CN111535830B - 盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构及其设计方法 - Google Patents

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CN111535830B CN202010657610.4A CN202010657610A CN111535830B CN 111535830 B CN111535830 B CN 111535830B CN 202010657610 A CN202010657610 A CN 202010657610A CN 111535830 B CN111535830 B CN 111535830B
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Abstract

本发明提供一种盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构设计方法，所述超高性能混凝土加固结构包括施作于管片内侧的超高性能混凝土加固层，所述设计方法包括如下步骤：根据隧道断面尺寸，初步确定所述超高性能混凝土加固层的厚度，并复核隧道的净空；根据裂缝对所述管片刚度的降低及所述超高性能混凝土加固层对所述管片刚度的增加，修正所述管片的刚度；进行管片内力复核，其中所述管片内力复核包括：按受弯结构正截面加固及大偏心受压结构正截面加固进行所述管片自身的内力复核；及按大偏心受压结构正截面加固进行所述管片接头的内力复核。本发明提供的设计方法加固效果较好，并且能够大幅较少钢材用量。

Description

盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构及其设计方法
技术领域
本发明涉及盾构隧道技术领域，具体涉及一种盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构及其设计方法。
背景技术
盾构施工技术的快速发展使得盾构隧道成为现阶段我国城市轨道交通隧道的主要结构形式。然而，伴随着盾构隧道建设和运营里程不断扩大，隧道管片发生破损的现象时有发生。
为了在隧道内部对破损管片结构进行修补加固，针对不同管片破损情况，通常采用两种方法：第一种方法是将质地柔软、仅能承受拉力的芳纶布等纤维片材粘贴于受损盾构隧道管片的受拉区域内，借此提高管片及接缝位置处的抗拉性能，但这种方法无法大幅度提高结构刚度，且加固效果受隧道变形程度的影响，即隧道变形越小，加固效果才越好；第二种方法为钢板加固，申请号为201310682446.2的中国专利提出对受损盾构隧道管片采用先修补后内张钢板的方法进行加固，以提升管片环的整体承载性能，虽能大幅度提高结构刚度，但又面临自重过大，施工复杂，加固成本高，防水、耐久性差等问题。
因此，实有必要提供一种新的盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构及其设计方法以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种施工简单、防水与耐久性好的盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构及其设计方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构设计方法，所述超高性能混凝土加固结构包括施作于管片内侧的超高性能混凝土加固层，所述设计方法包括如下步骤：
S1：根据隧道断面尺寸，初步确定所述超高性能混凝土加固层的厚度，并复核隧道的净空；
S2：根据裂缝对所述管片刚度的降低及所述超高性能混凝土加固层对所述管片刚度的增加，修正所述管片的刚度；
S3：进行管片内力复核，其中所述管片内力复核包括：
按受弯结构正截面加固及大偏心受压结构正截面加固进行所述管片自身的内力复核；及
按大偏心受压结构正截面加固进行所述管片接头的内力复核。
优选的，所述超高性能混凝土加固层中布置有钢筋网或钢板，所述超高性能混凝土加固层外侧还设有保护层。
优选的，所述超高性能混凝土加固层在受拉侧时，进行所述管片自身的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
受弯结构正截面加固计算：
Figure 684156DEST_PATH_IMAGE001
大偏心受压结构正截面加固计算：
Figure 504214DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure 683522DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值；
Figure 755383DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值；
Figure 559041DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度；
Figure 159787DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度；
Figure 91971DEST_PATH_IMAGE007
为加固前管片的截面有效高度；
Figure 826577DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 590134DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 456721DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 204097DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 24286DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离；
Figure 563720DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距；
Figure 912793DEST_PATH_IMAGE011
为轴向压力作用点对截面重心的偏心距；
Figure 881886DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距，按偏心方向截面高度
Figure 987989DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 398242DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 636325DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 295977DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 677542DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 535776DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值；
Figure 413602DEST_PATH_IMAGE019
为钢筋网或钢板的抗拉强度设计值；
Figure 357288DEST_PATH_IMAGE020
为受拉钢筋网或钢板的截面面积；
Figure 260653DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度；
Figure 973394DEST_PATH_IMAGE022
分别为原结构钢筋的抗拉、抗压强度设计值；
Figure 131710DEST_PATH_IMAGE023
分别为原结构受拉和受压钢筋的截面面积；
Figure 438057DEST_PATH_IMAGE024
分别为纵向受拉、受压钢筋合力点至原截面近边的距离。
优选的，所述超高性能混凝土加固层在受压侧时，进行所述管片自身的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
受弯结构正截面加固计算：
Figure 456698DEST_PATH_IMAGE025
大偏心受压结构正截面加固计算：
Figure 961629DEST_PATH_IMAGE026
式中：
Figure 479460DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值；
Figure 256792DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值；
Figure 626593DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度；
Figure 986031DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度；
Figure 140675DEST_PATH_IMAGE007
为加固前管片的截面有效高度；
Figure 936462DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 516479DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 481155DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 121215DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 748505DEST_PATH_IMAGE027
