤对待加固隧道衬砌表面进行粗糙处理，清洗并去除混凝土粉尘及松动颗粒，隧道衬砌的粗糙度要求为0.5～1cm；
(2)在衬砌待加固表面的端部及中部均布打上挂网钉，挂网钉端部至被加固衬砌表面距离为5～10mm；
(3)将纤维编织网挂于挂网钉上，使用干净水，采用喷雾器将待加固衬砌表面及纤维编织网湿润；
(4)采用喷射法，将预先搅拌好的快凝复合砂浆均匀喷射至被加固区域，保证快凝复合砂浆均匀覆盖住纤维编织网，形成厚度为1～2cm的加固薄层；
(5)隧道运营条件下，自然养护2～4小时。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法，其特征在于，所述的纤维编织网采用网束间距为1～10cm和横截面积为6.6～26.4mm2的纤维材料，或根据隧道衬砌的主受力方向，纤维编织网的径向和纬向分别采用不同强度的纤维材料，所述的纤维材料包括碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。
4.根据权利要求3所述的一种基于快凝复合砂浆和纤维编织网的隧道早强快速加固方法，其特征在于，所述的纤维编织网采用经固化剂固化处理过的纤维网束，具体处理方式为采用耐高温类树脂将纤维丝均匀浸渍，然后在0.1～0.5MPa压力下压制成型。
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