CN110685722B - 隧道衬砌钢带加固结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道衬砌钢带加固结构及施工方法，旨在解决现有钢带加固方法不够牢靠、施工不便的技术问题。加固结构包括环向钢带、纵向钢带和锁脚锚杆，环向钢带沿隧道纵向间断设置并分别固定于衬砌外壁，纵向钢带沿隧道环向间断分布并固定于相邻的环向钢带之间，同一环向钢带两侧的纵向钢带交错分布，锁脚锚杆分别设于所述环向钢带两侧的墙脚并与衬砌锚固。施工方法包括以下步骤：测量放线定位；清理衬砌表面；安装环向钢带和纵向钢带；将锁脚锚杆分别设于各环向钢带两侧的墙脚并与环向钢带和衬砌锚固。本发明纵向钢带与环向钢带交错分布，使隧道衬砌结构更牢靠，仅在环向钢带的两侧墙角设置锁脚锚杆，施工更简单。

Description

隧道衬砌钢带加固结构及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道衬砌加固技术领域，具体涉及一种隧道衬砌钢带加固结构及施工方法。

背景技术

公路隧道经过一段时间的运营后，由于围岩的风化、洞内设施的老化等，一般7～10年需要整修一次。隧道加固可以延长隧道的使用寿命，用少量的资金投入，使隧道能够重新满足交通的需求。

衬砌裂损是最常见的隧道病害类型，主要包括隧道衬砌裂缝、错台和衬砌材料劣化，90%以上的隧道存在不同程度的衬砌裂损。衬砌结构裂损后结构承载能力大幅降低，对隧道运营安全造成安全隐患。

结构工程中常用的加固措施有加大截面法、置换法、粘钢法、粘碳纤维板（布）、植筋法等，加固方法选取需依照结构承载特征、结构形式、可拆换性及允许空间等多种因素决定。隧道衬砌结构作为特殊的结构工程，应结合自身承载特征和破坏机理，选取合适的加固方法和工艺。

当隧道衬砌厚度略欠以及轻微或者中等裂损、但结构尚有较强承载能力时，可通过钢带对结构进行加固。钢带加固法通过在衬砌结构内环向支撑（或凿槽埋设）钢带、钢拱架或钢轨，从而使衬砌结构得到有效的支撑。原有技术一般是对二衬欠厚部位的二次衬砌及初支进行凿除，然后再进行恢复。

专利文献CN203783600U于2014年8月公开了一种公路隧道衬砌表面粘钢加固装置，其仅通过设有的环向镀锌钢带层加固，并不能使衬砌结构的承载能力得到保障。

专利文献CN203488189U于2014年3月公开了一种用于脱空整治的隧道结构，其中的锚杆设置于环向钢带和对应围岩之间，锚杆分布于隧道拱顶上，不利于施工，而且由于重力的作用，需要大量密集分布的锚杆才能保障衬砌结构的承载能力，所需成本大大提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种隧道衬砌钢带加固结构及施工方法，以解决在隧道衬砌厚度略欠以及轻微或者中等裂损时现有钢带加固方法面临的加固不够牢靠、施工不便以及成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种隧道衬砌钢带加固结构，包括环向钢带、纵向钢带和锁脚锚杆，所述环向钢带与衬砌的横断面形状相适应并由一侧边墙延伸至另一侧边墙，多个所述环向钢带沿隧道纵向间断设置并分别固定于衬砌壁面上；多个所述纵向钢带沿隧道环向间断分布并固定于相邻的所述环向钢带之间，同一环向钢带两侧的纵向钢带交错分布；所述锁脚锚杆分别设于所述环向钢带两侧的墙脚并与所述环向钢带和衬砌锚固。

