CN106761821B - 拼装式隧道增强结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种拼装式隧道增强结构，包括多根连杆、测量杆、形状记忆合金杆、阻尼杆以及多个与隧道管片内壁固定的连接节点，相邻连接节点之间通过连杆、测量杆、形状记忆合金杆或阻尼杆中的一种连接，所有连接节点和所有连杆、测量杆、形状记忆合金杆及阻尼杆在隧道内形成沿隧道内壁延伸的网状增强结构。本发明可用于新建隧道的增强或者对既有隧道进行增强。本发明针对现有技术来说施工便捷，无须对衬砌表面进行预处理，主要受力形式为轴向受力，传力路径明确，增强效果可动态获知与调整，可以充分发挥连杆构件的强度潜力，从而起到很好的加固增强效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道增强结构，特别是涉及一种拼装式隧道增强结构。
背景技术
随着城市地铁隧道运营年限的增长，隧道病害逐渐增多。日常监测中主要存在渗漏水，开裂损伤和纵横向变形三种病害，以上三种病害同时存在，互相影响最终会导致隧道结构产生较大变形甚至失稳破坏，极大地影响隧道的安全运营和结构的可靠度。
目前，针对隧道出现的较大变形问题，工程中采用粘贴纤维片材和内张钢圈(分为半环增强和整环增强法)的方式对管片结构进行后期补强。其中纤维片材无法大幅提高结构刚度。而内张钢圈增强又面临自重过大，施工复杂等问题，以整环增强为例，钢圈增强过程主要包括拱底块牛腿凿除、钢板定位及环氧树脂灌注等步骤。现今较为新型的增强方法如复合腔体增强虽然在一定程度上减轻了增强体的重量，其破坏形式仍旧为粘结面的剪切破坏，未能充分发挥材料的特性且加固增强效果无法动态获知及调整。
发明内容
为克服现有技术所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种拼装式隧道增强结构，用于解决隧道增强过程中施工复杂、材料特性发挥不充分和无法动态获知及调整增强效果等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种拼装式隧道增强结构，包括多根连杆、测量杆、形状记忆合金杆、阻尼杆以及多个与隧道管片内壁固定的连接节点，相邻连接节点之间通过连杆、测量杆、形状记忆合金杆或阻尼杆中的一种连接，所有连接节点和所有连杆、测量杆、形状记忆合金杆及阻尼杆在隧道内形成沿隧道内壁延伸的网状增强结构。
优选地，所述网状增强结构为蜂窝网状结构、矩形网状结构或三角形网状结构。
优选地，所述连接节点包括钢螺杆和置于所述隧道管片内壁上的预埋孔洞内的预埋件，所述预埋件为具有内螺纹的管状件，所述钢螺杆螺纹固定在所述预埋件内，所述钢螺杆与所述连杆、测量杆、形状记忆合金杆或阻尼杆固定相连。
优选地，所述钢螺杆上具有多个由所述钢螺杆的外周面径向向外延伸的突出连接部，每个突出连接部上具有固定孔，所述连杆、测量杆、形状记忆合金杆及阻尼杆的端部具有两段平行间隔设置的夹设部，且所述夹设部上具有螺栓孔，所述连杆、测量杆、形状记忆合金杆或阻尼杆通过两段夹设部将所述突出连接部夹住，且通过螺栓穿设在螺栓孔和固定孔内将所述连杆、测量杆、形状记忆合金杆或阻尼杆和钢螺杆固定。
优选地，所述连接节点包括预制钢板和连接端头，所述预制钢板固定粘接于所述隧道管片的内壁上，所述连接端头固定设置在所述预制钢板上，所述连接端头与所述连杆、测量杆、形状记忆合金杆或阻尼杆固定连接。
优选地，所述连杆为定长式或伸缩式连杆。
优选地，所述测量杆内设置有应力传感器、应变传感器、位移传感器、加速度传感器、倾角传感器、振动传感器或者温度传感器中的一种或多种。
优选地，所述形状记忆合金杆内设置有形状记忆合金绞线，所述形状记忆合金绞线的两端锚固在所述形状记忆合金杆的内壁上。
优选地，所述阻尼杆内设置有阻尼装置。
如上所述，本发明提供的拼装式隧道增强结构，具有以下有益效果：
沿隧道内壁延伸的网状增强结构内部传力路径明确，各受力构件主要受轴向作用力，可充分发挥材料特性，对盾构隧道纵缝环缝均可增强，增强效果可靠；网状结构不遮挡衬砌表面，便于观察结构表面渗漏水、开裂等病害，配合增强系统中设置的测量杆、形状记忆合金杆及阻尼杆，可动态获知增强效果并及时调整增强结构，同时达到减振消能的效果。
增强结构适应不同内径的盾构隧道，对于隧道不均匀变形的适应能力强。相比内张钢圈增强法，本方法省去钢板定位，凿除牛腿，表面处理等步骤，施工快捷。施作增强体系后，增强结构可适应隧道结构的进一步变形，通过调整增强结构各杆件，可实增强效果的持续保持。
附图说明
图1为拼装式隧道增强结构整体矩形网状结构示意图。
图2为拼装式隧道增强结构局部矩形网状结构示意图。
图3为拼装式隧道增强结构区域矩形网状结构示意图。
图4为沿隧道纵向方向矩形网状增强结构示意图。
图5为沿隧道纵向方向蜂窝网状增强结构示意图。
图6为沿隧道纵向方向三角形网状增强结构示意图。
图7为预埋式连接节点示意图。
图8为粘贴式连接节点示意图。
图9为钢螺杆与连杆连接示意图。
图10为普通定长连杆示意图。
图11为伸缩式连杆剖面图。
