CN109519193B - 一种铁路既有线隧道套衬结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路既有线隧道套衬结构及其施工方法，该隧道套衬结构包括多榀钢拱架和现浇钢筋混凝土套衬；该施工方法包括步骤：一、既有衬砌凿毛；二、确定钢拱架安装位置；三、加工制作钢拱架；四、钢拱架的下运；五、架设钢拱架；六、施作锚杆；七、植入钎钉；八、施作套衬钢筋；九、施作套衬混凝土；十、注浆加固。本发明结构设置合理，现浇钢筋混凝土套衬与既有衬砌紧密连接，在不影响既有衬砌结构的情况下，能够有效对既有衬砌进行加固，在进行混凝土浇筑过程中外模板可以重复使用，有效降低施工成本，同时钢拱架作为侧模板，使用完成后不用拆除，能够与既有衬砌一起受力，共同工作，大大提高现浇钢筋混凝土套衬结构的安全性。

Description

一种铁路既有线隧道套衬结构及其施工方法

技术领域

本发明属于隧道工程加固技术领域，具体涉及一种铁路既有线隧道套衬结构及其施工方法。

背景技术

目前，我国正在运营的隧道大多存在既有衬砌背后空洞、既有衬砌厚度不足、渗漏水以及既有衬砌开裂等质量缺陷及病害，服役状况堪忧。由于隧道缺陷、病害的隐蔽性，隧道病害发生的突然性，隧道病害整治干扰大等问题，致使隧道病害日趋严重，治理严重不足，已严重危及隧道运营安全。隧道既有衬砌破裂、既有衬砌厚度不足是常见的既有衬砌病害问题，对于既有衬砌破损严重和极严重、既有衬砌厚度不足一半时，当隧道内净空允许的情况，常采用套衬加固方法；当隧道内净空受限的情况，常采用如W型钢带加固、嵌入钢架加固等加固技术。

采用常用的混凝土套衬进行加固时，由于混凝土界面间的连接问题，混凝土材料本身的脆性特点，容易出现界面翘曲、剥离，不能有效抑制既有混凝土裂缝，而且柔性不足。目前，也有采用在既有衬砌表面开一道梯形环向槽，进行钢拱架的安装，能够有效减少界面翘曲、剥离问题的出现，提高套衬的使用寿命。但是，在既有衬砌表面开设梯形环向槽时需要凿除既有衬砌表面混凝土，凿除既有衬砌表面混凝土时，如果凿除的混凝土块掉落处理不好，有可能会掉落到既有线钢轨上，会造成钢轨损伤，存在较大的安全隐患；同时会对既有衬砌造成扰动，影响既有衬砌的结构强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种铁路既有线隧道套衬结构，其结构设置合理，现浇钢筋混凝土套衬与既有衬砌紧密连接，在不影响既有衬砌结构的情况下，能够有效对既有衬砌进行加固。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种铁路既有线隧道套衬结构，其特征在于：包括设置在既有衬砌内侧面上的多榀钢拱架、以及用于将既有衬砌和多榀钢拱架浇筑为一体的现浇钢筋混凝土套衬，所述钢拱架包括上部钢拱架节段和对称设置在上部钢拱架节段两侧的钢拱架单元，所述钢拱架单元包括下部钢拱架节段和中部钢拱架节段，所述下部钢拱架节段、中部钢拱架节段和上部钢拱架节段均通过膨胀螺栓固定在既有衬砌的内侧面上，所述现浇钢筋混凝土套衬包括多个沿既有线隧道长度方向布设且设置在相邻两榀钢拱架之间的套衬节段，所述套衬节段与既有衬砌之间设置有多个钎钉。

上述的一种铁路既有线隧道套衬结构，其特征在于：所述下部钢拱架节段与中部钢拱架节段之间以及中部钢拱架节段与上部钢拱架节段之间均通过双夹板连接件连接，所述双夹板连接件包括两个连接板和将两个连接板紧固连接为一体的多个螺栓，所述连接板上开设有多个供螺栓安装的螺栓安装孔。

本发明还提供了一种铁路既有线隧道套衬结构的施工方法，该施工方法便捷，进行混凝土浇筑过程中模板可以重复使用，有效降低施工成本，同时钢拱架作为模板堵头的一部分，使用完成后不用拆除，能够与既有衬砌一起受力，共同工作，大大提高现浇钢筋混凝土套衬结构的安全性能，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、既有衬砌凿毛：采用风镐对待加固隧道节段位置处的既有衬砌内侧距墙脚1m以下的区域进行既有混凝土的凿除；采用电镐对既有衬砌内侧距墙脚1m以上的区域进行既有混凝土表面凿毛处理，既有衬砌内侧距墙脚1m以下既有混凝土的凿除厚度不小于既有衬砌内侧距墙脚1m以上既有混凝土表面的凿毛厚度；

步骤二、确定钢拱架安装位置：根据多榀钢拱架的设计间距采用全站仪对待加固隧道节段处既有衬砌内表面进行测量放样，用记号笔标记出每榀钢拱架的安装位置，多榀钢拱架沿隧道的长度方向呈等间距布设在待加固隧道节段之间，相邻两榀钢拱架之间的距离为1.5m～2m；

步骤三、加工制作钢拱架：采用断面仪扫描多个钢拱架安装位置处的既有衬砌内表面并得到其断面轮廓大样图，对多个断面轮廓大样图进行对比，选择既有衬砌内表面轮廓线最长的一个断面轮廓大样图作为钢拱架加工图，根据钢拱架加工图加工制作多榀钢拱架，其中，既有衬砌内表面轮廓线最长的长度为L，单位为m；

每榀钢拱架进行加工时，分上部钢拱架节段、下部钢拱架节段和中部钢拱架节段进行分段加工，使加工好的一个上部钢拱架节段、两个下部钢拱架节段和两个中部钢拱架节段拼接在一起形成钢拱架，并对拼接好的钢拱架进行尺寸偏差测量，保证其尺寸偏差在规定范围内，若其尺寸偏差不在规定范围内，则分别对下部钢拱架节段、中部钢拱架节段和上部钢拱架节段进行校正后再进行拼接，直至拼接好的钢拱架的尺寸偏差满足规定；

