CN104612709B - 一种隧道内半环加固用的预应力模数式管片及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道内半环加固用的预应力模数式管片及施工方法，包括一个弧形管片，所述的弧形管片的内表面或/和外表面设置有多条相互平行的纵肋，且相邻的纵肋之间通过横肋连接，在所述的管片上设有用于注浆的注浆孔和用于相邻管片连接的连接孔；在所述的纵肋上设有对模数式管片事先实施预应力的预压力施加装置的安装孔。本发明的预应力模数式管片内存在预压力，为主动受力结构：通过液压千斤顶顶推并嵌入钢板的方法使管片产生预应力，实现管片提前承受较大荷载，分担一部分原管片的内力，当有外荷载作用时能够减小结构变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道内加固用的新型预应力模数式管片结构及施工方法，属于建筑工程技术领域。
背景技术
随着国民经济的快速发展，公路、铁路、城市交通也一直保持着高速发展。同时隧道结构占总交通里程数也在不断攀升。在正常运营过程中，隧道结构的衬砌和地铁结构的管片均出现了不同程度的损坏、变形等现象，严重影响着交通运输的安全。
目前针对隧道内衬砌、地铁内管片出现的破损、变形等病害，主要是采用挂网锚喷混凝土、二次管片(原管片内再加固一层管片)、钢板加固等处理措施。但是以上处理措施存在下列不足之处：1、较大程度减小了建筑限界，威胁到车辆运行安全；2、以上措施均属于被动受力结构，即加固完成后只承担自身重力产生的内力，不能分担原管片的内力，只有当原管片继续发生较大的变形的时候才会发挥其作用，共同承担外部荷载；3、由于是属于被动受力结构，因此加固管片与原管片的连接强度就成为了加固效果的薄弱环节；4、施工工艺复杂，影响车辆的正常运行。5、需要在原管片上打较多孔植筋或锚固螺栓，损害原管片承载能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道内加固用的新型模数式预应力管片结构，这种管片结构主要存在以下优点：避免了较大幅度的减小隧道内建筑限界；结构存在预压力，主动承担外荷载，改变原管片的受力状态，减小变形量；避免了原管片、加固管片连接强度不足对结构加固效果的影响；不需要植筋或锚固螺栓，避免了对原管片的损害；施工工艺简单快捷，节约资金。
本发明采用的技术方案如下：
一种隧道内半环加固用的预应力模数式管片，包括一个弧形管片，所述的弧形管片的内表面或/和外表面设置有多条相互平行的纵肋，且相邻的纵肋之间通过横肋连接，在所述的管片上设有用于注浆的注浆孔和用于相邻管片连接的连接孔；在所述的纵肋上设有对模数式管片事先实施预应力的预压力施加装置的安装孔。
所述的纵肋和横肋凸起于管片的内表面或/和外表面。
所述的管片为一个弧形钢板I，在弧形钢板I的内表面或/和外表面上焊接有与纵肋和横肋外形一致的钢板II，弧形钢板I和钢板II形成的空腔内填充有填充物，进而形成纵肋和横肋。
在所述的钢板II位于填充物的一侧设有加劲肋。
所述的模数式管片在实施时，由多个模数式管片通过螺栓相连连接成一个半环形结构，且位于末端的管片端部固定在道床上。
所述的相邻模数式管片的连接处嵌入有楔形钢垫板。
所述的隧道内半环加固用的预应力模数式管片的施工方法如下：
第一步：对需要加固的部位进行处理，包括清理破碎混凝土、封闭裂缝、对壁后空洞进行注浆处理；
第二步：安装预应力模数式管片，通过临时支撑临时固定；
第三步：在管片纵肋上等间距设置应变传感器和固定观测点，分别监测应变和位移变化；
第四步：按照设计要求，在预应力模数式管片一处或多处连接位置安装预压力施加装置；
第五步：按照设计要求，对预应力模数式管片分级施加预压力，并实时监测应力、位移变化情况；