图12为测量杆示意图
图13为形状记忆合金杆示意图
图14为阻尼杆示意图
元件标号说明
1 连接节点
2 连杆
21 主要受力区段
211 伸缩式连杆主要受力区段左段
212 伸缩式连杆主要受力区段右段
213 伸缩式连杆长度调节环
214 伸缩式连杆螺纹
22 夹设部
23 螺栓孔
3 管片接缝
31 管片纵向接缝
32 管片环向接缝
4 衬砌管片
5 损伤管片
51 增强区域
6 隧道纵向方向
7 手孔
8 预留孔洞
9 预埋件
10 预制钢板
11 连接端头
12 钢螺杆
13 突出连接部
14 测量杆
15 传感器
16 形状记忆合金杆
17 形状记忆合金绞线
18 形状记忆合金绞线锚固端
19 阻尼杆
20 阻尼装置
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供一种拼装式隧道增强结构，包括多根连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16、阻尼杆19以及多个与隧道管片4内壁固定的连接节点1，相邻连接节点1之间通过连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16或阻尼杆19中的一种连接，所有连接节点1与所有连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16及阻尼杆19在隧道内形成沿隧道内壁延伸的网状增强结构。
如图1、图2、图3所示，针对隧道不同的损害程度，上述沿隧道内壁延伸的网状增强结构可灵活地施工为覆盖隧道局部的网状增强结构、覆盖隧道区域的网状增强结构及覆盖隧道整体的网状增强结构。局部网状增强结构在局部损伤管片5的破损位置设置网状增强结构，形成局部增强区域51，提高衬砌局部位置的刚度；区域网状增强结构在因周边堆载、基坑开挖等原因引起的隧道部分区段变形的区域设置整环的区域网状增强结构，提高隧道特定区段的刚度；整体网状增强结构是对隧道整体进行增强，即沿隧道内弧面整体设置网状增强结构。
如图4至图6、图12至图14所示，上述网状增强结构可以根据连接节点1的不同，在隧道纵向方向6上形成矩形网格状、蜂窝网状、或三角形网格状等增强结构，连接节点1避开管片环线接缝32和管片纵向接缝31固定于管片内壁上。相邻的连接节点1之间根据工程需要通过螺栓固定安装连杆2、测量杆14、阻尼杆19、形状记忆合金杆16。测量杆14内设置有应力传感器、应变传感器、位移传感器、加速传感器、倾角传感器、振动传感器或者温度传感器15中的一种或多种，用于监测增强结构的应力、应变、位移、加速度、倾角、振动或温度，反馈结构信息，对特殊情况及时做出回应；阻尼杆19内设置有阻尼装置20，用于地铁隧道中，实现消能减振的功能，提高结构鲁棒性和使用寿命；形状记忆合金杆16即SMA杆，其内部设置有形状记忆合金绞线17，并锚固于形状记忆合金杆16的内壁上，其通电加热到特定温度时可回复原状，可用于改善结构受力情况，也可用作阻尼杆实现迟滞消能。连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16、阻尼杆19共同作用于增强结构，可动态获知本增强结构的增强效果，并可及时对发现的问题进行调整，实现持续的增强效果。
上述网状增强结构的连接节点1的结构体系、节点构造和连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16及阻尼杆19的尺寸及数量，可直接依据隧道尺寸及工程需要进行标准化制定。针对现有技术而言可节省钢材、施工便捷，且无须对衬砌表面进行预处理；该网状增强结构传力路径明确，主要受力形式为轴向受力，可以充分发挥拉杆的强度潜力，从而起到很好的加固增强效果。
如图7所示，所述连接节点1为预埋式连接节点，该连接节点主要用于新建隧道，包括预留孔洞8、预埋件9和钢螺杆12。预留孔洞8在制作衬砌之前预留，可以在手孔7封堵位置预留，用于放置预埋件9。预埋件9内置螺纹，固定于预留孔洞8中用于安装所述钢螺杆12。如图9所示，钢螺杆12包括与预埋件9连接的外螺纹和与连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16、或阻尼杆19螺栓连接的突出连接部13，突出连接部13为由钢螺杆的外周面径向向外延伸的部分。钢螺杆12作为拉杆2的连接中心，其突出连接部13可以为三部分、四部分或者六部分设置。且每个突出连接部上具有固定孔。使用有三个突出连接部13的多个钢螺杆12与多根连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16或阻尼杆19连接可形成蜂窝网状增强结构；使用有四个突出连接部13的多个钢螺杆12与多根连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16或阻尼杆19连接可形成矩形网状增强结构；使用有六个突出连接部13的多个钢螺杆12与多根连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16或阻尼杆19连接可形成三角形网状增强结构。上述三种网状增强结构拓扑结构简单统一，节点及杆件长度可标准化生产，安装施工便捷，受力路径明确，增强效果显著，可较好满足隧道结构整体、局部及区域增强的不同需求。