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度；
Figure 647060DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离；
Figure 184351DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距；
Figure 14554DEST_PATH_IMAGE011
为轴向压力作用点对截面重心的偏心距；
Figure 863561DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距，按偏心方向截面高度
Figure 519802DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 692026DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 205047DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 806929DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 548752DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 529477DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值；
Figure 462667DEST_PATH_IMAGE027
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度；
Figure 286266DEST_PATH_IMAGE028
分别为钢筋网或钢板、超高性能混凝土的抗压强度设计值；
Figure 284309DEST_PATH_IMAGE029
分别为受压钢筋网或钢板、超高性能混凝土的截面面积；
Figure 929661DEST_PATH_IMAGE022
分别为原结构钢筋的抗拉、抗压强度设计值；
Figure 112381DEST_PATH_IMAGE023
分别为原结构受拉和受压钢筋的截面面积；
Figure 829801DEST_PATH_IMAGE024
分别为纵向受拉、受压钢筋合力点至原截面近边的距离。
优选的，所述超高性能混凝土加固层在受拉侧时，进行所述管片接头的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
Figure 880802DEST_PATH_IMAGE030
式中：
Figure 632858DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值；
Figure 252058DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值；
Figure 941927DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度；
Figure 78511DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度；
Figure 403182DEST_PATH_IMAGE007
为加固前管片的截面有效高度；
Figure 599808DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 354137DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 301934DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 231844DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 927267DEST_PATH_IMAGE027
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度；
Figure 355844DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离；
Figure 37492DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距；
Figure 946542DEST_PATH_IMAGE011
为轴向压力作用点对截面重心的偏心距；
Figure 235703DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距，按偏心方向截面高度
Figure 902308DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 902494DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 338154DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 375380DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 480346DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 300535DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值；
Figure 839969DEST_PATH_IMAGE031
为钢筋网或钢板的抗拉强度设计值；
Figure 48097DEST_PATH_IMAGE032
为受拉钢筋网或钢板的截面面积。
优选的，所述超高性能混凝土加固层在受压侧时，进行所述管片接头的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
Figure 689294DEST_PATH_IMAGE033
式中：
Figure 798326DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值；
Figure 598792DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值；
Figure 915504DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度；
Figure 106314DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度；
Figure 694071DEST_PATH_IMAGE007
为加固前管片的截面有效高度；
Figure 286726DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 226869DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 108238DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 27914DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 740655DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度；
Figure 399170DEST_PATH_IMAGE034
为接头螺栓合力作用点至原截面受压边的距离；
Figure 485943DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离；
Figure 192999DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距；
Figure 180154DEST_PATH_IMAGE011
为轴向压力作用点对截面重心的偏心距；
Figure 743990DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距，按偏心方向截面高度
Figure 396688DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 422282DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 250561DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 578774DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 344867DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 456042DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值；
Figure 653674DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度；
Figure 887210DEST_PATH_IMAGE028
分别为钢筋网或钢板、超高性能混凝土的抗压强度设计值；
Figure 389866DEST_PATH_IMAGE029
分别为受压钢筋网或钢板、超高性能混凝土的截面面积；
Figure 804534DEST_PATH_IMAGE035
为接头螺栓的抗压强度设计值；