步骤四、钢拱架的下运：将步骤三中加工制作好的下部钢拱架节段、中部钢拱架节段和上部钢拱架节段运输至待加固隧道节段处；

步骤五、架设钢拱架：在步骤二中标记的多个钢拱架安装位置分别进行多榀钢拱架的架设，在指定的钢拱架安装位置处架设钢拱架，当该指定的钢拱架安装位置的既有衬砌内表面轮廓线长度为L时，在该指定的钢拱架安装位置处顺时针或逆时针将下部钢拱架节段、中部钢拱架节段和上部钢拱架节段安装在既有衬砌上对应位置处，下部钢拱架节段、中部钢拱架节段和上部钢拱架节段均与既有衬砌的内表面贴合；

当该指定的钢拱架安装位置的既有衬砌内表面轮廓线长度小于L时，在该指定的钢拱架安装位置处顺时针或逆时针将下部钢拱架节段、中部钢拱架节段和上部钢拱架节段安装在既有衬砌上对应位置处，并根据该指定的钢拱架安装位置的既有衬砌内表面轮廓线长度对最后一个下部钢拱架节段进行裁割，使下部钢拱架节段、中部钢拱架节段、上部钢拱架节段和裁割后的下部钢拱架节段均与既有衬砌的内表面贴合；

步骤六、施作锚杆：在待加固隧道节段的拱脚处打设一排到两排锚杆，所述锚杆的外露段与钢拱架焊接固定；

步骤七、植入钎钉：在相邻两榀所述钢拱架之间的既有衬砌上植入多组呈梅花形布设的钎钉，所述钎钉伸入至既有衬砌内部的长度不小于20cm；

步骤八、施作套衬钢筋：在相邻两榀钢拱架之间设置两层钢筋网，两层所述钢筋网之间通过多根勾筋紧固连接，所述勾筋锚固在既有衬砌上；在位于既有衬砌拱顶的一排所述勾筋上沿隧道的长度方向搭设注浆管和排气管，通过多根勾筋连接的两层所述钢筋网构成一节套衬钢筋；

步骤九、施作套衬混凝土：在步骤八中完成套衬钢筋的安装后，将多个由钢拱架分隔而成的套衬钢筋分为两组，两组套衬钢筋均为间隔型套衬钢筋组，两组间隔型套衬钢筋组的混凝土浇筑方法均相同，对任一组间隔型套衬钢筋组进行混凝土浇筑时，均包括以下步骤：

步骤901、搭设模板：对间隔型套衬钢筋组内的每一节套衬钢筋进行模板的搭设，对一节套衬钢筋进行模板的搭设时，使套衬钢筋两侧的钢拱架作为侧模板，在两个钢拱架之间搭设外模板形成浇筑空腔，套衬钢筋位于浇筑空腔内，所述外模板由多个沿钢拱架的内侧面布设的竹胶板组成，所述竹胶板的两端分别固定在两个钢拱架上，所述外模板的内侧设置有多个用于对其进行加固的横向槽钢，所述横向槽钢的两端分别跨过两个钢拱架后通过螺杆与既有衬砌固定连接；

步骤902、浇筑混凝土：采用二次构造柱泵分别对每一个由外模板、既有衬砌和两个钢拱架形成的浇筑空腔进行混凝土的浇筑进而形成套衬节段；

步骤903、模板拆卸：等套衬节段内的混凝土完全凝固后，将多个所述套衬节段外部的外模板和横向槽钢进行拆除；

步骤十、注浆加固：通过步骤八中搭设的注浆管对既有衬砌与现浇钢筋混凝土套衬之间的空洞区域进行注浆加固。

上述的一种铁路既有线隧道套衬施工方法，其特征在于：步骤一中，对待加固隧道节段位置处的既有衬砌内侧距墙脚1m以下的区域进行既有混凝土的凿除厚度为2cm～13cm，对既有衬砌内侧距墙脚1m以上的区域进行既有混凝土表面的凿毛厚度为2cm。

上述的施工方法，其特征在于：步骤三中，所述下部钢拱架节段、所述中部钢拱架节段和所述上部钢拱架节段分别由不同长度的工字钢经冷弯加工而成，所述下部钢拱架节段的一端焊接有连接板，所述中部钢拱架节段和上部钢拱架节段的两端均焊接有连接板。

上述的施工方法，其特征在于：步骤五中，进行钢拱架的安装时，所述下部钢拱架节段、中部钢拱架节段和上部钢拱架节段均通过膨胀螺栓固定在既有衬砌的内表面，紧靠在一起的两个连接板通过螺栓锁紧形成双夹板连接件。

上述的施工方法，其特征在于：步骤五中，进行钢拱架的安装时，若既有衬砌内侧不平整，有凸出区域不便进行钢拱架的安装时，可以将既有衬砌内表面凸出的区域打磨平整后再进行钢拱架的安装；待所述钢拱架安装完成后，采用泡沫填缝剂对所述钢拱架与既有衬砌表面之间的缝隙进行填塞。

上述的施工方法，其特征在于：步骤901中，完成横向槽钢的安装后，在距既有衬砌拱脚1.5m～2.5m高度处设置纵向槽钢对拱脚处的横向槽钢进行加固，所述纵向槽钢焊接在所述横向槽钢的内侧。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用的套衬结构，钢拱架通过膨胀螺栓固定在既有衬砌内侧，与传统的在既有衬砌表面开设一道横断面为梯形的环向槽来安装钢拱架来说，不会对既有衬砌的结构造成影响，增大既有衬砌的使用寿命，同时可以有效避免在既有衬砌表面开设环向槽时，由于混凝土块的掉落对钢轨造成破坏，减小施工中的安全隐患。