优选的，所述环向钢带与衬砌外壁、所述环向钢带与所述纵向钢带之间通过粘钢胶粘结并用螺栓固定。

优选的，所述环向钢带由多个相同型号的分段钢带拼接而成，在分段处的接缝采用平口焊接，再用接头钢带进行搭接。

优选的，所述环向钢带和所述纵向钢带的外露面均涂有防锈层。

优选的，所述锁脚锚杆的下插角为45°～60°。

一种上述隧道衬砌钢带加固结构的施工方法，包括以下步骤：

（1）根据衬砌的施工缝或模板缝进行测量放线定位；

（2）清理衬砌表面，使衬砌混凝土完全露出新鲜面；

（3）安装所述环向钢带和所述纵向钢带；

（4）将所述锁脚锚杆分别设于各环向钢带两侧的墙脚并与所述环向钢带和衬砌锚固。

优选的，在步骤（2）中，清理后的衬砌表面平整度不大于1.5mm/m。

优选的，在步骤（3）中，安装所述环向钢带和所述纵向钢带包括以下步骤：

①探测衬砌混凝土中钢筋分布情况，避开受力钢筋，标定位置后钻螺栓孔；

②根据标定位置后的螺栓孔对所述环向钢带钻相应的孔，并对其中一面进行打磨，打磨面与衬砌粘结，并通过螺栓将所述环向钢带与衬砌固定；

③在相邻环向钢带纵向间通过螺栓和粘钢胶固定连接所述纵向钢带，并使同一环向钢带两侧的纵向钢带交错分布。

进一步的，在步骤（3）和步骤（4）之间，对所述环向钢带和所述纵向钢带的外露面涂刷防锈漆并覆盖固定铅丝网，然后在钢带与衬砌间空隙涂抹聚合物砂浆。

进一步的，在步骤（3）中，还包括以下步骤：在钢带加固过程中，对原结构面进行量测，量测断面按10-50m一个断面布置，采用全站仪自由设站非接触方法量测隧道周边三维变形，反射测点由反射膜片及觇标组成，所述反射膜片的尺寸采用40×40mm，所述觇标埋设在未拆换段的二衬表面和已拆换段的喷砼层上。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1. 本发明在环向钢带之间设有纵向钢带，而且纵向钢带与环向钢带交错分布，同样的间距，增加相邻两个面的受力点，并通过螺栓和胶黏剂固定，使隧道衬砌结构更牢靠。

2. 本发明只是对钢带拱脚处增加锁脚锚杆，拱部不设置锚杆，以免对原衬砌及防水板造成破坏。

3. 本发明利用环向钢带拱形结构的力学原理，仅在环向钢带的两侧墙角设置锁脚锚杆，并与环向钢带和衬砌锚固，能够保障隧道衬砌结构的稳固性的同时，操作施工更简单，成本更低。

4. 本发明在现有隧道衬砌结构的基础上进行施工，不破坏原初支、防排水、二衬结构，对原有结构影响小，施工快捷、简便。

附图说明

图1为本发明一种隧道衬砌钢带加固结构示意图。

图2本发明一种隧道衬砌钢带展开平面图。

图3为本发明实施例3中的监控量测点布置示意图。

以上图中，1为初支结构，11为拱顶，12为边墙，13为防排水结构，14为二衬结构，2为钢带，3为锚杆，4为环向钢带，5为纵向钢带，6为螺栓孔，7为拱顶下沉量测点，81、82、83和84为周边收敛量测点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。以下实施例中所涉及的零部件，如无特别说明，则均为常规市售产品。

实施例1：一种隧道衬砌钢带加固结构，参见图1，包括钢带2和锁脚锚杆3，衬砌包括初支结构1、拱顶11、两侧边墙12、防排水结构13和二衬结构14，钢带2包括环向钢带4和纵向钢带5。

环向钢带4由多个25cm宽、5mm厚的Q235B型的分段钢带拼接而成，在分段处的接缝采用平口焊接，再用长70cm 的接头钢板进行搭接，接头钢板与原加固钢板之间用M16×160粘结模扩底锚栓固定，并用粘钢胶粘结。

环向钢带4与衬砌的横断面形状相适应并由一侧边墙延伸至另一侧边墙，多个环向钢带4沿隧道纵向间断设置并分别固定于衬砌外壁，环向钢带4与衬砌外壁通过粘钢胶粘结并用螺栓固定，环向钢带4的粘合面为打磨后的面，螺栓与衬砌内的钢筋错开。

多个纵向钢带5沿隧道环向间断分布并固定于相邻的环向钢带4之间，同一环向钢带4两侧的纵向钢带5交错分布；锁脚锚杆3分别设于各环向钢带4两侧的墙脚并与环向钢带4和衬砌锚固，锁脚锚杆3的型号为R28*5.5，单根长3.5m，下插角为45°~60°。

选取R28*5.5锁脚锚杆的优点：1、锚杆自身携带注浆功能，避免了传统工艺的注浆管拔出之后会出现溢浆的情况；2、注浆饱满，并可实现压力注浆，提高工程质量；3、由于各配件的作用，杆体的居中性很好，砂浆可以将锚杆体全长包裹，避免了锈蚀的危险，达到长期支护的目的；4、安装方便，不需现场加工螺纹，就可方便地安设垫板、螺母。下插角的角度选取45°~60°是最好的受力方向。