Figure 466460DEST_PATH_IMAGE036
为接头螺栓的截面面积。
优选的，所述超高性能混凝土加固层施作于所述管片的环内位置或管片的环间接头位置，当所述超高性能混凝土加固层施作于所述管片的环内位置时，所述超高性能混凝土加固层两侧应各预留
Figure 808579DEST_PATH_IMAGE037
空间；当所述管片环间接头错开时，所述超高性能混凝土加固层应从所述管片环间接头进入两侧管片
Figure 782220DEST_PATH_IMAGE038
。
优选的，当管片环内布置所述钢筋网或钢板时，在所述超高性能混凝土加固层拱部90°范围及管片环内纵向接头两侧
Figure 969619DEST_PATH_IMAGE039
范围内布置；当管片环间接头挂所述钢筋网或钢板时，在所述超高性能混凝土加固层全断面布置。
优选的，所述底部支架和所述超高性能混凝土层均采用超高性能混凝土现浇而成，所述超高性能混凝土的抗压强度不小于
Figure 486051DEST_PATH_IMAGE040
。
本发明还提供一种盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构，采用上述的盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构设计方法设计而成。
与相关技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）从结构受力方面，超高性能混凝土加固结构不仅能提高管片的强度和刚度，控制管片变形和进一步破坏，而且能与管片协调变形，保持很好的韧性；
（2）从结构耐久性方面看，超高性能混凝土属于无机材料，解决了在粘贴钢板加固和芳纶布等纤维片材加固时使用的界面胶结剂的老化问题，保证了界面胶结强度的耐久性；
（3）从结构防水方面看，超高性能混凝土自身颗粒细小，结构紧密，防水性能好，不需要再做额外的防水措施；
（4）从结构安全方面，相比于粘贴钢板加固管片方法，本发明超高性能混凝土加固层在后期运营阶段的健康状态更加容易观察和控制；
（5）从施工便利方面看，相比于粘贴钢板加固管片方法，本发明安装预制模板时，模板为轻质材料，便于抬升和安装定位；
（6）从经济效益方面来看，相比于粘贴钢板加固管片方法，大幅度减小钢材用量，且超高性能混凝土在盾构隧道环境内使用寿命大于钢板，避免二次加固费时费力，具有很高的社会效应和经济效应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构整体示意图；
图2为盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构局部示意图；
图3为盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构在管片环内的结构示意图；
图4为图3所示的盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构沿A-A剖面示意图；
图5为图3所示的盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构沿B-B断面示意图；
图6为图3所示的盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构沿C-C断面示意图；
图7为盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构在管片环间接头位置的结构示意图；
图8为图7所示的盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构沿D-D剖面示意图；
图9为图7所示的盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构沿E-E断面示意图；
图10为管片本体矩形截面受弯结构受拉面采用超高性能混凝土加固结构加固后正截面承载力示意图；
图11为管片本体矩形截面受弯结构受压面采用超高性能混凝土加固结构加固后正截面承载力示意图；
图12为管片本体矩形截面大偏心受压结构受拉面采超高性能混凝土加固结构加固后正截面承载力示意图；
图13为管片本体矩形截面大偏心受压结构受压面采用超高性能混凝土加固结构加固后正截面承载力示意图；
图14为管片接头部位矩形截面大偏心受压结构受拉面采用超高性能混凝土加固结构加固后正截面承载力示意图；
图15为管片接头部位矩形截面大偏心受压结构受压面采用超高性能混凝土加固结构加固后正截面承载力示意图；
图16为混凝土道床切除部位示意图；
图17为管片环内超高性能混凝土加固层钢筋网或钢板及模板施工布置图；
图18为超高性能混凝土封边及预埋注浆管示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请结合参阅图1-18，本发明提供一种盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构设计方法，所述超高性能混凝土加固结构包括施作于管片内侧的超高性能混凝土加固层，所述设计方法包括如下步骤：
S1：根据隧道断面尺寸，初步确定所述超高性能混凝土加固层的厚度，并复核净空。
所述超高性能混凝土通过自身的粘结力直接粘结于所述管片上，与所述管片构成统一整体，共同承载，协调变形，不需要其他界面胶结剂。
优选的，所述超高性能混凝土加固层厚度为
Figure 749805DEST_PATH_IMAGE041
。可以理解的是，所述超高性能混凝土加固层的厚度需要根据所述隧道断面尺寸进行初步判定，使得所述超声性能混凝土加固层敷设后，隧道的净空仍然能够满足相关规范要求。
在本实施方式中，所述超高性能混凝土加固层中还布置有钢筋网或钢板。当所述管片环内布置所述钢筋网或钢板时，应在所述超高性能混凝土加固层拱部90°范围及所述管片环内纵向接头两侧
Figure 227053DEST_PATH_IMAGE042
范围内布置；当所述管片环间接头挂所述钢筋网或钢板时，应在所述超高性能混凝土加固层全断面布置。
S2：根据待加固位置上裂缝对所述管片刚度的降低及所述超高性能混凝土加固层对所述管片刚度的增加，修正所述管片的刚度。
所述管片的刚度
Figure 936252DEST_PATH_IMAGE043
，其中，
Figure 979295DEST_PATH_IMAGE044
为弹性模量，
Figure 991113DEST_PATH_IMAGE045
为截面惯性矩；上式中
Figure 969040DEST_PATH_IMAGE046
，其中
Figure 763821DEST_PATH_IMAGE047
为截面宽度，
Figure 910637DEST_PATH_IMAGE048
为截面高度。根据所述管片的破损情况，得到所述管片的分类等级，并依据所述分类等级将所述管片的刚度按不同等级折减系数折减，获得所述管片修正后的刚度。
S3：进行管片内力复核。
具体的，用荷载-结构法，按隧道所处埋深，计算隧道周边荷载标准值，采用修正惯用法进行所述管片内力的复核。
其中所述管片内力复核包括：
按受弯结构正截面加固及大偏心受压结构正截面加固进行所述管片自身的内力复核；及
按大偏心受压结构正截面加固进行所述管片接头的内力复核。
所述超高性能混凝土加固层在受拉侧时，不考虑所述超高性能混凝土层对抗拉强度的贡献，将所述超高性能混凝土加固层中钢筋或钢板与原盾构隧道管片中受拉侧钢筋作为受拉钢筋进行计算，进行所述管片自身的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
① 受弯结构正截面加固计算：
Figure 499881DEST_PATH_IMAGE049
②大偏心受压结构正截面加固计算：
Figure 171296DEST_PATH_IMAGE050
式中：
Figure 769768DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值
Figure 849719DEST_PATH_IMAGE051
；
Figure 531237DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值
Figure 489615DEST_PATH_IMAGE052
；
Figure 954094DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度
Figure 29498DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 209812DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度
Figure 167404DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 701154DEST_PATH_IMAGE007
为加固前管片的截面有效高度
Figure 116217DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 483744DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 256528DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 453023DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 96494DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 900502DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离