2、本发明通过在现浇钢筋混凝土套衬与既有衬砌之间设置有多个钎钉，能够增大现浇钢筋混凝土套衬与既有衬砌之间的连接强度，避免浇钢筋混凝土套衬从既有衬砌内脱落。

3、本发明采用的方法，钢拱架与既有衬砌内表面贴合，不仅能够起到支撑骨架的作用，而且在混凝土浇筑过程中又作为侧模板使用，在施工完成后不用拆除，能够与既有衬砌和套衬结构共同受力变形、共同工作，起到永、临结合的作用，大大提高现浇钢筋混凝土套衬结构的安全性能。

4、本发明采用的方法，通过将钢拱架作为侧模板，采用高强度竹胶板作为外模板进行混凝土的浇筑，由于高强度竹胶板模板分块小，可以在有限的隧道空间内进行施工，倒运、安装、拆除、加固施工方便、快捷。

5、本发明采用的方法，通过在高强竹胶板的外部设置多个横向槽钢，并在每个横向槽钢上均设置多个螺杆进行加固，混凝土浇筑施工过程中不会出现跑模、胀模的情况，保证了白天火车安全通过该缺陷整治部位，螺杆可以起到连接新老混凝土的作用，使之共同受力，增强既有衬砌与现浇钢筋混凝土套衬之间的整体稳定性。

6、本发明采用的方法，现浇钢筋混凝土套衬可分多个套衬节段进行施工，化整为零，解决了既有线施工作业时间短，作业空间有限的难题，并能多个作业面平行施工，提高工效、节约工期，且模板可循环利用，降低施工成本。

综上所述，本发明结构设置合理，现浇钢筋混凝土套衬与既有衬砌紧密连接，在不影响既有衬砌结构的情况下，能够有效对既有衬砌进行加固，同时本发明采用的方法施工便捷，进行混凝土浇筑过程中模板可以重复使用，有效降低施工成本，同时钢拱架作为模板堵头的一部分，使用完成后不用拆除，能够与既有衬砌一起受力，共同工作，大大提高现浇钢筋混凝土套衬结构的安全性能。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明施工方法的流程框图。

图2为本发明套衬结构的横断面结构示意图。

图3为本发明套衬结构的纵断面结构示意图。

图4为图2的A处放大图。

图5为本发明下部钢拱架节段与连接板的位置关系示意图。

附图标记说明:

1—既有衬砌； 2—钢拱架； 2-1—下部钢拱架节段；

2-2—中部钢拱架节段； 2-3—上部钢拱架节段； 3—套衬节段；

4—膨胀螺栓； 5—钎钉； 6—双夹板连接件；

6-1—连接板； 6-2—螺栓； 6-1-1—螺栓安装孔。

具体实施方式

如图2和图3所示的一种铁路既有线隧道套衬结构，包括设置在既有衬砌1内侧面上的多榀钢拱架2、以及用于将既有衬砌1和多榀钢拱架2浇筑为一体的现浇钢筋混凝土套衬，所述钢拱架2包括上部钢拱架节段2-3和对称设置在上部钢拱架节段2-3两侧的钢拱架单元，所述钢拱架单元包括下部钢拱架节段2-1和中部钢拱架节段2-2，所述下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3均通过膨胀螺栓4固定在既有衬砌1的内侧面上，所述现浇钢筋混凝土套衬包括多个沿既有线隧道长度方向布设且设置在相邻两榀钢拱架2之间的套衬节段3，所述套衬节段3与既有衬砌1之间设置有多个钎钉5。

实际使用时，通过膨胀螺栓4将钢拱架2固定在既有衬砌1内侧，与传统的在既有衬砌1表面开设一道横断面为梯形的环向槽来安装钢拱架2来说，不会对既有衬砌1的结构造成影响，增大既有衬砌1的使用寿命，同时可以有效避免在既有衬砌1表面开设环向槽时，由于混凝土块的掉落对钢轨造成破坏，减小施工中的安全隐患。

另外，通过将下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3拼接在一起形成钢拱架2，便于进行加工制作，且便于运送至隧道内进行安装。

需要说明的是，通过在套衬节段3与既有衬砌1之间设置有多个钎钉5，能够增大套衬节段3与既有衬砌1之间的连接强度，避免套衬节段3从既有衬砌1内脱落。

特别的，相邻两榀所述钢拱架2之间的间距不超过2m，不仅能够增大现浇钢筋混凝土套衬的结构强度，同时便于施工。

如图2、图4和图5所示，本实施例中，所述下部钢拱架节段2-1与中部钢拱架节段2-2之间以及中部钢拱架节段2-2与上部钢拱架节段2-3之间均通过双夹板连接件6连接，所述双夹板连接件6包括两个连接板6-1和将两个连接板6-1紧固连接为一体的多个螺栓6-2，所述连接板6-1上开设有多个供螺栓6-2安装的螺栓安装孔6-1-1。

实际使用时，通过双夹板连接件6将下部钢拱架节段2-1与中部钢拱架节段2-2、以及中部钢拱架节段2-2与上部钢拱架节段2-3连接起来，便于钢拱架2的安装和拆卸，同时采用双夹板连接件6能够增大其连接强度，避免其连接处发生歪斜，影响后期模板的搭设，及混凝土的浇筑。

需要说明的是，所述连接板6-1采用16mm厚的A3钢板制作而成且其尺寸为20cm×24cm，每个所述连接板6-1上均钻设有4个φ22螺栓安装孔6-1-1，所述螺栓6-2为M20高强螺栓且其长度60mm。

特别的，同一个所述双夹板连接件6上的两个连接板6-1分别焊接在相邻的下部钢拱架节段2-1与中部钢拱架节段2-2上、或相邻的中部钢拱架节段2-2与上部钢拱架节段2-3上。

如图1至图5所示的一种铁路既有线隧道套衬结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、既有衬砌凿毛：采用风镐对待加固隧道节段位置处的既有衬砌1内侧距墙脚1m以下的区域进行既有混凝土的凿除；采用电镐对既有衬砌1内侧距墙脚1m以上的区域进行既有混凝土表面凿毛处理，既有衬砌1内侧距墙脚1m以下既有混凝土的凿除厚度不小于既有衬砌1内侧距墙脚1m以上既有混凝土表面的凿毛厚度；

