CN107503767B - 一种预制混凝土-frp波纹板隧道底部支护施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预制混凝土‑FRP波纹板隧道底部支护施工方法，应用于土木、隧道、市政工程、水利工程等领域，预制混凝土‑FRP波纹板由混凝土包裹FRP波纹板制作成，预制混凝土‑FRP波纹板为预制构件。该预制构件与其上部初次衬砌间采用法兰连接，与其下部围岩间灌注混凝土用以填充和固定预制构件，预制混凝土‑FRP波纹板之间通过高强螺栓连接，在FRP波纹板之间的底部连接处现场浇筑混凝土。该施工方法拼装速度快，施工便捷，操作简单，且结构耐腐蚀性能好。预制构件结合了混凝土的高强度和FRP材料的耐腐蚀性，能够延长隧道衬砌的使用寿命，且在水文地质条件较好的情况下，底部的防水层可以借由FRP波纹板替代，减少施工工序，明显提高施工效率。
Description
技术领域
本发明是一种后场预制混凝土-FRP波纹板，现场整体安装的施工方法。应用于土木、隧道、市政工程、水利工程等领域，具体是一种隧道工程底部初次衬砌的施工方法。
背景技术
隧道施工中常使用格栅钢筋和喷射混凝土作为初期支护。但对于格栅钢筋支护的施工方法而言，需要现场进行钢筋格栅的布置以及喷射混凝土，施工进度缓慢，且施工技术要求较高。相较之下，钢波纹板的生产工艺简单，拼装速度快，施工技术要求较低。用以替代传统钢筋格栅初期支护的施工方法可以大幅缩短施工周期，无需等待喷射混凝土的养护时间。
在上台阶法隧道施工过程中，区间内底部支护结构最后施做，其养护时间的长短直接影响下一区间的施工进程，因此使用预制钢波纹板现场拼装的施工工艺替代传统隧道底部钢筋格栅初期支护施工方法是快捷有效的。
钢材作为承载材料，优点在于其强度高，延性好，弹性模量高等。但由于隧道施工过程中，水文条件恶劣，钢材的锈蚀无法避免，钢材锈蚀膨胀将导致混凝土的开裂，可能使得地下水通过裂缝渗透进入混凝土中，进而加速对钢材的锈蚀，这将导致钢材的浪费以及隧道使用期间的安全隐患。
纤维增强塑料(FRP)是一种新型建筑材料，这种新型建筑材料具有高强度，轻质量，耐腐蚀等优点，因此被广泛应用在水文地质条件复杂的地下工程当中。使用FRP波纹板替代钢波纹板可以规避材料因地下水的侵蚀而对结构造成破坏的问题。但FRP具有价格高，弹性模量低，且破坏形式呈现脆性破坏等缺点，限制了其作为主要承载材料的应用。
将FRP与混凝土相结合，用混凝土包裹FRP波纹板，制作成预制构件。这种预制构件能达到所需要的力学性能，同时避免在采用钢波纹板的情况下，地下水对钢材的锈蚀。在隧道仰拱开外后，现场安放并连接预制构件可以大幅度缩短施工周期。这种施工方法既保证了施工的进度也保证了施工质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种后场预制混凝土-FRP波纹板，现场整体安装的施工方法，该施工方法拼装速度快，施工便捷，操作简单，且结构耐腐蚀性能好。
为了实现上述目的本发明所采用的技术方案是：一种预制混凝土 -FRP波纹板隧道底部初期支护的施工方法，预制混凝土-FRP波纹板由混凝土包裹FRP波纹板制作成，预制混凝土-FRP波纹板为预制构件。该预制构件与其上部初次衬砌间采用法兰连接，与其下部围岩间灌注混凝土用以填充和固定预制构件，预制混凝土-FRP波纹板之间通过高强螺栓连接，在FRP波纹板之间的底部连接处现场浇筑混凝土。
预制混凝土-FRP波纹板，现场整体安装作为隧道底部初次衬砌的施工工艺如下。
S1预制FRP波纹板。
根据隧道设计的空间尺寸大小确定隧道开挖面的大小，进而拟定底部初期支护的形状和尺寸。根据已拟定的初期支护的尺寸大小制作 FRP波纹板。FRP波纹板的制作经过纤维浸胶，纤维集束以及模具拉挤成型等工序。根据拟定形状，对FRP波纹板做弯曲固化处理。弯曲时两边预留10cm左右长度，向内弯曲到水平角度用以连接上部初次衬砌结构。为增强FRP表面与混凝土层的粘结效果，对FRP波纹板表面施做粘沙处理。预留连接孔洞，用作波纹板之间的连接以及波纹板与上部支护结构的连接。
S2预制混凝土-FRP波纹板。
在经过表面粘沙的FRP波纹板表面喷射混凝土层，采用普通水泥，混凝土层厚度约占预制构件板厚的80％。各个连接处不喷射混凝土，即FRP波纹板与上部支护结构的连接处，以及FRP波纹板之间的连接处。