Figure 518172DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 128145DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距
Figure 767067DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 991244DEST_PATH_IMAGE011
分别为轴向压力作用点对截面重心的偏心距
Figure 473041DEST_PATH_IMAGE053
；当需要考虑二阶效应时，
Figure 496492DEST_PATH_IMAGE054
应按国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）规定计算；
Figure 380134DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距
Figure 276677DEST_PATH_IMAGE053
，按偏心方向截面高度
Figure 855557DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 72912DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 732432DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 986827DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 443216DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 612730DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值
Figure 346331DEST_PATH_IMAGE055
；
Figure 630682DEST_PATH_IMAGE019
为钢筋网或钢板的抗拉强度设计值
Figure 699001DEST_PATH_IMAGE055
；
Figure 930262DEST_PATH_IMAGE020
为受拉钢筋网或钢板的截面面积
Figure 377424DEST_PATH_IMAGE056
；
Figure 786671DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度
Figure 827439DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 659129DEST_PATH_IMAGE022
分别为原结构钢筋的抗拉、抗压强度设计值
Figure 413327DEST_PATH_IMAGE055
；
Figure 446005DEST_PATH_IMAGE023
分别为原结构受拉和受压钢筋的截面面积
Figure 98703DEST_PATH_IMAGE056
；
Figure 357253DEST_PATH_IMAGE024
分别为纵向受拉、受压钢筋合力点至原截面近边的距离
Figure 716690DEST_PATH_IMAGE053
。
所述超高性能混凝土加固层在受压侧时，考虑超高性能混凝土对抗压强度的贡献，进行所述管片自身的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
① 受弯结构正截面加固计算：
Figure 779324DEST_PATH_IMAGE057
② 大偏心受压结构正截面加固计算：
Figure 43952DEST_PATH_IMAGE058
式中：
Figure 483024DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值
Figure 431388DEST_PATH_IMAGE051
；
Figure 353339DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值
Figure 855995DEST_PATH_IMAGE052
；
Figure 833179DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度
Figure 150896DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 696278DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度
Figure 810865DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 220767DEST_PATH_IMAGE007
为加固前管片的截面有效高度
Figure 143724DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 984641DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 711158DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 30143DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 73186DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 711103DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离
Figure 534702DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 532745DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距
Figure 679562DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 862281DEST_PATH_IMAGE011
分别为轴向压力作用点对截面重心的偏心距
Figure 48543DEST_PATH_IMAGE053
；当需要考虑二阶效应时，
Figure 974911DEST_PATH_IMAGE054
应按国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）规定计算；
Figure 474769DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距
Figure 500494DEST_PATH_IMAGE053
，按偏心方向截面高度
Figure 423319DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 559903DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 759940DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 910561DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 196049DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 74006DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值
Figure 49921DEST_PATH_IMAGE055
；
Figure 10924DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度
Figure 659074DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 199777DEST_PATH_IMAGE059
分别为钢筋网或钢板、超高性能混凝土的抗压强度设计值
Figure 624391DEST_PATH_IMAGE060
；
Figure 366082DEST_PATH_IMAGE061
分别为受压钢筋网或钢板、超高性能混凝土的截面面积
Figure 360583DEST_PATH_IMAGE056
；
Figure 95189DEST_PATH_IMAGE022
分别为原结构钢筋的抗拉、抗压强度设计值
Figure 796429DEST_PATH_IMAGE055
；
Figure 833655DEST_PATH_IMAGE023
分别为原结构受拉和受压钢筋的截面面积
Figure 941551DEST_PATH_IMAGE056
；
Figure 355215DEST_PATH_IMAGE024
分别为纵向受拉、受压钢筋合力点至原截面近边的距离
Figure 645382DEST_PATH_IMAGE053
。
所述超高性能混凝土加固层在受拉侧时，不考虑接头螺栓的贡献，直接将所述超高性能混凝土加固层中钢筋网或钢板参与截面抗弯计算，进行所述管片接头的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
Figure 243722DEST_PATH_IMAGE062
式中：
Figure 212815DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值
Figure 39957DEST_PATH_IMAGE051
；
Figure 198012DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值