实际使用时，在进行既有衬砌凿毛施工前，首先观察待加固隧道节段位置处是否有接触网吊柱，若有接触网吊柱，则对待加固隧道节段位置处的接触网吊柱进行改移，避免接触网吊柱对套衬施工造成干扰。然后在隧道内待加固隧道节段位置处搭设施工平台，所述施工平台由多组门式脚手架搭设而成，相邻两组所述门式脚手架之间通过钢管固定连接。

需要说明的是，对既有衬砌1内侧距墙脚1m以下的区域进行既有混凝土的凿除，能够确保在现浇钢筋混凝土套衬施工完成后，电缆沟盖板能够正常使用。通过对既有衬砌1内表面进行凿毛处理，能够增大现浇钢筋混凝土套衬与既有衬砌1的连接紧密性。在既有衬砌1凿毛施工完成后，需要对凿毛面进行清理，以免灰尘渣滓较多，影响后续钢拱架2的安装。

步骤二、确定钢拱架安装位置：根据多榀钢拱架2的设计间距采用全站仪对待加固隧道节段处既有衬砌1内表面进行测量放样，用记号笔标记出每榀钢拱架2的安装位置，多榀钢拱架2沿隧道的长度方向呈等间距布设在待加固隧道节段之间，相邻两榀钢拱架2之间的距离为1.5m～2m；

实际是使用时，采用全站仪对待加固隧道节段处既有衬砌1内表面进行测量放样后，需要使用记号笔标注出多榀钢拱架2的安装位置以及膨胀螺栓4的安设位置。

需要说明的是，当隧道内缺陷区域不足3m时，所述待加固隧道节段的长度一般设为5m，当隧道内缺陷区域达到3m～6m时，所述待加固隧道节段的长度一般设为10m。

特别的，通过将多榀钢拱架2沿隧道的长度方向呈等间距布设，能够使相邻两榀钢拱架2之间的距离均相等，便于进行钢筋网的加工，以及便于制作外模板，能够实现外模板的周转使用。相邻两榀钢拱架2之间的距离一般为1.6m或1.8m。

步骤三、加工制作钢拱架：采用断面仪扫描多个钢拱架安装位置处的既有衬砌1内表面并得到其断面轮廓大样图，对多个断面轮廓大样图进行对比，选择既有衬砌1内表面轮廓线最长的一个断面轮廓大样图作为钢拱架加工图，根据钢拱架加工图加工制作多榀钢拱架2，其中，既有衬砌1内表面轮廓线最长的长度为L，单位为m；

每榀钢拱架2进行加工时，分上部钢拱架节段2-3、下部钢拱架节段2-1和中部钢拱架节段2-2进行分段加工，使加工好的一个上部钢拱架节段2-3、两个下部钢拱架节段2-1和两个中部钢拱架节段2-2拼接在一起形成钢拱架2，并对拼接好的钢拱架2进行尺寸偏差测量，保证其尺寸偏差在规定范围内，若其尺寸偏差不在规定范围内，则分别对下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3进行校正后再进行拼接，直至拼接好的钢拱架2的尺寸偏差满足规定；

实际使用时，多个钢拱架安装位置处的断面轮廓大样图尺寸基本一致，选择尺寸最大的一个断面轮廓大样图作为钢拱架加工图，便于加工制作，同时，施工人员在隧道内进行钢拱架2的安装时，若最后一个下部钢拱架节段2-1由于尺寸过大无法安装时，可以通过裁割的手段进行调整，便于进行钢拱架2的安装。

需要说明的是，所述上部钢拱架节段2-3、下部钢拱架节段2-1和中部钢拱架节段2-2均采用型号为I20b的工字钢加工而成。

特别的，待钢拱架2安装完成后，需要立即安排专人对钢拱架2的安装情况进行检查，避免由于膨胀螺栓4或双夹板连接件6上的螺栓6-2连接不牢固，导致列车运行期间膨胀螺栓4或者钢拱架2掉落，造成行车安全事故。

实际使用时，多榀钢拱架2交由厂家提前加工，在进行钢拱架的安装前，首先将多个上部钢拱架节段2-3、下部钢拱架节段2-1和中部钢拱架节段2-2均运送至隧道外，对多个钢拱架2进行试拼并校正。然后，在将每天施工需要的组成几个钢拱架2的上部钢拱架节段2-3、下部钢拱架节段2-1和中部钢拱架节段2-2运送至隧道内进行施工。

需要说明的是，进行钢拱架的试拼时，将拼接好的钢拱架2与钢拱架加工图的尺寸进行对比，当上部钢拱架节段2-3、下部钢拱架节段2-1和中部钢拱架节段2-2与图纸上的尺寸偏差超过±2mm时，则需要对其进行校正。

步骤四、钢拱架的下运：将步骤三中加工制作好的下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3运输至待加固隧道节段处；

步骤五、架设钢拱架：在步骤二中标记的多个钢拱架安装位置分别进行多榀钢拱架2的架设，在指定的钢拱架安装位置处架设钢拱架2，当该指定的钢拱架安装位置的既有衬砌1内表面轮廓线长度为L时，在该指定的钢拱架安装位置处顺时针或逆时针将下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3安装在既有衬砌1上对应位置处，下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3均与既有衬砌1的内表面贴合；

当该指定的钢拱架安装位置的既有衬砌1内表面轮廓线长度小于L时，在该指定的钢拱架安装位置处顺时针或逆时针将下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3安装在既有衬砌1上对应位置处，并根据该指定的钢拱架安装位置的既有衬砌1内表面轮廓线长度对最后一个下部钢拱架节段2-1进行裁割，使下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2、上部钢拱架节段2-3和裁割后的下部钢拱架节段2-1均与既有衬砌1的内表面贴合；

实际使用时，进行钢拱架2的安装时，按照从一侧拱脚至拱顶再由拱顶至另一侧拱脚的顺序对下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3进行安装，使一侧墙脚处的下部钢拱架节段2-1最后安装，便于进行设计与实际误差的修正与调整，使钢拱架2的安装贴合既有衬砌1的内壁。

