CN109296383B - 一种隧道管片外部失水后维持加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道管片外部失水后维持加固方法，包括以下步骤：1)碳纤维固定在管片外侧；2)钢板固定在管片的侧壁；3)焊接钢筋(11)和钢板相连；4)浇筑混凝土；5)碳纤维固定管片的内侧。本发明可以对管片破损部位进行加固补强，防止隧道管片因隧道横断面变形较大、纵向不均匀沉降，造成管片面积毁损、剥落，保证隧道结构安全、延长隧道使用寿命以及隧道后期运营安全。

Description

一种隧道管片外部失水后维持加固方法

技术领域

本发明涉及一种隧道管片外部失水后维持加固方法，特别是涉及一种隧道管片外部失水掏空后管片结构自稳能力维持加固方法。

背景技术

现今的施工技术，使得城市轨道交通发展的尤为迅速和重要，甚至是地方经济的重要指标，其中地铁的建造现在大多采用较为成熟的盾构技术，通过盾构机施工，将预制的成品混凝土管片拼装成型，从而形成地铁隧道的最内层的支撑和屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些荷载作用，是盾构隧道施工的主要装配构件，所以管片的各项质量直接影响到工程整体的质量。管片的预制生产一般采用高胶凝材料、低水胶比、低坍落度的混凝土材料，从而保证管片的高强度和一定的抗渗性。在隧道工程的施工过程中，由于盾构隧道施工具有施工速度快、工程质量高、施工安全性好等特点，且盾构法对地面建筑和其他设施的影响较小。因此,盾构隧道施工技术被广泛应用于隧道施工中。

在盾构施工过程中，由于管片本身的质量、拼装作业、工后沉降等原因，常常造成各种管壁破损现象的发生。因隧道横断面变形较大、纵向不均匀沉降等，常常造成隧道管片大面积毁损，导致隧道管片出现裂缝及剥落，从而出现隧道管片外部失水的现象，严重影响隧道安全、后期运营安全及隧道的使用寿命。因此，需要对隧道管片破损部位进行加固补强。特别是隧道管片渗水后进一步影响混凝土连接处螺栓的抗剪性能，这也会对管片结构造成二次损伤，进一步影响隧道结构安全、后期运营安全及隧道的使用寿命。

因此本领域技术人员致力于开发一种隧道管片外部失水后维持加固方法，以解决隧道管片外部失水后造成安全问题发生的技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是解决隧道管片外部失水后造成安全问题，提供一种隧道管片外部失水后维持加固方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种隧道管片外部失水后维持加固方法，其特征是：包括以下步骤：

1）碳纤维固定在管片外侧；

2）钢板固定在所述管片的侧壁；

3）焊接钢筋和所述钢板相连；

4）浇筑混凝土；

5）所述碳纤维固定所述管片的内侧。

较佳的，步骤1）中碳纤维包括第一碳纤维和第二碳纤维；管片包括第一管片和第二管片，第一管片和第二管片相邻；第一碳纤维在第一管片和第二管片的外侧固定连接第一管片和第二管片。

较佳的，钢板上设置有预留通道，钢板包括第一钢板、第二钢板、第三钢板、第四钢板、第五钢板、第六钢板，第一钢板和第二钢板固定在第一碳纤维上。

较佳的，第一钢板和第二钢板上设置的预留通道连接后呈方形；第一碳纤维通过混凝土钢钉穿过所述预留通道固定在第一管片和第二管片的侧壁上。

较佳的，第三钢板和第四钢板设置的预留通道连接后呈菱形；第三钢板和第四钢板通过混凝土钢钉分别固定在第一管片和第二管片上。

较佳的，第三钢板与第四钢板通过焊接钢筋相连，焊接钢筋与所述第三钢板及第四钢板固定连接。

较佳的，步骤4）具体步骤还包括如下：

A）往第一碳纤维和焊接钢筋处浇筑混凝土；

B）加混凝土模具，初凝完后拆除。

较佳的，第二碳纤维通过混凝土钢钉穿过第五钢板和第六钢板上设置的预留通道固定在第一管片和第二管片内侧。

较佳的，第五钢板和第六钢板分别与第一管片和第二管片平行设置。

较佳的，步骤1）前还包括如下具体步骤：

C）安装临时加固装置，且用液压千斤顶将管片剥离；

D）在管片下加撑钢柱；

E）引水。

本发明的有益效果是：

1）本发明所涉的隧道管片外部失水后维持加固方法，利用碳纤维质量比碳纤维具有“外柔内刚”的性能，质量比金属铝轻，但强度却较钢铁高，并且还具有耐腐蚀、高模量的特性，在隧道外部失水掏空后管片的维持加固中，可以对管片破损部位进行加固补强，防止隧道管片因隧道横断面变形较大、纵向不均匀沉降，造成管片面积毁损、剥落等，保证隧道结构安全、隧道使用寿命以及隧道后期运营安全。

