CN111365018B - 一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法 - Google Patents

一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法，包括以下步骤：1)铺设防水板，对于有渗漏水的区段，则铺设环向排水管、纵向集水管以及防水板；2)在隧道拱脚两侧现场浇筑拱脚侧壁挡板；3)在拱脚侧壁挡板上安装预制钢板混凝土曲形板，通过支撑螺栓锁紧后进行拼装搭设并进行密封处理；4)在隧道拱脚部位浇筑砂浆锚固，并对预制钢板混凝土曲形板进行衬砌背后注浆；5)铺设整环的预制树脂防水板，完成套拱加固补强。与现有技术相比，本发明不需要破坏路面，具有拼装速度快，施工过程简单，施工时间短，施工完成即可恢复通车，极大降低加固施工对隧道运营的影响等优点。

Description

一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法
技术领域
本发明涉及隧道套拱加固领域，尤其是涉及一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法。
背景技术
现有的加固技术方案在针对存在裂损、变形、厚度不足等病害或缺陷，且净空较小的运营隧道，采取“降低路面高程、增大净空断面、施加叠合式或复合式套拱”的技术手段，基本步骤如下：
(1)根据隧道病害或缺陷程度设计满足隧道结构承载力的套拱；
(2)根据设计的套拱尺寸，降低路面高程(下挖隧道路面及仰拱)；
(3)重新施作仰拱，凿毛原衬砌表面，植入钢筋，架立模板，绑扎钢筋网，浇筑混凝土成型，浇筑的混凝土、植入连接筋以及钢筋共同组成钢筋混凝土结构，即为叠合式套拱结构；
(4)铺设防水层，架立模板，绑扎钢筋网，浇筑混凝土成型，浇筑的混凝土、防水层以及钢筋共同组成钢筋混凝土结构，即为复合式套拱结构。
现有工法的主要缺点在于施工过程复杂，施工周期长，还需要对隧道进行封闭，禁止车辆通行，首先需要对原结构的路面进行向下开挖，然后重新铺设路面，养护，需要重新浇筑和养护混凝土套拱，耗时都比较长，导致施工工期长、对交通影响较久。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法，包括以下步骤：
1)铺设防水板，对于有渗漏水的区段，则铺设环向排水管、纵向集水管以及防水板；
2)在隧道拱脚两侧现场浇筑拱脚侧壁挡板；
3)在拱脚侧壁挡板上安装预制钢板混凝土曲形板，通过支撑螺栓锁紧后进行拼装搭设并进行密封处理；
4)在隧道拱脚部位浇筑砂浆锚固，并对预制钢板混凝土曲形板进行衬砌背后注浆；
5)铺设整环的预制树脂防水板，完成套拱加固补强。
采用三维激光扫描获取加固断面衬砌内侧轮廓信息，结合车辆通行条件及隧道内照明、通风、机电设备的安装要求确定隧道建筑界限，并据此制作预制钢板混凝土曲形板。
所述的预制钢板混凝土曲形板由两块通过螺栓相互连接的钢板以及混凝土浇筑成型。
所述的预制钢板混凝土曲形板带有减薄的拱腰部，减薄的厚度为正常板厚度的1/2～1/3，并且满足承载力要求。
所述的步骤2)中，拱脚侧壁挡板呈L型，在隧道两侧的拱脚侧壁挡板现场浇筑前，将植筋植入地面后进行浇筑，用以加强粘结面的抗剪强度，在预制钢板混凝土曲形板拼装时，所述的支撑螺栓依次穿过开设在拱脚侧壁挡板的侧板上的通孔、预制钢板混凝土曲形板底部的螺栓孔以及原衬砌后插入隧道围岩中，用以增强承载力。
所述的预制钢板混凝土曲形板的截面尺寸的设计安装原则如下：
(a)根据隧道套拱承载力需求，预制钢板混凝土曲形板非减薄部分的厚度为15～30cm；
(b)根据隧道建筑界限要求，预制钢板混凝土曲形板减薄部分的厚度为7～15cm；
(c)在预制钢板混凝土曲形板的拱顶部位预留纵向螺栓孔，用以在纵向拼装时采用纵向螺栓连接，并在拱顶部位、拱腰部位预留注浆孔在脚部设置螺栓孔，用以插入支撑螺栓；
(d)减薄部位部分高强混凝土浇筑，同时加强减薄部位处钢板(301)的厚度，用以提高减薄部位的抗弯刚度；
(e)每片预制钢板混凝土曲形板在隧道拱顶部位处设有梯形拼接板，并且按照对称错缝梯形凹凸槽的形式进行搭接，左右两片预制钢板混凝土曲形板在错缝处相互咬合，并且在拼缝处设置防水密封垫。
