CN105804769A - 一种采用波纹钢板对隧道衬砌加固的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于拱形波纹钢板的隧道衬砌快速修复结构及修复方法，该基于拱形波纹钢板的隧道衬砌快速修复结构包括Q345波纹钢板、C40早强混凝土基座、10‑20cm超流态型高强微膨胀灌浆料、改性乳化沥青防水层、热轧20#B槽钢、拱脚锚栓、M20×40高强螺栓、5.5mm薄涂型钢结构防火涂料；波纹钢板连接槽钢利用锚杆设置在拱脚基座上；波纹钢板与原衬砌结构通过灌注超流态型高强微膨胀灌浆料的微胀力使两者很好的结合成一个受力整体；本发明针对现有隧道衬砌结构加固中存在的问题，提供一种基于拱形波纹钢板的隧道衬砌快速修复结构及修复方法，该结构设计合理、质量效果好、施工方便、加固强度高、加固刚度大、能够有效弥补二次衬砌承载力不足等优点。

Description

一种采用波纹钢板对隧道衬砌加固的方法

技术领域

本发明属于隧道衬砌病害处治技术领域，涉及一种隧道衬砌修复结构及修复方法，具体说是一种基于波纹钢板的隧道衬砌快速修复结构及修复的方法。

技术背景

近年来，我国公路交通建设不断发展，公路隧道面临的围岩类型、水文地质等情况越来越复杂。随着隧道运营年限的不断增长，隧道逐渐出现衬砌渗漏水、掉块、剥落、错台、开裂等不良病害。据不完全统计，我国公路隧道有渗漏水病害约占65％，因衬砌开裂、渗漏水等原因导致隧道无法正常运营的占总数的30％以上。这些病害不仅影响了隧道内的行车安全，还会影响公路隧道的使用寿命，并造成重大的经济损失。目前对于隧道衬砌损坏的处治方法主要有表面封堵、注浆封堵、衬砌局部修复等，虽然在一定程度上解决了上述病害，但是病害处治效果并不理想，容易导致病害的反复出现，主要原因是处理手段的技术缺陷，导致处理的效果不理想。现阶段对隧道衬砌结构加固手段相对有限，而通过对隧道进行套拱加固，一方面可以大幅度提高衬砌结构的承载力，另一方面还可以重新设置防排水系统，同时拱形波纹钢板的承载力是同等厚度钢板的数倍，从力学性能和经济效益等方面的综合考虑，波纹钢板加固对隧道衬砌结构损害的加固具有良好的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道衬砌加固的结构，防止隧道衬砌结构破坏的同时改善原隧道衬砌结构的受力状态。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于波纹钢板的隧道衬砌快速修复结构，其结构组成包括：波纹钢板护拱的隧道衬砌修复结构包括Q345波纹钢板、C40早强混凝土基座、10-20cm超流态型高强微膨胀灌浆料、改性乳化沥青防水层、热轧20#B槽钢、锚固螺杆、M20×40高强螺栓、5.5mm薄涂型钢结构防火涂料等。

所述改性乳化沥青防水层设置在处理过的衬砌结构表面；

所述10-20mm超流态型高强微膨胀灌浆料有利于波纹钢板与衬砌结构形成整体受力，通过M20×40高强螺栓紧密连接波纹钢板与衬砌结构；

所述波纹钢板表面经过5.5mm薄涂型钢结构防火涂料处理；

所述锚固螺杆、热轧20#B槽钢为连接波纹钢板，分散波纹钢板集中受力，防止混凝土基座受力不均发生破坏。

所述波纹钢板材料厚度选择是根据不同的隧道衬砌进行计算分析得出。

本发明还提供了一种波纹钢板加固结构的安装方法，该方法包含如下步骤：

步骤1，结合二衬内轮廓的实际情况，按要求凿除部分混凝土，凿除完毕并喷涂三道改性乳化沥青作为防水层；

步骤2，浇筑混凝土基座，混凝土基座位置应符合设计要求，在混凝土基座上植螺杆并安装槽钢，安装完毕并检查安装位置是否准确；

步骤3，波纹钢板拱架制作并安装；

步骤4，浇筑基底混凝土，在波纹钢板底部形成封闭区域；

步骤5，在最外侧一榀工字钢的侧面与二衬之间缝隙涂抹结构胶，以形成侧面封闭区域；

步骤6，封闭水平段钢板，并在钢板上打孔，安装2根直径3cm的钢管，一根进浆管，一根出浆管，进浆管安装到钢板与二衬之间的位置，出浆管安装到与原二衬接触(但不完全抵死)。