2）本发明所涉的隧道管片外部失水后维持加固方法，采用碳纤维包括第一碳纤维和第二碳纤维；管片包括第一管片和第二管片，第一管片和第二管片相邻；第一碳纤维在第一管片和第二管片的外侧固定连接第一管片和第二管片；钢板上设置有预留通道，钢板包括第一钢板、第二钢板、第三钢板、第四钢板、第五钢板、第六钢板，第一钢板和第二钢板固定在第一碳纤维上。可以使第一碳纤维和第二碳纤维牢牢的与第一管片和第二管片固定连接,保证隧道结构安全、隧道使用寿命以及隧道后期运营安全。

3) 本发明所涉的隧道管片外部失水后维持加固方法，第三钢板和第四钢板设置的预留通道连接后呈菱形；第三钢板和第四钢板通过混凝土钢钉分别固定在第一管片和第二管片上；第三钢板与第四钢板通过焊接钢筋相连，焊接钢筋通过预留通道与所述第三钢板及第四钢板固定连接。通过把焊接钢筋设置在第三钢板和第四钢板上，可以与混凝土最大限度的结合起来，防止隧道管片漏水，进一步保证隧道结构安全以及后期运营安全。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的结构示意图。

图2是本发明所涉第一钢板、第二钢板、第五钢板、第六钢板的预留通道的结构示意图；

图3是是本发明所涉第三钢板、第四钢板的预留通道的结构示意图。

其中，1为第一碳纤维；2为第二碳纤维；3为第一管片；4为第二管片；5为第一钢板；6为第二钢板；7为第三钢板；8为第四钢板；9为第五钢板；10为第六钢板；11为焊接钢筋；12为预留通道；13为混凝土钢钉。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，为解决上述技术问题，本发明提供了一种隧道管片外部失水后维持加固方法，包括以下步骤：

1）碳纤维固定在管片外侧；

2）钢板固定在管片的侧壁；

3）焊接钢筋11和钢板相连；

4）浇筑混凝土；

5）碳纤维固定所述管片的内侧。

碳纤维（carbon fiber,简称CF）,是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到微晶石墨材料。碳纤维具有“外柔内刚”的性能，质量比金属铝轻，但强度却较钢铁高，并且还具有耐腐蚀、高模量等特性。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又具备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代的增强纤维。由于碳纤维具有密度小、强度高、耐久性好等特点。

盾构隧道管片结构一般处于上下受压，左右受拉的工作状态，渗水情况大多发生在管片靠上部位。实践证明，隧道管片细小变形对于释放围岩应力以及维持支护结构具有相当大的积极意义。故用强大而具有一定延性的材料作为管片结构的加固材料是可取的。

本发明所涉的隧道管片外部失水维持加固方法，通过在第一管片3和第二管片4的外侧上用第一碳纤维1固定连接，在第一管片3和第二管片4的内侧用第二碳纤维2固定连接。然后在第一管片3和第二管片4侧壁上固定连接有焊接钢钉11，又进一步的在焊接钢筋周围浇筑混凝土并加上模具使其初凝完成，通过这样的设计，既解决了管片失水部位在加固时的失稳状态，又可以解决因操作不便带来的技术难题。此外，本发明采用的加固材料具备不弱于原管片的强度，同时还可以保证一定的延性使其可以一定程度上释放带来的围岩附加应力。

本发明所涉的隧道管片外部失水维持加固方法，在实施加固措施前，安装临时加固装置，使其不会因加固带来二次损伤，同时保障了施工的安全。此外，本发明中的第一碳纤维1、第二碳纤维2和焊接钢筋11采用不同位置的钢板，实现第一管片3和第二管片4的固定，临时固定装置有效解决了管片加固过程中操作不便的难题，由此可以实现在管片内部正常的人工操作。由于本发明所涉的碳纤维具有强度高、延性好等特点，在组合加固结构中作为主体结构既能承载又能释放过大的附加用力，在第一碳纤维1和第二碳纤维2间的浇筑高强混凝土，进一步保证了加固材料的强度和刚度。

需要强调的是，第一碳纤维1和第一钢板5和第二钢板6为连接牢固的预制整体，在用千斤顶强行剥离衬彻至可操作空间后，将混凝土钢钉 13沿第一钢板5和第六钢板6的预留通道12打入衬砌。

需要说明的是，临时固定装置中四根条钢交接部位可以转动，打入混凝土钢钉13的方式为将底部的螺帽向为旋转，使混凝土钢钉13打入衬砌，从而使第一钢板5和第二钢板6与衬砌紧密结合。