第六步：达到设计要求后在管片连接处嵌入楔形钢垫板，旋紧相邻管片连接螺栓，并在弧形管片的壁后通过注浆孔进行注浆；
第七步：拆除预应力施加装置及临时支撑，加固完成。
所述的预压力施加装置为杆状液压千斤顶,其两端分别与两片相邻预应力模数式管片纵肋上的安装孔连接，通过液压千斤顶将相邻两片管片的连接位置顶开一个间隙，然后在这个间隙内嵌入楔形钢垫板，使得预应力模数式管片内存在在相应的预应力。
本发明的有益效果如下：
1、施工工艺简单、灵活：本加固结构为模数式加固单元，可根据隧道具体尺寸选择所需加固结构单元的数量，加固结构单元可预先产业化生产。
2、对隧道内限界影响小，强度高：加固结构由钢板和纵横肋组成，厚度小，强度高，稳定性好。
3、预应力模数式管片内存在预压力，为主动受力结构：通过液压千斤顶顶推并嵌入钢板的方法使管片产生预应力，实现管片提前承受较大荷载，分担一部分原管片的内力，当有外荷载作用时能够减小结构变形。
4、因为加固结构为主动受力结构，这就避免了其余加固方法由于原管片、加固管片连接强度不够造成的传力效果不好，加固失效。
5、不需要打孔植锚固螺栓，避免了对原管片的损害。
附图说明
图1为施工流程图；
图2(a)-图2(b)为原结构初步清理维修后的剖面示意图；
图3(a)-图3(b)为安装模数式管片及临时支撑后的剖面示意图；
图4(a)-图4(b)为安装预压力施加装置及监测传感器后的剖面示意图；
图5(a)-图5(b)为根据设计要求分级施加预压力后的剖面示意图；
图6(a)-图6(b)为嵌入钢板，旋紧管片连接螺栓，壁后注浆完成后的剖面示意图；
图7(a)-图7(b)为拆除临时支撑及预压力施加装置，用砂浆封堵预压力施加位置后的剖面示意图；
图8为模数式管片大样图；
图9为图8中的A-A截面图；
图10为图8中的B-B截面图；
图11为图8中的C-C截面图；
图12为图8中的D-D截面图；
图13为预压应力施加装置；
图14为嵌入钢板。
图中:1-原管片；2-打毛层；3-模数式管片；3-1：横肋；3-2纵肋；3-3螺栓孔；3-4注浆孔；3-5预压力施加装置安装孔；3-6纵横肋钢板；3-7纵横肋内加劲肋；3-8填充物；3-9弧形管片；4-临时支撑；5-液压千斤顶；6-楔形钢垫板；7-高强螺栓；8-封堵砂浆；9-道床；10-锚固螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明:
如图3(a)-图8所示，一种隧道内半环加固用的预应力模数式管片3，包括一个弧形管片3-9，所述的弧形管片3-9的内表面或/和外表面设置有多条相互平行的纵肋3-2，且相邻的纵肋3-2之间通过横肋3-1连接，纵肋3-2和横肋3-1凸起于管片的内表面。在管片上设有注浆孔3-4和螺纹孔3-3；在所述的纵肋上设有预应力装置安装孔3-5。这种管片结构避免了较大幅度的减小隧道内建筑限界；结构存在预压力，主动承担外荷载，改变原管片的受力状态，减小变形量；避免了原管片、加固管片连接强度不足对结构加固效果的影响；不需要植筋或锚固螺栓，避免了对原管片的损害；施工工艺简单快捷，节约资金。
弧形管片3-9为一个弧形钢板I，在弧形钢板I的内表面或/和外表面上焊接有与纵肋和横肋外形一致的钢板II，弧形钢板I和钢板II形成的空腔内填充有填充物3-8，进而形成纵肋和横肋。
在钢板II位于填充物的一侧设有纵横肋内加劲肋3-7。
模数式管片在实施时，由多个模数式管片3通过高强螺栓7相连连接成一个半环形结构，且位于末端的管片端部通过锚固螺栓10固定在道床9上，具体结构如图3(a)-图3(b)所示。
相邻模数式管片的连接处嵌入有楔形钢垫板6，具体结构如图14所示，通过嵌入钢垫板6的方法，使得预应力模数式管片内存在在相应的预应力。
所述的隧道内半环加固用的预应力模数式管片的施工方法如下：
第一步：对需要加固的部位(原管片1)进行处理，包括清理破碎混凝土、封闭裂缝、对壁后空洞进行主将处理；最终形成如图2所示的打毛层2。