Figure 842620DEST_PATH_IMAGE052
；
Figure 174376DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度
Figure 851213DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 178290DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度
Figure 869165DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 235687DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度
Figure 201369DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 914110DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 493996DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 597081DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 588957DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 93888DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离
Figure 985621DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 966215DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距
Figure 867175DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 649448DEST_PATH_IMAGE011
分别为轴向压力作用点对截面重心的偏心距
Figure 649765DEST_PATH_IMAGE053
；当需要考虑二阶效应时，
Figure 789760DEST_PATH_IMAGE054
应按国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）规定计算；
Figure 619044DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距
Figure 895305DEST_PATH_IMAGE053
，按偏心方向截面高度
Figure 66523DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 51403DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 294166DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 362616DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 157266DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 678377DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值
Figure 616508DEST_PATH_IMAGE055
；
Figure 132940DEST_PATH_IMAGE063
为钢筋网或钢板的抗拉强度设计值
Figure 380382DEST_PATH_IMAGE055
；
Figure 841319DEST_PATH_IMAGE064
为受拉钢筋网或钢板的截面面积
Figure 425884DEST_PATH_IMAGE065
。
所述超高性能混凝土加固层在受压侧时，直接将螺栓对所述超高性能混凝土加固层截面形心求矩进行抗弯计算，进行所述管片接头的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
Figure 203347DEST_PATH_IMAGE066
式中：
Figure 832475DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值
Figure 328178DEST_PATH_IMAGE051
；
Figure 450855DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值
Figure 800934DEST_PATH_IMAGE052
；
Figure 655758DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度
Figure 389489DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 722382DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度
Figure 536754DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 77326DEST_PATH_IMAGE067
为接头螺栓合力作用点至原截面受压边的距离
Figure 485304DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 635270DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 304148DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 500775DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 910896DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 851170DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离
Figure 640135DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 23974DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距
Figure 406545DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 212827DEST_PATH_IMAGE011
分别为轴向压力作用点对截面重心的偏心距
Figure 43248DEST_PATH_IMAGE053
；当需要考虑二阶效应时，
Figure 581677DEST_PATH_IMAGE054
应按国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）规定计算；
Figure 470785DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距
Figure 487283DEST_PATH_IMAGE053
，按偏心方向截面高度
Figure 516419DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 412700DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 160076DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 245843DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 755584DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 963712DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值
Figure 808171DEST_PATH_IMAGE055
；
Figure 681318DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度
Figure 91571DEST_PATH_IMAGE053
；
Figure 205020DEST_PATH_IMAGE059
分别为钢筋网或钢板、超高性能混凝土的抗压强度设计值
Figure 81316DEST_PATH_IMAGE060
；
Figure 712149DEST_PATH_IMAGE061
分别为受压钢筋网或钢板、超高性能混凝土的截面面积
Figure 304804DEST_PATH_IMAGE056
；
Figure 776106DEST_PATH_IMAGE068
为接头螺栓的抗压强度设计值
Figure 126315DEST_PATH_IMAGE055
；
Figure 45992DEST_PATH_IMAGE069
为接头螺栓的截面面积
Figure 430837DEST_PATH_IMAGE056
。
本发明还提供一种盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构，包括底部支座7及超高性能混凝土加固层2。
所述底部支架7设置于道床6的相对两侧，其采用超高性能混凝土现浇而成。具体的，所述底部支架7的加工过程为：先在轨枕两端各外延