需要说明的是，通过将下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3均与既有衬砌1的内表面贴合，并通过膨胀螺栓4将其固定在既有衬砌1的内表面，避免开槽安装钢拱架2时对既有衬砌1产生扰动。由于加设现浇钢筋混凝土套衬的目的就是处理隧道既有衬砌1厚度不足、空洞等缺陷施工，应该尽量减少对既有衬砌1的扰动，因此，该方法采用密贴既有衬砌1内表面成环的钢拱架2不仅能够作为套衬节段3浇筑时的侧模板，而且能够作为骨架支撑缺陷段既有衬砌1及上部围岩，不需要扰动既有衬砌1。

步骤六、施作锚杆：在待加固隧道节段的拱脚处打设一排到两排锚杆，所述锚杆的外露段与钢拱架2焊接固定；

实际使用时，所述锚杆为3m长的φ25mm钢筋，对拱脚处的钢拱架2用两排锚杆在钢拱架2两侧对称锁脚，所述锚杆的外露部分与钢拱架2焊接牢固，相邻两榀所述钢拱架2之间的既有衬砌1上每隔50cm布置一个所述锚杆，用以固定现浇钢筋混凝土套衬的拱脚基础。

需要说明的是，打设所述锚杆之前，首先采用红五环5系列空气压缩机配合隧道凿岩机钻设供所述锚杆安装的安装孔，所述锚杆安装前检查安装孔内是否存在灰尘和积水，然后将所述锚杆通过锚固剂锚固在安装孔内，并在锚杆上部设置锚杆垫板。

步骤七、植入钎钉：在相邻两榀所述钢拱架2之间的既有衬砌1上植入多组呈梅花形布设的钎钉5，所述钎钉5伸入至既有衬砌1内部的长度不小于20cm；

实际使用时，所述钎钉5的直径为φ18mm且其长度为0.4cm，相邻两个所述钎钉5之间的间距为500mm，所述钎钉5与既有衬砌1之间涂抹A级植筋胶加固。

步骤八、施作套衬钢筋：在相邻两榀钢拱架2之间设置两层钢筋网，两层所述钢筋网之间通过多根勾筋紧固连接，所述勾筋锚固在既有衬砌1上；在位于既有衬砌1拱顶的一排所述勾筋上沿隧道的长度方向搭设注浆管和排气管，通过多根勾筋连接的两层所述钢筋网构成一节套衬钢筋；

实际使用时，在在相邻两榀钢拱架2之间设置钢筋网时，分四步进行施工：第一步在钢拱架2的拱腰及拱顶合适位置分别焊接6～8根φ12mm的横向钢筋；第二步将φ22mm的纵向钢筋全部安装完成；第三步补齐其余位置φ12mm的横向钢筋并安装钩筋；第四步对钢筋网进行加固处理，将钎钉5与钢筋网焊接在一起进行加固。确保钢筋网安装稳固、不倾覆、不坠落，避免由于焊接质量不合格，不牢固，导致列车运行期间钢筋掉落，造成行车安全事故。

特别的，通过在现浇钢筋混凝土套衬内设置两层所述钢筋网，能够提高现浇钢筋混凝土套衬的强度，防止现浇钢筋混凝土套衬在剧烈震动干扰下造成现浇钢筋混凝土套衬发生破裂，进而导致混凝土块掉落后对隧道内部钢轨或来往的车辆造成损坏。

另外，所述勾筋的直径为φ8mm，通过勾筋将两层所述钢筋网连接为一体形成一节套衬钢筋，并使勾筋的一端固定在既有衬砌1上，能够提高现浇钢筋混凝土套衬与既有衬砌1之间的连接强度，勾筋与钢筋网接触的部分焊接为一体。

需要说明的是，一层所述钢筋网紧贴既有衬砌1表面，另一层所述钢筋网与既有衬砌1表面之间的距离为50mm。通过将横向钢筋焊接在两榀钢拱架2上，能使相邻工字钢拱架连接成整体，提高现浇钢筋混凝土套衬受力骨架的稳定性，并且施工便捷、简单。

本实施例中，纵向钢筋在场外进行预弯之后运至现场，不仅安装起来操作简单、便捷，而且能保证套衬钢筋的弧形线，使其与既有衬砌1更加贴合，节约天窗点内施工时间。

步骤九、施作套衬混凝土：在步骤八中完成套衬钢筋的安装后，将多个由钢拱架2分隔而成的套衬钢筋分为两组，两组套衬钢筋均为间隔型套衬钢筋组，两组间隔型套衬钢筋组的混凝土浇筑方法均相同，对任一组间隔型套衬钢筋组进行混凝土浇筑时，均包括以下步骤：

实际使用时，在进行混凝土的浇筑时，为了减少所述外模板的使用数量，增大所述外模板的周转次数，也可逐个对多个所述套衬节段3进行浇筑。

步骤901、搭设模板：对间隔型套衬钢筋组内的每一节套衬钢筋进行模板的搭设，对一节套衬钢筋进行模板的搭设时，使套衬钢筋两侧的钢拱架2作为侧模板，在两个钢拱架2之间搭设外模板形成浇筑空腔，套衬钢筋位于浇筑空腔内，所述外模板由多个沿钢拱架2的内侧面布设的竹胶板组成，所述竹胶板的两端分别固定在两个钢拱架2上，所述外模板的内侧设置有多个用于对其进行加固的横向槽钢，所述横向槽钢的两端分别跨过两个钢拱架2后通过螺杆与既有衬砌1固定连接；

实际使用时，所述钢拱架2的两侧下部设置有堵头模板，所述堵头模板采用50mm厚的高强竹胶板制作而成，所述外模板采用16mm厚的高强竹胶板制作而成，所述外模板为矩形，在进行外模板的安装时，可采用尺寸为170cm×60cm和190cm×60cm两种大小的高强竹胶板进行拼接形成外模板。