S3采用上台阶法对隧道进行开挖，布置上部初次衬砌。
对部分围岩不稳定的工程而言，需要施做超前小导管注浆对开挖面围岩进行加固。采用上台阶法对隧道顶部以及两侧进行开挖，立即喷射混凝土作为初喷对围岩进行加固，并采用传统矿山法初次衬砌施做工艺布置和绑扎钢筋。两侧底部预留钢筋焊接在法兰板上，用来与底部预制构件连接。
S4预制混凝土-FRP波纹板的布置以及连接。
采用上台阶法施工，对隧道底部进行开挖。在既定位置安置预制混凝土-FRP波纹板，将预留FRP波纹板与法兰板之间用高强螺栓连接。混凝土-FRP波纹板之间通过高强螺栓搭接，准确连接之后，立即完成壁后注浆用以填充和固定初次衬砌位置。
S5在预制构件连接处现场浇筑混凝土，上部衬砌结构喷射混凝土，完成整体初次衬砌的布置。
所述的预制混凝土-FRP波纹板由FRP波纹板及混凝土层组成。 FRP波纹板表面湿粘矿物砂用以增强其与混凝土间粘结力，在FRP 波纹板上支模浇筑混凝土。
所述的FRP波纹板均由连续纤维(玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维)和热固性树脂复合而成，再通过拉挤热固化工艺成型。
所述的FRP波纹板均利用拉挤热固化成型工艺复合成型，通过模具拉挤成型。所述的FRP层均由连续纤维(玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维)和热固性树脂复合而成。
本方法的优点在于避免了现场绑扎钢筋以及浇筑混凝土的繁琐工序，能够在隧道仰拱开挖后直接安装，施工便捷，缩短施工周期，且为二次衬砌的施做提供了良好的施工环境。预制构件结合了混凝土的高强度和FRP材料的耐腐蚀性，能够延长隧道衬砌的使用寿命，且在水文地质条件较好的情况下，底部的防水层可以借由FRP波纹板替代，减少施工工序，明显提高施工效率。
附图说明
图1是一种预制混凝土-FRP波纹板隧道底部支护结构的正视图；
图2是预制混凝土-FRP波纹板之间的连接示意图；
图3是预制混凝土-FRP波纹板与钢筋格栅之间的连接示意图；
图4是预制混凝土-FRP波纹板材料示意图；
图5是预制混凝土-FRP波纹板隧道底部支护结构的左视图。
具体实施方式
下面将结合实例对上述结构的技术方案进行阐述：如图1所示，本实例提供一种后场预制混凝土-FRP波纹板，现场整体安装的施工方法。图示为施工结构，在整个支护结构中，支护结构的顶部以及两侧采用钢筋格栅1的形式。隧道上部围岩开挖后，做钢筋格栅支护1 并喷射混凝土3，养护成型。再对底部围岩开挖，完成预制混凝土-FRP 波纹板的拼装和固定，在预制混凝土-FRP波纹板的连接处(裸露的FPR波纹板壁后)浇筑混凝土，最后在预制混凝土-FRP波纹板与围岩之间灌注混凝土6。
如图2所示，底部支护结构由预制混凝土-FRP波纹板2拼接而成，预制混凝土-FRP波纹板2之间通过高强螺栓7连接(图2 给出a —a截面图)，8为表面粘砂，11为预制混凝土-FRP波纹板的连接处。
如图3所示，上部钢筋格栅1与法兰板4焊接相连；法兰板4与下部支护2通过高强螺栓5连接(图3 给出a—a截面图)。
如图4所示，预制混凝土-FRP波纹板2由混凝土层10和FRP 层9组成，表面粘砂8增加了混凝土层与FRP层之间的粘结力。
具体施工工艺如下。
S1预制FRP波纹板。
根据隧道设计的空间尺寸大小确定隧道开挖面的大小，进而拟定底部初期支护的形状和尺寸。根据已拟定的初期支护的尺寸大小制作 FRP波纹板。FRP波纹板的制作经过纤维浸胶，纤维集束以及模具拉挤成型等工序。根据拟定形状，对FRP波纹板做弯曲固化处理。弯曲时两边预留10cm左右长度，向内弯曲到水平角度用以连接上部初次衬砌结构。为增强FRP表面与混凝土层的粘结效果，对FRP波纹板表面施做粘沙处理。预留连接孔洞，用作波纹板之间的连接以及波纹板与上部支护结构的连接。
S2预制混凝土-FRP波纹板
在经过表面粘沙的FRP波纹板表面喷射混凝土层，采用普通水泥，混凝土层厚度约占预制构件板厚的80％。各个连接处不喷射混凝土，即FRP波纹板与上部支护结构的连接处，以及FRP波纹板之间的连接处。
S3采用上台阶法对隧道进行开挖，布置上部初次衬砌。