Figure 73040DEST_PATH_IMAGE070
的范围内切除所述道床6上的混凝土，而后直接在切除位置采用超高性能混凝土现浇形成所述底部支架7，所述底部支架7用于支撑所述超高性能混凝土加固层2。进一步的，所述底部支架7内预埋有PVC排水管8。
所述超高性能混凝土加固层2施作于管片1的内侧，通过所述超高性能混凝土自身的粘结力直接粘结于所述管片1上，与所述管片1构成统一整体，共同承载，协调变形，不需要其他界面胶结剂。
所述超高性能混凝土加固层2可以施作于所述管片1的环内位置，也可以施作于所述管片1的环间接头位置。当所述超高性能混凝土加固层2施作于所述管片1的环内位置时，所述超高性能混凝土加固层2两侧应各预留
Figure 504021DEST_PATH_IMAGE071
空间；当所述管片环间接头错台量较大，甚至螺栓屈服时，应对管片环间接头进行加固，所述超高性能混凝土加固层应从所述管片环间接头进入两侧管片
Figure 476656DEST_PATH_IMAGE072
。
所述底部支座7及超高性能混凝土加固层2所采用的的超高性能混凝土的抗压强度不小于
Figure 746968DEST_PATH_IMAGE073
。
在本实施方式中，所述超高性能混凝土加固层中还布置有钢筋网或钢板3。当所述管片环内布置所述钢筋网或钢板3时，应在所述超高性能混凝土加固层拱部90°范围及所述管片环内纵向接头两侧
Figure 514067DEST_PATH_IMAGE074
范围内布置；当所述管片环间接头挂所述钢筋网或钢板3时，应在所述超高性能混凝土加固层全断面布置。所述钢筋网或钢板3通过在所述管片1上钻孔设置锚栓固定。
所述超高性能混凝土加固层2压注之前需要先设置模板4，所述模板4采用轻质材料，所述模板4通过模板固定锚栓5固定于所述管片1上，相邻所述模板4之间通过螺栓连接。所述模板4边缘与所述管片1间隙设置超高性能混凝土封边9，封边时预留注浆管10，所述注浆管10直径不小于
Figure 353716DEST_PATH_IMAGE075
，环向间距不大于
Figure 989096DEST_PATH_IMAGE076
。
所述模板4安装完成后，采用小型注浆泵压注超高性能混凝土，压注过程中最大压力不超过
Figure 286217DEST_PATH_IMAGE077
，压注方向为从下往上压注，压注时应对模板4进行轻击振捣，确保超高性能混凝土压注密实。超高性能混凝土凝固后形成所述超高性能混凝土加固层2，此时拆除所述模板4即可。
实施例一：
某盾构隧道管片外径
Figure 771687DEST_PATH_IMAGE078
，壁厚
Figure 911681DEST_PATH_IMAGE079
，环宽1500
Figure 22857DEST_PATH_IMAGE080
。管片混凝土等级为C50，管片内侧配筋方案为
Figure 689330DEST_PATH_IMAGE081
，外侧配筋方案为
Figure 188445DEST_PATH_IMAGE082
，每环纵缝采用12根M27弯螺栓，螺栓机械性能等级为8.8级。
拟计算断面覆土厚度
Figure 487839DEST_PATH_IMAGE083
。拟用抗压强度为
Figure 822612DEST_PATH_IMAGE084
超高性能混凝土加固隧道结构。
盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构的具体设计方法如下：
1．根据断面尺寸，初步拟定加固层厚度，并复核净空。
初步拟定所述超高性能混凝土加固层厚度
Figure 156641DEST_PATH_IMAGE085
，其中保护层厚度
Figure 826657DEST_PATH_IMAGE086
，所述保护层指的是最外层钢筋网或钢板的外缘至所述超高性能混凝土层表面之间的超高性能混凝土。所述保护层的设置是为了保证钢筋网或钢板与其周围超高性能混凝土能共同工作，并使钢筋网或钢板充分发挥计算所需强度；再者可以避免钢筋网或钢板裸露在大气或者其他介质中受蚀生锈，使得钢筋的有效截面减少，影响结构受力；并且延长所述超高性能混凝土加固层在火灾中的耐火时间。
2．确定管片刚度，分别考虑超高性能混凝土加固层对管片刚度的增加、前期裂缝对管片刚度的降低。
Figure 597036DEST_PATH_IMAGE087
根据前期检查管片情况所获得的管片分类等级，采用修正惯用法计算，取管片的抗弯刚度有效率
Figure 987697DEST_PATH_IMAGE088
，弯矩提高率
Figure 504129DEST_PATH_IMAGE089
。
3．根据修正后的管片刚度，进行管片内力复核，并确定钢筋网或钢板数量。
经计算，计算断面管片承载能力极限状态最大正弯矩设计值277.0
Figure 767882DEST_PATH_IMAGE090
，对应轴力设计值-1867.5
Figure 510711DEST_PATH_IMAGE091
；最大负弯矩设计值-169.7
Figure 16647DEST_PATH_IMAGE090
，对应轴力设计值-2334.7
Figure 954297DEST_PATH_IMAGE091
。
超高性能混凝土加固层在受拉侧时，不考虑超高性能混凝土对抗拉强度的贡献，将超高性能混凝土加固层中钢筋或钢板与原盾构隧道管片中受拉侧钢筋作为受拉钢筋进行计算，进行所述管片自身的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
① 受弯结构正截面加固计算：
Figure 966115DEST_PATH_IMAGE092
按单筋矩形截面验算，当
Figure 399502DEST_PATH_IMAGE093
时，满足上式要求。
②大偏心受压结构正截面加固计算：
Figure 709129DEST_PATH_IMAGE094
经计算，当
Figure 668995DEST_PATH_IMAGE095
时，满足上式要求。
超高性能混凝土加固层在受压侧时，考虑超高性能混凝土对抗压强度的贡献，进行所述管片自身的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
① 受弯结构正截面加固计算：
Figure 727081DEST_PATH_IMAGE096
按未加固单筋矩形截面验算，当
Figure 726392DEST_PATH_IMAGE097
时，满足上式要求。
② 大偏心受压结构正截面加固计算：
Figure 793705DEST_PATH_IMAGE098
经计算，当
Figure 795028DEST_PATH_IMAGE099
时，满足上式要求。
超高性能混凝土加固层在受拉侧时，不考虑接头螺栓的贡献，直接将超高性能混凝土加固层中钢筋网或钢板参与截面抗弯计算，进行所述管片接头的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：应满足下式：
Figure 414228DEST_PATH_IMAGE100
经计算，当
Figure 618945DEST_PATH_IMAGE101
时，满足上式要求。
超高性能混凝土加固层在受压侧时，直接将螺栓对超高性能混凝土加固层截面形心求矩进行抗弯计算，进行所述管片接头的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
Figure 441014DEST_PATH_IMAGE102
经计算，当
Figure 641051DEST_PATH_IMAGE103
时，满足上式要求。
因此，取超高性能混凝土加固层厚度为80
Figure 103256DEST_PATH_IMAGE104
。超高性能混凝土加固层内布置面积为
Figure 982220DEST_PATH_IMAGE105
的钢筋网，保护层厚度为20
Figure 188073DEST_PATH_IMAGE104
。
盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构的施工方法如下：
盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构的施工方法如下：
1．确定管片加固区段
根据破损管片分类评级，确定需加固区段。当加固位置为管片环内时，管片环超高性能混凝土加固层两侧各预留150
Figure 242617DEST_PATH_IMAGE104
空间；当管片环间接头错台量较大，甚至螺栓屈服时，应对管片环间接头进行加固，超高性能混凝土加固层应从环间接头进入两侧管片300
Figure 298560DEST_PATH_IMAGE104
~600
Figure 274606DEST_PATH_IMAGE104
。
2．管线改迁
将管线支架迁改至加固范围以外。
3．道床切割
标定道床切除位置，纵向以超高性能混凝土加固层宽度一致，横向枕轨两段各外延100
Figure 205522DEST_PATH_IMAGE104
；
按标定位置切除道床边缘部分混凝土结构，切除部位边缘凿毛。
4．加固层底部支座浇筑
浇筑材料采用超高性能混凝土，支座内预留直径100
Figure 786676DEST_PATH_IMAGE104
的PVC排水管。
5．挂钢筋网或钢板
钢筋网或钢板通过在管片上钻孔设置锚栓固定。钢筋网与钢板最小保护层厚度不小于10
Figure 653000DEST_PATH_IMAGE104
，当采用钢板时，钢板两侧焊接钢筋，增加钢板与超高性能混凝土界面粘结能力；
当管片环内挂钢筋网或钢板时，应在管片环内超高性能混凝土加固层拱部90°范围及管片纵向接头两侧300
Figure 264811DEST_PATH_IMAGE104
范围内布置；当管片环间接头挂钢筋网或钢板时，应在超高性能混凝土加固层全断面布置。
6．模板施工
模板不得侵入隧道机车车辆限界内；
模板采用轻质材料，单块模板重量不超过25
Figure 812467DEST_PATH_IMAGE106