特别的，横向槽钢的长度为1.9m，多个横向槽钢沿钢拱架2的内拱面呈等间距布设，相邻两个横向槽钢的环向间距为30cm，横向槽钢的两端分别通过φ18mm高强螺杆植入既有衬砌1内对横向槽钢进行固定。螺杆植入既有衬砌1内的长度为20cm且其外露端长度为40cm，螺杆与横向槽钢之间设置有弹簧垫片，弹簧垫片的尺寸为80mm×80mm且其厚度为5mm。通过采用φ18螺杆植入既有衬砌1反拉横向槽钢，操作简易，安装模板速度快且牢固可靠，不易在浇筑混凝土过程发生跑模、胀模的情况，解决了铁路既有线一个施工天窗时间无法安装台车、无法搭设支架立模的难题，并且φ18螺杆可以起到连接新老混凝土的作用，使之共同受力，增强既有衬砌1与现浇钢筋混凝土套衬的整体稳定性。

需要说明的是，所述外模板设置在钢拱架2与所述横向槽钢之间。通过螺杆将所述横向槽钢固定在既有衬砌1内侧，混凝土浇筑施工过程中不会出现跑模、胀模的情况，保证了白天火车安全通过该缺陷整治部位。

实际使用时，采用钢拱架2作为侧模板，既能临时支撑缺陷段既有衬砌1及上部围岩，防止缺陷部位大面积掉块，又能为现浇钢筋混凝土套衬施工模板系统提供依托和定位，还能作为每一环钢筋混凝土套衬端模使用。确保施工安全又便于模板安装，还能作为钢筋混凝土套衬永久受力结构，一劳永逸。

步骤902、浇筑混凝土：采用二次构造柱泵分别对每一个由外模板、既有衬砌1和两个钢拱架2形成的浇筑空腔进行混凝土的浇筑进而形成套衬节段3；

实际使用时，混凝土浇筑采用2台XG-10A新型卧式二次构造柱泵泵送，二次构造柱泵提前运送至待加固隧道节段。浇筑时分左右对称进行；每循环分2次浇筑，第1次浇筑高度为电缆槽盖板至以上5.1m位置，起拱点高度距电缆槽盖板5.17m，弧长5.36m，混凝土量约为4.2m³；第2次浇筑高度为电缆槽盖板往上5.1m至拱顶，弧长14.43m，混凝土量约为5.77m³；环形接缝位于电缆槽盖板往上5.1m位置，由于套衬为钢筋混凝土，且钢筋间距较小，因此接缝位置无需增设连接钢筋，对接缝处混凝土采用凿毛处理，增加接缝处混凝土连接即可。在混凝土浇筑前，用高压风枪对混凝土表面杂质进行清除，提前接通电源，安装照明设备，保证插入式振捣棒能够正常工作。模板施工完成后，经现场监理工程师检查合格后，浇筑C35细石混凝土。塌落度控制在18cm～20cm，拌合时的塌落度需在洞外做模拟试验，计算实际拌合后到现场的时间，来确定拌合时塌落度的控制。浇筑时自下而上，采用4台3cm插入式振捣棒振捣，2台振捣棒进行备用，使用插入式振捣棒时，避免碰撞钢筋、模板、注浆管等构件。采取“快入慢出”的方法，振捣至表面无气泡排出为止。振捣要密实，避免漏振或过振，同时采用人工手持橡胶锤在模板外侧配合敲击，以确保混凝土浇筑饱满密实。混凝土施工缝预留不能超过起拱线。

需要说明的是，通过采用XG-10A新型卧式二次构造柱泵泵送混凝土，能够使浇筑速度与模板系统的承压能力充分结合，能够满足作业效率上的需求，新型卧式二次构造柱泵重量轻，倒运方便、操作简单。

步骤903、模板拆卸：等套衬节段3内的混凝土完全凝固后，将多个所述套衬节段3外部的外模板和横向槽钢进行拆除；

实际使用时，对所述外模板和所述横向槽钢进行拆除时，只需要将固定所述横向槽钢的螺杆截断，即可顺利拆掉所述外模板和所述横向槽钢，拆卸方便。同时，拆卸掉的所述外模板和所述横向槽钢可以进行周转使用，进行另一组所述套衬节段3的浇筑，能有效节省资源。

步骤十、注浆加固：通过步骤八中搭设的注浆管对既有衬砌1与现浇钢筋混凝土套衬之间的空洞区域进行注浆加固。

实际使用时，待套衬节段3的强度达到100％后，用注浆管对既有衬砌1与现浇钢筋混凝土套衬之间的空洞区域进行注浆加固，保证现浇钢筋混凝土套衬与既有衬砌1之间的空洞填充密实。

需要说明的是，注浆分两次进行，第一次注浆压力不宜过大，凝结时间短，便于早凝，主要封堵隧道缺陷周边空隙及既有衬砌1与现浇钢筋混凝土套衬之间不密实的部位，采用水泥砂浆。第二次注浆压力适当加大，主要充填第一次注浆凝固后余留的空隙，采用普通硅酸盐超细水泥浆，水灰比为0.6～0.8，初凝时间30分钟～45分钟，注浆压力控制在0.2MPa～0.3MPa，保持压力直到不进浆液结束。注浆参数应通过现场试验确定，施工过程中根据现场实际情况可适当调整。

实际使用时，在注浆加固完成后，需要对外漏的钢拱架2表面涂刷防锈漆进行防锈处理。并在现浇钢筋混凝土套衬表面刮涂厚度为1mm～2mm的渗透性结晶材料，渗透性结晶材料涂刷前应清洁现浇钢筋混凝土套衬表面，保持现浇钢筋混凝土套衬表面干净湿润，但不应有明显的水印。渗透性结晶材料用量为1kg/m²～2kg/m²，渗透性结晶材料与水的质量比为1:0.3。

本实施例中，步骤一中，对待加固隧道节段位置处的既有衬砌1内侧距墙脚1m以下的区域进行既有混凝土的凿除厚度为2cm～13cm，对既有衬砌1内侧距墙脚1m以上的区域进行既有混凝土表面的凿毛厚度为2cm。