对部分围岩不稳定的工程而言，需要施做超前小导管注浆对开挖面围岩进行加固。采用上台阶法对隧道顶部以及两侧进行开挖，立即喷射混凝土作为初喷对围岩进行加固，并采用传统矿山法初次衬砌施做工艺布置和绑扎钢筋。两侧底部预留钢筋焊接在法兰板上，用来与底部预制构件连接。
S4预制混凝土-FRP波纹板的布置以及连接。
采用上台阶法施工，对隧道底部进行开挖。在既定位置安置预制混凝土-FRP波纹板，将预留FRP波纹板与法兰板之间用高强螺栓连接。混凝土-FRP波纹板之间通过高强螺栓搭接，准确连接之后，立即完成壁后注浆用以填充和固定初次衬砌位置。
S5在预制构件连接处现场浇筑混凝土，上部衬砌结构喷射混凝土，完成整体初次衬砌的布置。
与传统底部支护相比，在施工效率上，预制构件可以满足快速安装，稳定施工的要求，可以节省现浇混凝土的养护时间。在材料选择上，预制混凝土-FRP波纹板，两种材料的互补，不仅可以满足强度要求，也可以在一定程度上满足底部衬砌的防水要求。
本发明采用预制混凝土-FRP波纹板替代传统底部支护结构，现场整体安装的施工工艺，构件预制，加快了施工效率，拼接方式简单，降低了施工难度。有效解决了施工过程中隧道底部超欠挖的危害和影响，有良好的发展前景。
Claims (5)
1.一种预制混凝土-FRP波纹板隧道底部支护施工方法，其特征在于：预制混凝土-FRP波纹板由混凝土包裹FRP波纹板制作而成，预制混凝土-FRP波纹板为预制构件；该预制构件与其上部初次衬砌间采用法兰连接，与其下部围岩间灌注混凝土用以填充和固定预制构件，预制混凝土-FRP波纹板之间通过高强螺栓连接，在FRP波纹板之间的底部连接处现场浇筑混凝土；
该方法的施工工艺如下，
S1预制FRP波纹板；
根据隧道设计的空间尺寸大小确定隧道开挖面的大小，进而拟定底部初期支护的形状和尺寸；根据已拟定的初期支护的尺寸大小制作FRP波纹板；FRP波纹板的制作经过纤维浸胶，纤维集束以及模具拉挤成型工序；根据拟定形状，对FRP波纹板做弯曲固化处理；弯曲时两边预留10cm长度，向内弯曲到水平角度用以连接上部初次衬砌结构；为增强FRP表面与混凝土层的粘结效果，对FRP波纹板表面施做粘沙处理；预留连接孔洞，用作波纹板之间的连接以及波纹板与上部支护结构的连接；
S2预制混凝土-FRP波纹板；
在经过表面粘沙的FRP波纹板表面喷射混凝土层，采用普通水泥，混凝土层厚度占预制构件板厚的80％；各个连接处不喷射混凝土，即FRP波纹板与上部支护结构的连接处，以及FRP波纹板之间的连接处；
S3采用上台阶法对隧道进行开挖，布置上部初次衬砌；
对部分围岩不稳定的工程而言，需要施做超前小导管注浆对开挖面围岩进行加固；采用上台阶法对隧道顶部以及两侧进行开挖，立即喷射混凝土作为初喷对围岩进行加固，并采用传统矿山法初次衬砌施做工艺布置和绑扎钢筋；两侧底部预留钢筋焊接在法兰板上，用来与底部预制构件连接；
S4预制混凝土-FRP波纹板的布置以及连接；
采用上台阶法施工，对隧道底部进行开挖；在既定位置安置预制混凝土-FRP波纹板，将预留FRP波纹板与法兰板之间用高强螺栓连接；混凝土-FRP波纹板之间通过高强螺栓搭接，准确连接之后，立即完成壁后注浆用以填充和固定初次衬砌位置；
S5在预制构件连接处现场浇筑混凝土，上部衬砌结构喷射混凝土，完成整体初次衬砌的布置。
2.根据权利要求1所述的一种预制混凝土-FRP波纹板隧道底部支护施工方法，其特征在于：所述的预制混凝土-FRP波纹板由FRP波纹板及混凝土层组成；FRP波纹板表面湿粘矿物砂用以增强其与混凝土间粘结力，在FRP波纹板上支模浇筑混凝土。
3.根据权利要求1所述的一种预制混凝土-FRP波纹板隧道底部支护施工方法，其特征在于：所述的FRP波纹板均由连续纤维和热固性树脂复合而成，再通过拉挤热固化工艺成型。
4.根据权利要求1所述的一种预制混凝土-FRP波纹板隧道底部支护施工方法，其特征在于：所述的FRP波纹板均利用拉挤热固化成型工艺复合成型，通过模具拉挤成型；所述的FRP层均由连续纤维和热固性树脂复合而成。
5.根据权利要求1所述的一种预制混凝土-FRP波纹板隧道底部支护施工方法，其特征在于：纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。
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