第二步：安装预应力模数式管片，通过临时支撑4临时固定；
第三步：在管片纵肋上等间距设置应变传感器和固定观测点，分别监测应变和位移变化；
第四步：根据设计要求，在预应力模数式管片一处或多处连接位置安装预压力施加装置；
预压力施加装置为杆状液压千斤顶：其两端分别与两片相邻管片纵肋上的安装孔3-5连接，通过液压千斤顶将相邻两片管片的连接位置顶开一定高度的间距，然后在这个间距内嵌入钢垫板6的方法，保持管片内存在在一应预应力。
第五步：根据设计要求，对预应力模数式管片分级施加预压力，并实时监测应力、位移变化情况；
第六步：达到设计要求后在管片连接处嵌入楔形钢垫板，旋紧相邻管片连接螺栓，并在弧形管片的壁后通过注浆孔进行注浆，如图8所示的封堵砂浆8。
第七步：拆除预应力施加装置及临时支撑，加固完成。
本发明安装完成后，加固结构内存在预压力，为主动受力结构：通过液压千斤顶顶推并嵌入钢板的方法使管片产生预应力，实现管片提前承受较大荷载，分担一部分原管片的内力，当有外荷载作用时能够减小结构变形。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种隧道内半环加固用的预应力模数式管片，包括一个弧形管片，所述的弧形管片的内表面或/和外表面设置有多条相互平行的纵肋，且相邻的纵肋之间通过横肋连接，在所述的管片上设有用于注浆的注浆孔和用于相邻管片连接的连接孔；其特征在于：在所述的纵肋上设有对模数式管片事先实施预应力的预压力施加装置的安装孔。
2.如权利要求1所述的隧道内半环加固用的预应力模数式管片，其特征在于：所述的纵肋和横肋凸起于管片的内表面或/和外表面。
3.如权利要求1所述的隧道内半环加固用的预应力模数式管片，其特征在于：所述的管片为一个弧形钢板I，在弧形钢板I的内表面或/和外表面上焊接有与纵肋和横肋外形一致的钢板II，弧形钢板I和钢板II形成的空腔内填充有填充物，进而形成纵肋和横肋。
4.如权利要求3所述的隧道内半环加固用的预应力模数式管片，其特征在于：在所述的钢板II位于填充物的一侧设有加劲肋。
5.如权利要求1所述的隧道内半环加固用的预应力模数式管片，其特征在于：所述的模数式管片在实施时，由多个模数式管片通过螺栓相连连接成一个半环形结构，且位于末端的管片端部固定在道床上。
6.如权利要求5所述的隧道内半环加固用的预应力模数式管片，其特征在于：相邻模数式管片的连接处嵌入有楔形钢垫板。
7.如权利要求1所述的隧道内半环加固用的预应力模数式管片，其特征在于：所述的预应力模数式管片能事先预制。
8.如权利要求1所述的隧道内半环加固用的预应力模数式管片的施工方法，其特征在于：如下，
第一步：对需要加固的部位进行处理，包括清理破碎混凝土、封闭裂缝、对壁后空洞进行处理；
第二步：安装预应力模数式管片，通过临时支撑临时固定；
第三步：在管片纵肋上等间距设置应变传感器和固定观测点，分别监测应变和位移变化；
第四步：按照设计要求，在预应力模数式管片一处或多处连接位置安装预压力施加装置；
第五步：按照设计要求，对预应力模数式管片分级施加预压力，并实时监测应力、位移变化情况；
第六步：达到设计要求后在管片连接处嵌入楔形钢垫板，旋紧相邻管片连接螺栓，并在弧形管片的壁后通过注浆孔进行注浆；
第七步：拆除预应力施加装置及临时支撑，加固完成。
9.如权利要求8所述的隧道内半环加固用的预应力模数式管片的施工方法，其特征在于：所述的预压力施加装置为杆状液压千斤顶，其两端分别与两片相邻预应力模数式管片纵肋上的安装孔连接，通过液压千斤顶将相邻两片管片的连接位置顶开一个间隙，然后在这个间隙内嵌入楔形钢垫板，使得预应力模数式管片内存在相应的预应力。
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