，模板厚度不超过30
Figure 576024DEST_PATH_IMAGE104
，通过在管片上钻孔施工锚栓固定，模板之间通过螺栓连接；
模板边缘与管片间隙采用超高性能混凝土封边，封边时预留注浆管，注浆管直径不小于20
Figure 737883DEST_PATH_IMAGE104
，环向间距不大于2000
Figure 157363DEST_PATH_IMAGE104
。
7．压筑超高性能混凝土
采用小型注浆泵压送，最大压力不超过0.1
Figure 305448DEST_PATH_IMAGE107
，从下往上压注；
当上方注浆管有超高性能混凝土流出时，停止该注浆管压注，并进行封堵，再进行下一个注浆管压注；
压注时应对模板进行轻击振捣，确保超高性能混凝土压注密实；
每环超高性能混凝土加固层应连续浇筑，不可中断。
8．养护
采用自然养护即可。
9．拆模
当超高性能混凝土加固层达到拆模强度后，拆除模板。
与相关技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）从结构受力方面，超高性能混凝土加固结构不仅能提高管片的强度和刚度，控制管片变形和进一步破坏，而且能与管片协调变形，保持很好的韧性；
（2）从结构耐久性方面看，超高性能混凝土属于无机材料，解决了在粘贴钢板加固和芳纶布等纤维片材加固时使用的界面胶结剂的老化问题，保证了界面胶结强度的耐久性；
（3）从结构防水方面看，超高性能混凝土自身颗粒细小，结构紧密，防水性能好，不需要再做额外的防水措施；
（4）从结构安全方面，相比于粘贴钢板加固管片方法，本发明超高性能混凝土加固层在后期运营阶段的健康状态更加容易观察和控制；
（5）从施工便利方面看，相比于粘贴钢板加固管片方法，本发明安装预制模板时，模板为轻质材料，便于抬升和安装定位；
（6）从经济效益方面来看，相比于粘贴钢板加固管片方法，大幅度减小钢材用量，且超高性能混凝土在盾构隧道环境内使用寿命大于钢板，避免二次加固费时费力，具有很高的社会效应和经济效应。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构设计方法，其特征在于，所述超高性能混凝土加固结构包括施作于管片内侧的超高性能混凝土加固层，所述超高性能混凝土加固层中布置有钢筋网或钢板，所述超高性能混凝土加固层外侧还设有保护层，所述设计方法包括如下步骤：
S1：根据隧道断面尺寸，初步确定所述超高性能混凝土加固层的厚度，并复核隧道的净空；
S2：根据裂缝对所述管片刚度的降低及所述超高性能混凝土加固层对所述管片刚度的增加，修正所述管片的刚度；
S3：进行管片内力复核，其中所述管片内力复核包括：
按受弯结构正截面加固及大偏心受压结构正截面加固进行所述管片自身的内力复核；及按大偏心受压结构正截面加固进行所述管片接头的内力复核；
其中，所述超高性能混凝土加固层在受拉侧时，进行所述管片自身的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
受弯结构正截面加固计算：
Figure 119796DEST_PATH_IMAGE001
大偏心受压结构正截面加固计算：
Figure 717131DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure 879122DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值；
Figure 409460DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值；
Figure 428232DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度；
Figure 11398DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度；
Figure 508238DEST_PATH_IMAGE007
为加固前管片的截面有效高度；
Figure 424241DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 286018DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 920262DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 955214DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 693101DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离；
Figure 725779DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距；
Figure 847318DEST_PATH_IMAGE011
为轴向压力作用点对截面重心的偏心距；
Figure 889224DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距，按偏心方向截面高度
Figure 248661DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 481934DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 825191DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 670787DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 415889DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 55949DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值；
Figure 886502DEST_PATH_IMAGE019
为钢筋网或钢板的抗拉强度设计值；
Figure 774604DEST_PATH_IMAGE020
为受拉钢筋网或钢板的截面面积；
Figure 374213DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度；
Figure 185174DEST_PATH_IMAGE022
分别为原结构钢筋的抗拉、抗压强度设计值；
Figure 237444DEST_PATH_IMAGE023
分别为原结构受拉和受压钢筋的截面面积；
Figure 221580DEST_PATH_IMAGE024
分别为纵向受拉、受压钢筋合力点至原截面近边的距离。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述超高性能混凝土加固层在受压侧时，进行所述管片自身的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
受弯结构正截面加固计算：
Figure 377493DEST_PATH_IMAGE025
大偏心受压结构正截面加固计算：
Figure 421672DEST_PATH_IMAGE026
式中：
Figure 430079DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值；
Figure 952327DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值；
Figure 464211DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度；
Figure 679292DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度；
Figure 142372DEST_PATH_IMAGE007
为加固前管片的截面有效高度；
Figure 733891DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 897019DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 220684DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 203683DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 566269DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度；
Figure 849483DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离；
Figure 609629DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距；
Figure 611083DEST_PATH_IMAGE011
为轴向压力作用点对截面重心的偏心距；
Figure 278824DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距，按偏心方向截面高度
Figure 354228DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 863705DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 290138DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 761571DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 957060DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 121325DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值；