步骤7，浇筑超流态型高强微膨胀灌浆料至护拱水平段为止，在浇筑过程中不断用木棍敲击钢板以使灌浆料更容易密实；

步骤8，防火涂装及装饰。

本发明提供的一种基于波纹钢板的隧道衬砌快速修复结构及修复方法，一方面该隧道衬砌修复结构通过波纹钢板支护及微膨胀灌浆材料之间相互作用提高了衬砌结构的耐久性、整体性和稳定性；另一方面超流态微膨胀灌浆料可以对原衬砌结构出现的裂缝进行缝隙修补，从而封堵隧道围岩中的渗水通道，降低了围岩的透水性。本发明充分利用了波纹钢板的刚度大、承载能力高、抗弯能力好等特性，对于围岩作用的局部集中力可以通过波纹钢板传递到基座，良好的约束了围岩结构的位移变化，有效改善隧道衬砌结构的力学性能，提高其整体稳定性；有效避免衬砌结构表面出现剪切剥离破坏，提高隧道衬砌结构的防冻性能，增大了结构运营的安全性和耐久性。

附图说明

图1为波纹钢板加固护拱断面示意图

图2为左侧拱脚基座横断面示意图

图3为右侧拱脚基座横断面示意图

图4为左侧拱脚基座横断面配筋示意图

图5为右侧拱脚基座横断面配筋示意图

图6为波纹钢板护拱局部示意图

图7为基座平面示意图

图中：①、拱脚基座，②、超流态型微膨胀灌浆料，③、原衬砌结构 ④、波纹钢板⑤、热轧20#B槽钢 ⑥、C30混凝土 ⑦、锚栓 ⑧、原衬砌混凝土 ⑨、长37cm 直径12mm的螺纹钢筋，⑩、长30cm 直径12mm的螺纹钢筋，(11)、长100cm 直径12mm的螺纹钢筋, (12)、M20×40高强螺栓。

一种基于波纹钢板加固的隧道衬砌快速修复结构，该种隧道衬砌修复结构包括Q345波纹钢板、C40早强混凝土基座、10-20cm超流态型高强微膨胀灌浆料、改性乳化沥青防水层、热轧20#B槽钢、拱脚锚栓、M20×40高强螺栓、5.5mm薄涂型钢结构防火涂料等。

材料的选择：拱形波纹钢板选择的是Q345波纹钢板，厚度为6mm或7mm(根据实际加固情况合理选择波纹钢板厚度)，波峰55mm，波距400mm；改性乳化沥青防水层为SBS改性乳化沥青防水涂料，该涂料具有低温柔性好、延伸率高、施工方便等特点；超流态型高强微膨胀灌浆料是一种水泥基微膨胀材料，具有良好的流动性、微膨胀性、早强、高强性和抗油渗性。

衬砌结构基层表面处理：护拱施工前需拆除相应的照明设施和装饰瓷砖，对相应段落进行断面测量，结合二衬内轮廓的实际情况，按要求凿除部分混凝土，并对衬砌结构基面按要求进行表面处理，处理经检查合格即可进行防水涂层施工，施工步骤为第一遍防水层-第二遍防水层-第三遍防水层-防水层养护。衬砌结构表面处理应达到表面平整，采用水泥砂浆找平层时，必须充分养护，不得有酥动、起砂、起皮现象。

浇筑混凝土基座：首先植入基座锚栓，然后进行基座基础的钢筋绑扎，并浇筑C30混凝土基座至基座槽钢底面标高，待基座混凝土硬化后安装基座槽钢和下层波纹板，并做好临时固定措施，最后浇筑剩余基座混凝土。

安装拱形波纹钢板并注浆：基座混凝土养护后达到一定强度后安装拱形波纹钢板，波纹钢板安装位置应严格要求，波纹钢板护拱施做完毕后应在波纹钢板上喷涂5.5mm薄涂型钢结构防火涂料，经检查合格方可进行压注灌浆。