具体的，在第一碳纤维1固定完毕后，继而固定焊接钢筋11。第三钢板7和第四钢板8与焊接钢筋11为预制的整体，分为两套，将混凝土钢钉11沿第三钢板7和第四钢板8的预留通道12打入衬砌内部，两侧焊接钢筋11须有一定错位，再将焊接刚接11电焊粘结牢固。往衬砌裂缝中，注入高强混凝土后将其底部封牢，待混凝土初凝完成后可打开。第五钢板9和第六钢板10为固定连接的预制整体由于在衬彻底部，工作人员方便将混凝土钢钉13从第五钢板9和第六钢板10的预留通道12打入，使第二碳纤维2与管片紧密结合。

需要进一步说明的是，衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用水泥混凝土等材料修建的永久性支护结构。衬砌技术通常是应用于隧道工程、水利渠道中。衬砌简单说来就是内衬，常见的就是用砌块衬砌，可以是预应力高压灌浆素混凝土衬砌。二次衬砌就是指一次衬砌不能达到使用要求时，就在一次衬砌内侧再一次衬砌。通俗的比喻，像是衣服的里衬一样，比如磨损严重的地方里衬就要加厚。

需要特别强调的是，本发明所涉的衬彻是隧道管片的重要组成部分。

需要特别说明的是，第一钢板5和第二钢板6、第五钢板7和第六钢板10的预留通道12大小、形状是一样的；第三钢板7和第四钢板8的预留通道12大小、形状是一样的。因此固定钢板至管片上即可。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道管片外部失水后维持加固方法，其特征是：包括以下步骤：

1）第一碳纤维固定在管片外侧；

2）钢板固定在所述管片的侧壁；

3）焊接钢筋（11）和钢板相连；

4）浇筑混凝土；

5）第二碳纤维固定在所述管片的内侧；

所述步骤2）中的钢板包括第一钢板（5）、第二钢板（6）、第三钢板（7）、第四钢板（8）、第五钢板（9）、第六钢板（10）；

所述第一碳纤维（1）与第一钢板（5）和第二钢板（6）为连接牢固的预制整体；

所述第三钢板（7）和第四钢板（8）与焊接钢筋（11）为预制的整体；所述第五钢板（9）和第六钢板（10）为固定连接的预制整体；且所述第二碳纤维（2）通过所述第五钢板（9）和所述第六钢板（10）固定在第一管片（3）和第二管片（4）内侧。

2.如权利要求1所述的隧道管片外部失水后维持加固方法，其特征是：所述步骤1）中，所述管片包括第一管片（3）和第二管片（4），所述第一管片（3）和所述第二管片（4）相邻；所述第一碳纤维（1）在所述第一管片（3）和所述第二管片（4）的外侧固定连接所述第一管片（3）和所述第二管片（4）。

3.如权利要求2所述的隧道管片外部失水后维持加固方法，其特征是：所有钢板上均设置有预留通道（12），所述第一钢板（5）和所述第二钢板（6）固定在所述第一碳纤维（1）上。

4.如权利要求3所述的隧道管片外部失水后维持加固方法，其特征是：所述第一钢板（5）和所述第二钢板（6）上设置的所述预留通道（12）连接后呈方形；所述第一碳纤维（1）通过混凝土钢钉（13）穿过所述预留通道（12）固定在所述第一管片（3）和所述第二管片（4）的侧壁上。

5.如权利要求4所述的隧道管片外部失水后维持加固方法，其特征是：所述第三钢板（7）和所述第四钢板（8）设置的所述预留通道（12）连接后呈菱形；所述第三钢板（7）和所述第四钢板（8）通过所述混凝土钢钉（13）分别沿所述预留通道（12）固定在所述第一管片（3）和所述第二管片（4）上。

6.如权利要求5所述的隧道管片外部失水后维持加固方法，其特征是：所述第三钢板（7）与所述第四钢板（8）通过焊接钢筋（11）相连，所述焊接钢筋（11）与所述第三钢板（7）及所述第四钢板（8）固定连接。

7.如权利要求6所述的隧道管片外部失水后维持加固方法，其特征是：所述步骤4）具体步骤还包括如下：

A）往所述第一碳纤维（1）和所述焊接钢筋（11）处浇筑混凝土；

B）加混凝土模具，初凝完后拆除。

8.如权利要求7所述的隧道管片外部失水后维持加固方法，其特征是：所述第二碳纤维（2）通过所述混凝土钢钉（13）穿过所述第五钢板（9）和所述第六钢板（10）上设置的所述预留通道（12）固定在所述第一管片（3）和所述第二管片（4）内侧。

9.如权利要求8所述的隧道管片外部失水后维持加固方法，其特征是：所述第五钢板（9）和所述第六钢板（10）分别与所述第一管片（3）和所述第二管片（4）平行设置。

10.如权利要求1至9任一所述的隧道管片外部失水后维持加固方法，其特征是：在所述步骤1）前还包括如下具体步骤：

C）安装临时加固装置，且用千斤顶将所述管片剥离；

D）在所述管片下加撑钢柱；

E）引水。

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