如图10、12至14所示，所述连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16或阻尼杆19的两端部均设有两段平行间隔设置的夹设部22，夹设部上设置有螺栓孔23，所述连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16或阻尼杆19通过两段夹设部22将所述突出连接部13夹住，且通过螺栓穿设在螺栓孔23和突出连接部上的固定孔内将多根连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16或阻尼杆19和钢螺杆固定。连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16或阻尼杆19通过与钢螺杆12的固定连接形成受力体系，其中主要受力区段为21。为了方便安装，并调节连杆2的预紧力，所述连杆2除采用图10所示的定长式连杆外，还可采用如图11所示的伸缩式连杆2。伸缩式连杆2通过带有内螺纹的伸缩连杆长度调节环213和与其配合的伸缩连杆螺纹214进行连杆预紧力的调节。伸缩式连杆2的受力区段分为左右两个受力区段211、212，连杆2的形状可以为圆柱形、长方体形、或工字形等。
如图8所示，所述连接节点1为粘贴式连接节点，该连接节点可用于增强既有隧道或者新建隧道，包括预制钢板10和连接端头11。预制钢板10固定粘接在隧道管片的内壁上。连接端头11的功能与钢螺杆12的功能相似，可以为钢螺杆，也可以是其他功能相似的结构，用于与连杆2、测量杆14、形状记忆合金杆16、阻尼杆19固定连接。连接端头11与预制钢板10之间固定连接。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种拼装式隧道增强结构，其特征在于：包括多根连杆（2）、测量杆（14）、形状记忆合金杆（16）、阻尼杆（19）以及多个与隧道管片（4）内壁固定的连接节点（1），相邻连接节点（1）之间通过连杆（2）、测量杆（14）、形状记忆合金杆（16）或阻尼杆（19）中的一种连接，所有连接节点（1）和所有连杆（2）、测量杆（14）、形状记忆合金杆（16）及阻尼杆（19）在隧道内形成沿隧道内壁延伸的网状增强结构。
2.根据权利要求1所述的拼装式隧道增强结构，其特征在于：所述网状增强结构为蜂窝网状结构、矩形网状结构或三角形网状结构。
3.根据权利要求1所述的拼装式隧道增强结构，其特征在于：所述连接节点（1）包括钢螺杆（12）和置于所述隧道管片（4）内壁上的预埋孔洞（8）内的预埋件（9），所述预埋件（9）为具有内螺纹的管状件，所述钢螺杆（12）螺纹固定在所述预埋件（9）内，所述钢螺杆（12）与所述连杆（2）、测量杆（14）、形状记忆合金杆（16）或阻尼杆（19）固定相连。
4.根据权利要求3所述的拼装式隧道增强结构，其特征在于：所述钢螺杆（12）上具有多个由所述钢螺杆的外周面径向向外延伸的突出连接部（13），每个突出连接部（13）上具有固定孔，所述连杆（2）、测量杆（14）、形状记忆合金杆（16）及阻尼杆（19）的端部具有两段平行间隔设置的夹设部（22），且所述夹设部（22）上具有螺栓孔（23），所述连杆（2）、测量杆（14）、形状记忆合金杆（16）或阻尼杆（19）通过两段夹设部（22）将所述突出连接部（13）夹住，且通过螺栓穿设在螺栓孔和固定孔内将所述连杆（2）、测量杆（14）、形状记忆合金杆（16）或阻尼杆（19）和钢螺杆（12）固定。
5.根据权利要求1所述的拼装式隧道增强结构，其特征在于：所述连接节点（1）包括预制钢板（10）和连接端头（11），所述预制钢板（10）固定粘接于所述隧道管片（4）的内壁上，所述连接端头（11）固定设置在所述预制钢板（10）上，所述连接端头（11）与所述连杆（2）、测量杆（14）、形状记忆合金杆（16）或阻尼杆（19）固定连接。
6.根据权利要求1所述的拼装式隧道增强结构，其特征在于：所述连杆（2）为定长式或伸缩式连杆。
7.根据权利要求1、3、4、或5所述的拼装式隧道增强结构，其特征在于：所述测量杆（14）内设置有应力传感器、应变传感器、位移传感器、加速度传感器、倾角传感器、振动传感器或者温度传感器中的一种或多种。
8.根据权利要求1、3、4、或5所述的拼装式隧道增强结构，其特征在于：所述形状记忆合金杆（16）内设置有形状记忆合金绞线（17），所述形状记忆合金绞线（17）的两端锚固在所述形状记忆合金杆（16）的内壁上。
9.根据权利要求1、3、4、或5所述的拼装式隧道增强结构，其特征在于：所述阻尼杆（19）内设置有阻尼装置（20）。
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