本实施例中，步骤三中，所述下部钢拱架节段2-1、所述中部钢拱架节段2-2和所述上部钢拱架节段2-3分别由不同长度的工字钢经冷弯加工而成，所述下部钢拱架节段2-1的一端焊接有连接板6-1，所述中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3的两端均焊接有连接板6-1。

实际使用时，所述上部钢拱架节段2-3由6个长度为2.28m的工字钢经冷弯加工后拼接而成，所述中部钢拱架节段2-2由2个长度为3.29m的工字钢经冷弯加工后拼接而成，所述下部钢拱架节段2-1由2个长度为1.97m的工字钢经冷弯加工后拼接而成。

本实施例中，步骤五中，进行钢拱架2的安装时，所述下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3均通过膨胀螺栓4固定在既有衬砌1的内表面，紧靠在一起的两个连接板6-1通过螺栓6-2锁紧形成双夹板连接件6。

实际使用时，所述膨胀螺栓4与钢拱架2之间设置有钢垫板。在进行钢拱架2的安装时，沿着既有衬砌1的横断面形状按照由既有衬砌1一侧到既有衬砌1另一侧的顺序进行钢拱架2的安装，便于调整下部钢拱架节段2-1、中部钢拱架节段2-2和上部钢拱架节段2-3之间的连接可靠性。

本实施例中，步骤五中，进行钢拱架2的安装时，若既有衬砌1内侧不平整，有凸出区域不便进行钢拱架2的安装时，可以将既有衬砌1内表面凸出的区域打磨平整后再进行钢拱架2的安装；待所述钢拱架2安装完成后，采用泡沫填缝剂对所述钢拱架2与既有衬砌1表面之间的缝隙进行填塞。

本实施例中，步骤901中，完成横向槽钢的安装后，在距既有衬砌1拱脚1.5m～2.5m高度处设置纵向槽钢对拱脚处的横向槽钢进行加固，所述纵向槽钢焊接在所述横向槽钢的内侧。

实际使用时，通过在距既有衬砌1拱脚1.5m～2.5m高度处设置所述纵向槽钢，能够对拱脚处的所述外模板进行加固，防止在进行混凝土浇筑过程中，外模板发生损坏。所述纵向槽钢上设置有三个植入既有衬砌1内部的螺杆，所述螺杆能够对所述纵向槽钢起到固定的作用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种铁路既有线隧道套衬结构的施工方法，该铁路既有线隧道套衬结构包括设置在既有衬砌(1)内侧面上的多榀钢拱架(2)、以及用于将既有衬砌(1)和多榀钢拱架(2)浇筑为一体的现浇钢筋混凝土套衬，所述钢拱架(2)包括上部钢拱架节段(2-3)和对称设置在上部钢拱架节段(2-3)两侧的钢拱架单元，所述钢拱架单元包括下部钢拱架节段(2-1)和中部钢拱架节段(2-2)，所述下部钢拱架节段(2-1)、中部钢拱架节段(2-2)和上部钢拱架节段(2-3)均通过膨胀螺栓(4)固定在既有衬砌(1)的内侧面上，所述现浇钢筋混凝土套衬包括多个沿既有线隧道长度方向布设且设置在相邻两榀钢拱架(2)之间的套衬节段(3)，所述套衬节段(3)与既有衬砌(1)之间设置有多个钎钉(5)；

其特征在于，该施工方法包括以下步骤：

步骤一、既有衬砌凿毛：采用风镐对待加固隧道节段位置处的既有衬砌(1)内侧距墙脚1m以下的区域进行既有混凝土的凿除；采用电镐对既有衬砌(1)内侧距墙脚1m以上的区域进行既有混凝土表面凿毛处理，既有衬砌(1)内侧距墙脚1m以下既有混凝土的凿除厚度不小于既有衬砌(1)内侧距墙脚1m以上既有混凝土表面的凿毛厚度；

步骤二、确定钢拱架安装位置：根据多榀钢拱架(2)的设计间距采用全站仪对待加固隧道节段处既有衬砌(1)内表面进行测量放样，用记号笔标记出每榀钢拱架(2)的安装位置，多榀钢拱架(2)沿隧道的长度方向呈等间距布设在待加固隧道节段之间，相邻两榀钢拱架(2)之间的距离为1.5m～2m；

步骤三、加工制作钢拱架：采用断面仪扫描多个钢拱架安装位置处的既有衬砌(1)内表面并得到其断面轮廓大样图，对多个断面轮廓大样图进行对比，选择既有衬砌(1)内表面轮廓线最长的一个断面轮廓大样图作为钢拱架加工图，根据钢拱架加工图加工制作多榀钢拱架(2)，其中，既有衬砌(1)内表面轮廓线最长的长度为L，单位为m；

每榀钢拱架(2)进行加工时，分上部钢拱架节段(2-3)、下部钢拱架节段(2-1)和中部钢拱架节段(2-2)进行分段加工，使加工好的一个上部钢拱架节段(2-3)、两个下部钢拱架节段(2-1)和两个中部钢拱架节段(2-2)拼接在一起形成钢拱架(2)，并对拼接好的钢拱架(2)进行尺寸偏差测量，保证其尺寸偏差在规定范围内，若其尺寸偏差不在规定范围内，则分别对下部钢拱架节段(2-1)、中部钢拱架节段(2-2)和上部钢拱架节段(2-3)进行校正后再进行拼接，直至拼接好的钢拱架(2)的尺寸偏差满足规定；

步骤四、钢拱架的下运：将步骤三中加工制作好的下部钢拱架节段(2-1)、中部钢拱架节段(2-2)和上部钢拱架节段(2-3)运输至待加固隧道节段处；

步骤五、架设钢拱架：在步骤二中标记的多个钢拱架安装位置分别进行多榀钢拱架(2)的架设，在指定的钢拱架安装位置处架设钢拱架(2)，当该指定的钢拱架安装位置的既有衬砌(1)内表面轮廓线长度为L时，在该指定的钢拱架安装位置处顺时针或逆时针将下部钢拱架节段(2-1)、中部钢拱架节段(2-2)和上部钢拱架节段(2-3)安装在既有衬砌(1)上对应位置处，下部钢拱架节段(2-1)、中部钢拱架节段(2-2)和上部钢拱架节段(2-3)均与既有衬砌(1)的内表面贴合；