Figure 268010DEST_PATH_IMAGE027
分别为钢筋网或钢板、超高性能混凝土的抗压强度设计值；
Figure 277555DEST_PATH_IMAGE028
分别为受压钢筋网或钢板、超高性能混凝土的截面面积；
Figure 655446DEST_PATH_IMAGE022
分别为原结构钢筋的抗拉、抗压强度设计值；
Figure 662717DEST_PATH_IMAGE023
分别为原结构受拉和受压钢筋的截面面积；
Figure 126059DEST_PATH_IMAGE024
分别为纵向受拉、受压钢筋合力点至原截面近边的距离。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述超高性能混凝土加固层在受拉侧时，进行所述管片接头的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
Figure 673715DEST_PATH_IMAGE029
式中：
Figure 607911DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值；
Figure 786082DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值；
Figure 471141DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度；
Figure 88068DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度；
Figure 112655DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 789624DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 194936DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 287657DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 494647DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度；
Figure 280200DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离；
Figure 877535DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距；
Figure 543921DEST_PATH_IMAGE011
为轴向压力作用点对截面重心的偏心距；
Figure 339838DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距，按偏心方向截面高度
Figure 358610DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 708820DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 110720DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 26723DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 622921DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 991585DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值；
Figure 292117DEST_PATH_IMAGE030
为钢筋网或钢板的抗拉强度设计值；
Figure 498845DEST_PATH_IMAGE031
为受拉钢筋网或钢板的截面面积。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述超高性能混凝土加固层在受压侧时，进行所述管片接头的内力复核，所述超高性能混凝土加固层及所述保护层的厚度应满足下列要求：
Figure 593840DEST_PATH_IMAGE032
式中：
Figure 715380DEST_PATH_IMAGE003
为超高性能混凝土加固结构加固后弯矩设计值；
Figure 491706DEST_PATH_IMAGE004
为超高性能混凝土加固结构加固后轴向压力设计值；
Figure 116722DEST_PATH_IMAGE005
为混凝土受压区高度；
Figure 851460DEST_PATH_IMAGE006
分别为加固前管片的截面宽度和高度；
Figure 693252DEST_PATH_IMAGE007
为加固前管片的截面有效高度；
Figure 335586DEST_PATH_IMAGE008
为系数，当原结构混凝土强度等级不超过C50时，
Figure 18371DEST_PATH_IMAGE008
取为1.0，当原结构混凝土强度等级为C80时，
Figure 720748DEST_PATH_IMAGE008
取为0.94，当原结构混凝土强度等在级C50-C80之间时，
Figure 488983DEST_PATH_IMAGE008
按线性内插法确定；
Figure 403850DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度；
Figure 761713DEST_PATH_IMAGE033
为接头螺栓合力作用点至原截面受压边的距离；
Figure 572675DEST_PATH_IMAGE009
为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋和所述超高性能混凝土加固层合力作用点的距离；
Figure 93786DEST_PATH_IMAGE010
为初始偏心距；
Figure 281185DEST_PATH_IMAGE011
为轴向压力作用点对截面重心的偏心距；
Figure 879DEST_PATH_IMAGE012
为附加偏心距，按偏心方向截面高度
Figure 481277DEST_PATH_IMAGE013
确定：当
Figure 286422DEST_PATH_IMAGE014
时，
Figure 11932DEST_PATH_IMAGE015
；当
Figure 586133DEST_PATH_IMAGE016
时，
Figure 535634DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 264294DEST_PATH_IMAGE018
为原结构混凝土轴心抗压强度设计值；
Figure 793495DEST_PATH_IMAGE021
分别为所述超高性能混凝土加固层、保护层厚度；
Figure 222202DEST_PATH_IMAGE027
分别为钢筋网或钢板、超高性能混凝土的抗压强度设计值；
Figure 545868DEST_PATH_IMAGE028
分别为受压钢筋网或钢板、超高性能混凝土的截面面积；
Figure 325605DEST_PATH_IMAGE034
为接头螺栓的抗压强度设计值；
Figure 891453DEST_PATH_IMAGE035
为接头螺栓的截面面积。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述超高性能混凝土加固层施作于所述管片的环内位置或管片的环间接头位置，当所述超高性能混凝土加固层施作于所述管片的环内位置时，所述超高性能混凝土加固层两侧应各预留
Figure 174667DEST_PATH_IMAGE036
空间；当所述管片环间接头错开时，所述超高性能混凝土加固层应从所述管片环间接头进入两侧管片
Figure 934812DEST_PATH_IMAGE037
。
6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，当管片环内布置所述钢筋网或钢板时，在所述超高性能混凝土加固层拱部90°范围及管片环内纵向接头两侧
Figure 139529DEST_PATH_IMAGE038
范围内布置；当管片环间接头挂所述钢筋网或钢板时，在所述超高性能混凝土加固层全断面布置。
7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述超高性能混凝土加固结构还包括底部支架，所述底部支架设置于道床的相对两侧，用于支撑所述超高性能混凝土加固层，所述底部支架和所述超高性能混凝土加固层均采用超高性能混凝土现浇而成，所述超高性能混凝土的抗压强度不小于
Figure 807271DEST_PATH_IMAGE039
。
8.一种盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的盾构隧道管片超高性能混凝土加固结构设计方法设计而成。
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Granted publication date: 20200929

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