所述的预制钢板混凝土曲形板的几何尺寸根据加固断面轮廓确定，预制钢板混凝土曲形板的外侧轮廓与原衬砌的内侧轮廓平行，两者之间设有2-3cm的空隙，将该空隙作为预制钢板混凝土曲形板制作与安装的误差余量以及砂浆填充的预留空间。
所述的预制钢板混凝土曲形板分段根据隧道断面大小、尺寸和运输和施工条件确定，幅宽取值范围为2～5m。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明针对净空较小的隧道提出一种隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板、强度高、施工快速快的套拱加固补强方法。
二、直接在衬砌内侧安装预制钢板混凝土曲形板，不需对净空较小的隧道路面进行开挖，减少了施工工序、降低施工难度，解决了现有加固方法对原衬砌结构、隧道路面以及周围地层造成二次损伤的技术难题。
三、在现场只需采用螺栓即可快速完成连接，极大地减少了施工时间，极大降低了对隧道正常运营的影响，解决了现有加固方法效率低、耗时长、对交通影响大的难题。
附图说明
图1为本发明的施工流程图。
图2为预制钢板混凝土曲形板的结构示意图。
图3为预制弧形板腰部连接图。
图4为预制弧形板拱顶搭接图。
图5为底座连接图。
图6为本发明的套拱加固补强设计图。
图中标记说明：
201、纵向螺栓孔，202、注浆孔，203、螺栓孔，301、钢板，302、螺栓，401、凹凸槽，402、防水密封垫，403、纵向螺栓，501、挡板，502、支撑螺栓，503、植筋，505、曲形板，506、空隙，507、砂浆，601、防水板排水管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明提供一种适用于隧道净空较小的套拱加固补强方法，不需对净空较小的隧道路面进行开挖，隧道拱脚侧壁施工、浇筑养护期间不需要全部封道，对交通影响小，本方法首先铺设防水板(有渗漏水的区段，铺设环向排水管、纵向集水管以及防水板)，然后直接在隧道拱脚两侧浇筑侧壁挡板，拼装搭设隧道拱腰部减薄(减薄正常板厚1/2～1/3，要满足承载力要求)的轻薄型预制钢板混凝土曲形板，隧道拱脚部位浇筑砂浆锚固，通过轻薄型预制钢板混凝土曲形板进行背后注浆，铺设整环的预制树脂防水板，隧道拱脚侧壁施工、浇筑养护期间不需要全部封道，预制钢板混凝土曲形板拼装安装速度快，施工手段便捷、用时短，大幅减小了隧道套拱加固作业对交通的影响。
本发明通过在隧道衬砌内拼装隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板，实现运营隧道的快速加固补强，具体包括以下步骤：
1)采用三维激光扫描获取加固断面衬砌内侧轮廓信息，结合车辆通行条件及隧道内照明、通风、机电设备的安装要求明确隧道建筑界限，并据此制作隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板，套拱由隧道腰部减薄的轻薄型预制钢板混凝土曲形板构件以及现浇隧道拱脚侧壁挡板拼装组成；
2)净空较小的套拱加固补强方法施工工序依次为：铺设防水板(有渗漏水的区段，铺设环向排水管、纵向集水管以及防水板)→浇筑隧道两边拱脚侧壁挡板→安装预制钢板混凝土曲形板→螺栓锁住预制板底脚→隧道拱脚填筑砂浆锚固→衬砌背后注浆，如图1所示；
3)在隧道拱脚侧壁挡板浇筑前，在该位置将钢筋植入地面插入隧道围岩中，加强粘结面的抗剪强度；
4)预制钢板混凝土曲形板拼装时，支撑螺栓应贯穿原衬砌插入隧道围岩中，增强隧道拱脚侧壁挡板的承载力；
5)隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板各部位厚度及组成的套拱应满足《公路隧道加固技术规范》(JTG/T-2018)的要求，也可建立加固结构与原结构的数值模型，通过三维数值计算验算确定，应满足隧道结构承载力的要求；
6)隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板分为两部分，在隧道中拱顶部位按照梯形凹凸槽形式进行搭接，隧道纵向预制钢板混凝土曲形板采用螺栓连接，隧道中拱顶部位设置成对称错缝梯形凹槽，左右两片预制钢板混凝土曲形板应相互咬合，能够自立，预制钢板混凝土曲形板采用钢板与混凝土浇筑，钢板之间采用螺栓连接，块与块、环与环之间采用密封垫或树脂胶密封；