实施例2：一种实施例1的隧道衬砌钢带加固结构的施工方法，包括以下步骤：

（1）测量定位

进行测量放线定位，为确保钢带安装在一条线上，划线时应根据衬砌的施工缝或模板缝进行定位，用墨线做好每条钢带位置记号。

（2）基面处理、混凝土表面清理

清除粘钢带部位混凝土表面的防火涂料和表面腐蚀混凝土，打磨表面灰尘至2-3mm，使衬砌混凝土完全露出新鲜面，并用压缩空气吹除粉尘，将混凝土表面清理干净并保持干燥。基面应保证平整圆顺，平整度不大于1.5mm/m，局部坑槽及不平整处采用改性环氧砂浆找平。清除衬砌表面范围满足钢带固定范围。

（3）钻螺栓孔6、植入锚固螺栓

探测混凝土中钢筋分布情况，尽可能避开受力钢筋，隧道内人行道沿边墙10cm，标定位置后钻孔，使用22mm钻头打孔，打孔深度 17cm，环向间距 50cm，钻孔应清理干净，保持干燥，不得有油污。按照供应商提供的产品说明书要求配制结构胶，用低速搅拌器搅拌均匀，并在适用期内用完，胶黏剂应满足设计要求的各项力学指标和耐久性要求，然后注入粘钢胶，注胶管插至孔底注入粘钢剂，随胶体的注入缓慢匀速拔出，随后则迅速将锚栓插入，锚栓插入孔内长度不得短于设计长度的 95%，并迅速拧紧螺母使套管炸开。植入M16*160粘结膜扩底锚栓，植入锚栓不能刺穿隧道防排水系统。锚栓拉拔力大于产品设计值后，在螺母周围涂抹一层粘钢剂固定螺母，防止隧道运营过程中腐蚀、脱落，保证行人和车辆安全。

（4）环向钢带4安装

沿钢带中心线间隔50cm用钻孔机钻φ22mm孔，利用植入衬砌的M16*160粘结模扩底锚栓将钢带锚固。环向钢带4安装前先对粘合面进行打磨，用喷砂或除锈机打磨直至露出金属光泽，打磨纹路应与钢板受力方向垂直，钢板粘结面应有一定的粗糙度；用脱脂棉沾丙酮将钢板表面擦拭干净，再用粘钢胶将钢带与衬砌对应位置粘结，胶黏剂的胶层应有足够的厚度。依据现场植埋的锚栓位置、间距，对待固定的钢板进行配套打孔。

将环向钢带4固定在锚栓上，通过锚栓将环向钢带4刷胶面密贴在已涂刷胶黏剂的基面上，环向钢带4与衬砌应密贴，应避免局部脱空。

环向钢带4采用短搭接钢带进行连接，钢带在分段处的接缝采用平口焊接，再用长70cm 的接头钢带进行搭接，接头钢带与原加固钢带之间用用锚栓固定，并用粘钢胶粘结。

（5）纵向钢带5安装

环向钢带4纵向间采用长宽厚为1000mm*250mm*5mm的Q235B型纵向钢带5连接，纵向间距为0.75m，纵向钢带5锚栓孔设置为椭圆孔，可适当微调确保有效固定，纵向钢带5与环向钢带4利用M16*160螺栓连接，同一环向钢带4两侧的纵向钢5带交错分布，使隧道衬砌结构更牢靠。纵向钢带5与衬砌间空隙用聚合物砂浆填充。

（6）钢带2涂装

钢带2连接施工完成后，经检验确认钢带2粘贴固化密实效果可靠后，并清除钢带2表面污垢。对安装过程中造成的底漆破损进行补漆，再对锚固螺栓和钢带2外露面采用环氧富锌防锈漆进行涂刷3~4道。锚栓漏出钢带2端头采用铆帽封闭，保证加固的美观性。钢带2安装完成后对钢带2表面进行聚合物砂浆涂装抹面恢复。

（7）环向钢带4锁脚锚固

环向钢带4两侧墙脚各设1根R28*5.5锁脚锚杆3，单根长3.5m，下插角45°~60°，与衬砌和环向钢带4锚固。利用环向钢4带拱形结构的力学原理，仅在环向钢带4的两侧墙角设置锁脚锚杆3，能够保障隧道衬砌结构的稳固性的同时，操作施工更简单，成本更低。

实施例3：在实施例2中的钢带2安装加固过程中，还需对围岩和支护（原结构面）进行量测，必测项目包括：结构病害状况观察，周边位移，拱顶下沉。结构病害观察应从以下两个方面入手：裂缝增加情况观察；裂缝、错台展开情况和地下水发育程度观察。观察过程中应做好宽度、长度、日期等现场标注。