超流态型高强微膨胀灌浆料灌注：首先浇筑基底混凝土，在波纹钢板底部形成封闭区域；然后在最外侧一榀工字钢的侧面与二衬之间缝隙涂抹结构胶，以形成侧面封闭区域；再封闭水平段钢板，并在钢板上打孔，安装2根直径3cm的钢管，一根进浆管，一根出浆管，进浆管安装到钢板与二衬之间的位置，出浆管安装到与原二衬接触(但不完全抵死)；最后浇筑超流态型高强微膨胀灌浆料至护拱水平段为止，在浇筑过程中不断用木棍敲击钢板以使灌浆料更容易密实，采用柱塞泵灌注超流态型高强微膨胀灌浆料，从进浆管灌入，然后从出浆口流出浆料为止。灌浆材料性能应符合实际灌注要求，注意施工中应采取措施保证车辆通行，施工应严格按照规范要求执行并保证护拱不得侵入建筑限界。

超流态型高强微膨胀灌浆料浇筑完毕后，在检修道及人行道以上2.5m范围内涂装乳白色油漆装饰，并将原来的照明设施恢复。

Claims (9)

1.一种采用波纹钢板对隧道衬砌结构加固的快速修复结构，其特点在于：该种隧道衬砌修复结构包括Q345波纹钢板、C30早强混凝土基座、10-20cm超流态型高强微膨胀灌浆料、改性乳化沥青防水层、热轧20#B槽钢、拱脚锚栓、M20×40高强螺栓、5.5mm薄涂型钢结构防火涂料；所述的C30早强混凝土基座设置在原隧道衬砌结构的拱脚位置，通过高强锚栓螺杆连接新旧混凝土结构。

2.权利要求1所述的采用波纹钢板对隧道衬砌结构加固的快速修复结构特点是：所述的混凝土基座上部浇筑过程中留有凹槽，以便安放热轧20#B槽钢。

3.权利要求2所述的采用波纹钢板对隧道衬砌结构加固的快速修复结构特点是：所述的热轧20#B槽钢通过锚栓将其与基座和原结构拱脚相连接，槽钢上部连接波纹钢板，起到均匀传递波纹钢板传递的集中力，保护混凝土基座。

4.权利要求1所述的采用波纹钢板对隧道衬砌结构加固的快速修复结构特点是：所述的改性乳化沥青涂层涂抹在原衬砌结构表面，涂抹前需对原衬砌结构表面进行打磨处理，涂抹层数为三层，涂抹完成经过一定时间即可进行波纹钢板安装。

5.权利要求3和4所述的采用波纹钢板对隧道衬砌结构加固的快速修复结构特点是：所述的与热轧20#B槽钢连接的波纹钢板为Q345波纹钢板，钢板厚度为 6mm或7mm（根据实际加固情况合理选择波纹钢板厚度），波峰55mm，波距400mm；波纹钢板与波纹钢板之间连接是通过M20×40高强螺栓来实现的。

6.权利要求1所述的采用波纹钢板对隧道衬砌结构加固的快速修复结构特点是：所述的10-20cm超流态型高强微膨胀灌浆料为原衬砌结构与波纹钢板结构之间的填充结构，起到两者的连接作用，灌浆料产生的微膨胀力可使拱形结构产生挤压作用，原衬砌结构与拱形波纹钢板结构之间相互作用能够形成整体的受力体系。

7.权利要求1和2所述的采用波纹钢板对隧道衬砌结构加固的快速修复结构其特点在于：所述的混凝土基座安放在原衬砌结构的拱脚位置，通过高强锚栓实现两者的连接，同时高强锚栓将热轧20#B槽钢连接在混凝土基座上。

8.权利要求6所述的采用波纹钢板对隧道衬砌结构加固的快速修复结构其特点在于：所述的10-20cm超流态型高强微膨胀灌浆料灌注有如下步骤：

1）浇筑基底混凝土，在波纹钢板底部形成封闭区域；

2）在最外侧一榀工字钢的侧面与二衬之间缝隙涂抹结构胶，以形成侧面封闭区域；

3）封闭水平段钢板，并在钢板上打孔，安装 2 根直径 3cm 的钢管，一根进浆管，一根出浆管，进浆管安装到钢板与二衬之间的位置，出浆管安装到与原二衬接触（但不完全抵死）；

4）最后浇筑超流态型高强微膨胀灌浆料至护拱水平段为止，在浇筑过程中不断用木棍敲击钢板以使灌浆料更容易密实，采用柱塞泵灌注超流态型高强微膨胀灌浆料，从进浆管灌入，然后从出浆口流出浆料为止。

9.权利要求1所述的采用波纹钢板对隧道衬砌结构加固的快速修复结构其特点在于：所述的5.5mm薄涂型钢结构防火涂料是在浇筑完毕后即可在波纹钢板上喷涂。