7)在混凝土预制板与隧道拱脚侧壁挡板的连接处采用砂浆进行填充，将混凝土预制板与隧道拱脚侧壁连接合并成一个整体，隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板预留注浆孔，预制板与原衬砌之间的间隙填充无收缩砂浆，填充密实。
本发明采用的隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板具有下列特征：
隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板在加工厂内采用螺栓对两块钢板连接，浇筑钢板混凝土，其截面尺寸按照以下原则设计：
(a)根据隧道套拱承载力需求非减薄部分预制钢板混凝土曲形板厚度为15～30cm；
(b)根据隧道建筑界限要求，减薄部分预制钢板混凝土曲形板厚度为7～15cm；
(c)隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板中拱顶部位预留纵向螺栓孔201，纵向预制板拼装时采用螺栓连接，拱顶部位、拱腰部位预留注浆孔202，方面拼装完成后，背后注浆，脚部设置螺栓孔203，方便插入底座支架，与隧道拱脚侧壁挡板连接成一个整体，如图2所示；
(d)减薄部位采用高强混凝土浇筑，同时加强减薄部位钢板301厚度，提高减薄部位预制钢板混凝土曲形板的抗弯刚度，两块钢板301采用螺栓302连接，如图3所示；
(e)隧道中拱顶部位设置成对称错缝梯形凹凸槽401，左右两片预制钢板混凝土曲形板相互咬合，能够自立，中间设置防水密封垫402，纵向采用纵向螺栓403连接，如图4所示；
(f)确定隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板截面尺寸时还应当考虑结构变形情况与隧道建筑限界的富余量，结构变形较大时，选择较大尺寸的截面，同时不得侵入建筑限界。
隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板的几何尺寸根据加固断面轮廓确定，预制钢板混凝土曲形板外侧轮廓与衬砌内侧轮廓平行，并保留2-3cm的空隙506，作为预制钢板混凝土曲形板制作与安装的误差余量以及为砂浆填充预留空间。
隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板的分段根据隧道断面大小、尺寸和运输和施工条件等确定，本例中，幅宽建议范围为2～5m。
步骤(1)中的现浇隧道拱脚侧壁挡板，按照以下原则设计，隧道拱脚路面植入钢筋，拱脚原衬砌侧面打孔，将预应力锚栓贯穿原衬砌插入隧道围岩中，锚孔中注浆确保锚固及防止渗漏水。根据底脚强度验算结果，也可在底脚处采用现浇砂浆锚固连接，绑扎钢筋笼，浇筑混凝土。
步骤(7)中拱脚侧壁挡板的位置与隧道的连接如图5所示，隧道拱脚侧壁挡板501、支撑螺栓502、植筋503共同构成底座支架，预制钢板混凝土曲形板505与原衬砌间存在空隙506，采用砂浆507填充，现浇隧道拱脚侧壁挡板501厚10～20cm，支撑螺栓孔502直径10～15cm。
中底座支架的临时抗剪强度可根据《钢结构设计规范》(GB50017-2017)，按照满足支架稳定性计算，也可建立加固结构与原结构的数值模型，通过三维数值计算验算确定,有侧压或偏压时，拱脚部位应加设连接筋或锁脚锚杆，提高稳定性，套拱加固整体主要由纵向螺栓孔201、预留注浆孔202、钢板301、螺栓302、梯形凹凸槽401、纵向螺栓403、现浇挡板501、防水板排水管601组成，如图6所示。
本发明在两侧隧道拱脚侧壁施工时不需要全封闭道路，隧道腰部减薄的预制钢板混凝土曲形板构件、注浆孔、螺栓孔、支撑螺栓、挤压螺栓、等均根据隧道的加固设计要求在工厂预制完成，将上述预制构件运输至隧道加固段后，只需要将各部分按照顺序用螺栓连接即可，与常规方法相比，不需要破坏路面，具有拼装速度快，施工过程简单，施工时间短，施工完成即可恢复通车，极大降低加固施工对隧道运营的影响。