量测方法及布置按《公路隧道施工技术规范》(JTGF60-2009)规定执行。量测方法采用全站仪自由设站非接触法，在拱顶隧道中线位置埋设拱顶下沉量测点，在两侧边墙布置两组周边收敛量测点。通过现场量测获得围岩和支护工作状态的有关数据（变形或位移），来判断围岩和支护结构体系的稳定性及工作状态，从而选择和修正支护参数及指导施工。如发现隧道存在位移变化、裂缝展开、错台严重等现象，应及时采取有效的临时支撑，保证隧道稳定，即在施工前加工好与隧道断面相同尺寸的工字钢(采用I20b工字钢）钢架，在隧道变形或出现特殊情况的时候，采用机械配合人工的方式将拱架固定牢固。

在钢带加固过程中，量测断面按10-50m一个断面布置，采用全站仪自由设站非接触方法量测隧道周边三维变形，即采用后方（两个已知点）交汇法进行设站，测量反射膜片的十字交叉点，进行记录。反射测点（包括基准点）由反射膜片及觇标组成。反射膜片的尺寸采用40×40mm（常用大小，便于观测）。觇标埋设在未拆换拱和已拆换拱的喷砼层上。测点布置如图3所示，7为拱顶下沉量测点，81、82、83和84为周边收敛量测点。

本实施例通过在施工中加强监控量测，并对监控量测资料及时进行分析，即对每次的量测数据与上一次数据进行对比，得出日或次的最大变形量，如发现异常应及时采取应急预警措施，即对原二衬面采取加固措施，并加强监控量测，及时对量测数据进行分析和反馈，能确保施工安全。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (10)

1.一种隧道衬砌钢带加固结构，其特征在于，包括环向钢带、纵向钢带和锁脚锚杆，所述环向钢带与衬砌的横断面形状相适应并由一侧边墙延伸至另一侧边墙，多个所述环向钢带沿隧道纵向间断设置并分别固定于衬砌壁面上；多个所述纵向钢带沿隧道环向间断分布并固定于相邻的所述环向钢带之间，同一环向钢带两侧的纵向钢带交错分布；所述锁脚锚杆分别设于所述环向钢带两侧的墙脚并与所述环向钢带和衬砌锚固。

2.根据权利要求1所述的隧道衬砌钢带加固结构，其特征在于，所述锁脚锚杆的下插角为45°～60°。

3.根据权利要求1所述的隧道衬砌钢带加固结构，其特征在于，所述环向钢带由多个相同型号的分段钢带拼接而成，在分段处的接缝采用平口焊接，并用接头钢带进行搭接。

4.根据权利要求1所述的隧道衬砌钢带加固结构，其特征在于，所述环向钢带与衬砌外壁、所述环向钢带与所述纵向钢带之间通过粘钢胶粘结并用螺栓固定。

5.根据权利要求1所述的隧道衬砌钢带加固结构，其特征在于，所述环向钢带和所述纵向钢带的外露面均涂有防锈层。

6.权利要求1所述隧道衬砌钢带加固结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据衬砌的施工缝或模板缝进行测量放线定位；

（2）清理衬砌表面，使衬砌混凝土完全露出新鲜面；

（3）安装所述环向钢带和所述纵向钢带；

（4）将所述锁脚锚杆分别设于各环向钢带两侧的墙脚并与所述环向钢带和衬砌锚固。

7.根据权利要求6所述的隧道衬砌钢带加固结构的施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，清理后的衬砌表面平整度不大于1.5mm/m。

8.根据权利要求6所述的隧道衬砌钢带加固结构的施工方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，安装所述环向钢带和所述纵向钢带的方法如下：

探测衬砌混凝土中钢筋分布情况，避开受力钢筋，标定位置后钻螺栓孔；

根据标定位置后的螺栓孔对所述环向钢带钻相应的孔，并对钢带其中一面进行打磨，打磨面与衬砌粘结，并通过螺栓将所述环向钢带与衬砌固定；

在相邻环向钢带纵向间通过螺栓和粘钢胶固定连接所述纵向钢带，并使同一环向钢带两侧的纵向钢带交错分布。

9.根据权利要求6所述的隧道衬砌钢带加固结构的施工方法，其特征在于，在所述步骤（3）和步骤（4）之间，还包括以下步骤：对所述环向钢带和所述纵向钢带的外露面涂刷防锈漆并覆盖固定铅丝网，然后在钢带与衬砌间空隙涂抹聚合物砂浆。

10.根据权利要求6所述的隧道衬砌钢带加固结构的施工方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，还包括以下分步骤：在钢带加固过程中，对原结构面进行量测，量测断面按10-50m一个断面布置，采用全站仪自由设站非接触方法量测隧道周边三维变形，反射测点由反射膜片及觇标组成，所述反射膜片的尺寸采用40×40mm，所述觇标埋设在未拆换段的二衬表面和已拆换段的喷砼层上。

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