当该指定的钢拱架安装位置的既有衬砌(1)内表面轮廓线长度小于L时，在该指定的钢拱架安装位置处顺时针或逆时针将下部钢拱架节段(2-1)、中部钢拱架节段(2-2)和上部钢拱架节段(2-3)安装在既有衬砌(1)上对应位置处，并根据该指定的钢拱架安装位置的既有衬砌(1)内表面轮廓线长度对最后一个下部钢拱架节段(2-1)进行裁割，使下部钢拱架节段(2-1)、中部钢拱架节段(2-2)、上部钢拱架节段(2-3)和裁割后的下部钢拱架节段(2-1)均与既有衬砌(1)的内表面贴合；

步骤六、施作锚杆：在待加固隧道节段的拱脚处打设一排到两排锚杆，所述锚杆的外露段与钢拱架(2)焊接固定；

步骤七、植入钎钉：在相邻两榀所述钢拱架(2)之间的既有衬砌(1)上植入多组呈梅花形布设的钎钉(5)，所述钎钉(5)伸入至既有衬砌(1)内部的长度不小于20cm；

步骤八、施作套衬钢筋：在相邻两榀钢拱架(2)之间设置两层钢筋网，两层所述钢筋网之间通过多根勾筋紧固连接，所述勾筋锚固在既有衬砌(1)上；在位于既有衬砌(1)拱顶的一排所述勾筋上沿隧道的长度方向搭设注浆管和排气管，通过多根勾筋连接的两层所述钢筋网构成一节套衬钢筋；

步骤九、施作套衬混凝土：在步骤八中完成套衬钢筋的安装后，将多个由钢拱架(2)分隔而成的套衬钢筋分为两组，两组套衬钢筋均为间隔型套衬钢筋组，两组间隔型套衬钢筋组的混凝土浇筑方法均相同，对任一组间隔型套衬钢筋组进行混凝土浇筑时，均包括以下步骤：

步骤901、搭设模板：对间隔型套衬钢筋组内的每一节套衬钢筋进行模板的搭设，对一节套衬钢筋进行模板的搭设时，使套衬钢筋两侧的钢拱架(2)作为侧模板，在两个钢拱架(2)之间搭设外模板形成浇筑空腔，套衬钢筋位于浇筑空腔内，所述外模板由多个沿钢拱架(2)的内侧面布设的竹胶板组成，所述竹胶板的两端分别固定在两个钢拱架(2)上，所述外模板的内侧设置有多个用于对其进行加固的横向槽钢，所述横向槽钢的两端分别跨过两个钢拱架(2)后通过螺杆与既有衬砌(1)固定连接；

步骤902、浇筑混凝土：采用二次构造柱泵分别对每一个由外模板、既有衬砌(1)和两个钢拱架(2)形成的浇筑空腔进行混凝土的浇筑进而形成套衬节段(3)；

步骤903、模板拆卸：等套衬节段(3)内的混凝土完全凝固后，将多个所述套衬节段(3)外部的外模板和横向槽钢进行拆除；

步骤十、注浆加固：通过步骤八中搭设的注浆管对既有衬砌(1)与现浇钢筋混凝土套衬之间的空洞区域进行注浆加固。

2.按照权利要求1所述的一种铁路既有线隧道套衬结构的施工方法，其特征在于：所述下部钢拱架节段(2-1)与中部钢拱架节段(2-2)之间、以及中部钢拱架节段(2-2)与上部钢拱架节段(2-3)之间均通过双夹板连接件(6)连接，所述双夹板连接件(6)包括两个连接板(6-1)和将两个连接板(6-1)紧固连接为一体的多个螺栓(6-2)，所述连接板(6-1)上开设有多个供螺栓(6-2)安装的螺栓安装孔(6-1-1)。

3.按照权利要求1所述的一种铁路既有线隧道套衬结构的施工方法，其特征在于：步骤一中，对待加固隧道节段位置处的既有衬砌(1)内侧距墙脚1m以下的区域进行既有混凝土的凿除厚度为2cm～13cm，对既有衬砌(1)内侧距墙脚1m以上的区域进行既有混凝土表面的凿毛厚度为2cm。

4.按照权利要求1所述的一种铁路既有线隧道套衬结构的施工方法，其特征在于：步骤三中，所述下部钢拱架节段(2-1)、所述中部钢拱架节段(2-2)和所述上部钢拱架节段(2-3)分别由不同长度的工字钢经冷弯加工而成，所述下部钢拱架节段(2-1)的一端焊接有连接板(6-1)，所述中部钢拱架节段(2-2)和上部钢拱架节段(2-3)的两端均焊接有连接板(6-1)。

5.按照权利要求4所述的一种铁路既有线隧道套衬结构的施工方法，其特征在于：步骤五中，进行钢拱架(2)的安装时，所述下部钢拱架节段(2-1)、中部钢拱架节段(2-2)和上部钢拱架节段(2-3)均通过膨胀螺栓(4)固定在既有衬砌(1)的内表面，紧靠在一起的两个连接板(6-1)通过螺栓(6-2)锁紧形成双夹板连接件(6)。

6.按照权利要求4所述的一种铁路既有线隧道套衬结构的施工方法，其特征在于：步骤五中，进行钢拱架(2)的安装时，若既有衬砌(1)内侧不平整，有凸出区域不便进行钢拱架(2)的安装时，可以将既有衬砌(1)内表面凸出的区域打磨平整后再进行钢拱架(2)的安装；待所述钢拱架(2)安装完成后，采用泡沫填缝剂对所述钢拱架(2)与既有衬砌(1)表面之间的缝隙进行填塞。

7.按照权利要求1所述的一种铁路既有线隧道套衬结构的施工方法，其特征在于：步骤901中，完成横向槽钢的安装后，在距既有衬砌(1)拱脚1.5m～2.5m高度处设置纵向槽钢对拱脚处的横向槽钢进行加固，所述纵向槽钢焊接在所述横向槽钢的内侧。

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