Claims (5)

1.一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)铺设防水板，对于有渗漏水的区段，则铺设环向排水管、纵向集水管以及防水板；
2)在隧道拱脚两侧现场浇筑拱脚侧壁挡板(501)，拱脚侧壁挡板(501)呈L型，在隧道两侧的拱脚侧壁挡板(501)现场浇筑前，将植筋(503)植入地面后进行浇筑，用以加强粘结面的抗剪强度，在预制钢板混凝土曲形板(505)拼装时，支撑螺栓(502)依次穿过开设在拱脚侧壁挡板(501)的侧板上的通孔、预制钢板混凝土曲形板(505)底部的螺栓孔(203)以及原衬砌后插入隧道围岩中，用以增强承载力；
3)在拱脚侧壁挡板(501)上安装预制钢板混凝土曲形板(505)，通过支撑螺栓(502)锁紧后进行拼装搭设并进行密封处理；
4)在隧道拱脚部位浇筑砂浆锚固，并对预制钢板混凝土曲形板(505)进行衬砌背后注浆；
5)铺设整环的预制树脂防水板，完成套拱加固补强；
所述的预制钢板混凝土曲形板(505)带有减薄的拱腰部，减薄的厚度为正常板厚度的1/2～1/3，并且满足承载力要求，所述的预制钢板混凝土曲形板(505)的截面尺寸的设计安装原则如下：
(a)根据隧道套拱承载力需求，预制钢板混凝土曲形板非减薄部分的厚度为15～30cm；
(b)根据隧道建筑界限要求，预制钢板混凝土曲形板减薄部分的厚度为7～15cm；
(c)在预制钢板混凝土曲形板的拱顶部位预留纵向螺栓孔(201)，用以在纵向拼装时采用纵向螺栓(403)连接，并在拱顶部位、拱腰部位预留注浆孔(202)在脚部设置螺栓孔(203)，用以插入支撑螺栓(502)；
(d)减薄部位部分高强混凝土浇筑，同时加强减薄部位处钢板(301)的厚度，用以提高减薄部位的抗弯刚度；
(e)每片预制钢板混凝土曲形板(505)在隧道拱顶部位处设有梯形拼接板，并且按照对称错缝梯形凹凸槽的形式进行搭接，左右两片预制钢板混凝土曲形板(505)在错缝处相互咬合，并且在拼缝处设置防水密封垫(402)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法，其特征在于，采用三维激光扫描获取加固断面衬砌内侧轮廓信息，结合车辆通行条件及隧道内照明、通风、机电设备的安装要求确定隧道建筑界限，并据此制作预制钢板混凝土曲形板(505)。
3.根据权利要求1所述的一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法，其特征在于，所述的预制钢板混凝土曲形板(505)由两块通过螺栓(302)相互连接的钢板(301)以及混凝土浇筑成型。
4.根据权利要求1所述的一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法，其特征在于，所述的预制钢板混凝土曲形板(505)的几何尺寸根据加固断面轮廓确定，预制钢板混凝土曲形板(505)的外侧轮廓与原衬砌的内侧轮廓平行，两者之间设有2-3cm的空隙(506)，将该空隙(506)作为预制钢板混凝土曲形板制作与安装的误差余量以及砂浆填充的预留空间。
5.根据权利要求1所述的一种适用于小隧道净空的套拱加固补强方法，其特征在于，所述的预制钢板混凝土曲形板(505)分段根据隧道断面大小、尺寸和运输和施工条件确定，幅宽取值范围为2～5m。
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Denomination of invention: A reinforcement method of sleeve arch suitable for clearance of small tunnel

Effective date of registration: 20220310

Granted publication date: 20210806

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Shanghai Wujiaochang sub branch

Pledgor: SHANGHAI TONGYAN CIVIL ENGINEERING TECHNOLOGY CO.,LTD.

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