CN111648787A - 一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，具体实施步骤包括：在隧道管片内表面进行凿毛处理；在凿毛后的内弧面植筋；清理凿毛表面；植筋端部绑扎钢筋网片；架设浇筑模板；浇筑超高性能混凝土；拆除浇筑模板、喷水养护。本发明充分利用了超高性能混凝土强度高、刚度大、耐久性好、界面粘结性强、渗透性低、抗火性能良好的特点，相比盾构隧道结构加固技术，该方法同时具备增加衬砌结构强度和刚度以及有效控制裂缝的效果，而且，该方法取材方便、施工快捷、安全可靠，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程领域，尤其是一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法。
背景技术
盾构隧道机械化水平高，施工安全性高，施工操作不受气候条件影响，而且对地面建筑物、环境、地下管线影响较小等优势，因此，盾构法在高速发展的城市轨道交通建设中得到广泛的应用。部分盾构隧道已经运营几十年，衬砌结构逐渐暴露渗漏水、裂缝、大变形等病害问题。也有少部分新建隧道由于设计缺陷、施工管理不足或临近工程活动，出现了类似病害。这些病害影响隧道的正常运营甚至是结构安全。目前，对于病害严重的盾构隧道衬砌结构，常通过加固处理来改善隧道的受力性能，主要包括增强结构承载力、控制结构变形、控制裂缝开展、防渗堵漏，同时兼顾抗火特性、耐久性以及避免加固结构出现脆性破坏模式。已有加固方法包括:
粘贴碳纤维布、芳纶布加固法，这种方法采用粘结剂将纤维布粘贴于管片内表面。优点在于加固材料轻便，施工便捷。但是，其耐火性能极差，且对控制结构变形、防渗堵漏的作用不明显。
粘贴钢环加固法，所用钢环由多块曲形钢板拼接而成，首先在隧道管片内侧用膨胀螺栓固定分段钢板，然后将各钢板焊接成一体，形成与隧道内壁形状基本一致的钢环，最后，在钢环与管片结构的间隙中灌注环氧树脂。这种方法有效地提高了结构的刚度，有利于控制结构变形；但是，安装钢板需要专用举重设备，焊缝多、焊接质量波动大，钢结构易腐蚀、高温软化，加固后隧道结构破坏没有明显预兆、呈现脆性。
复合构件加固法，首先，刷有粘结胶的内弧面上安装复合腔体，然后在复合腔体内部注入砂浆。这种方法施工便捷，提高结构刚度和控制结构变形效果明显。但加固后结构呈现脆性破坏，耐火性能极差，不具备防渗堵漏的作用。
钢拱架加固，该方法利用螺栓连接工字钢构件撑于隧道内表面上，具有施工快捷、加固强度高等优点。但钢拱架具有占用净空高度大，受压易失稳，易腐蚀，高温软化的缺点。
钢板-混凝土组合结构加固法，首先，在管片内侧通过化学锚栓安装分块的钢板，然后，将各钢板焊接成一体，最后，在钢环与管片的间隙中灌注细石混凝土。这种方法具有粘贴钢环加固法的所有优点，此外，钢板-混凝土组合结构加固后的结构呈现工程界期望的塑形破坏特征。但是这种方法未能克服钢板安装复杂、焊接质量波动大、易腐蚀和高温软化的缺陷。
发明内容
针对上述的技术缺陷和应用时的不利影响，本发明的目的是提供一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌衬砌结构的方法，能有效提高盾构隧道衬砌结构的承载力、控制结构变形、裂缝开展，亦可防渗堵漏，且满足耐腐蚀耐火的要求。
本发明的技术方案如下：
一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌衬砌结构的方法包括以下步骤：(A)隧道管片内表面进行凿毛处理；(B)在内弧面钻孔并植入植筋；(C)清除上述两步中产生的碎屑和灰尘；(D)植筋端部绑扎钢筋网片；(E)架设浇筑模板，浇筑超高性能混凝土；(F)拆除浇筑模板、常温养护。
其中，步骤(A)所述的凿毛处理是为了使超高性能混凝土与原钢筋混凝土管片的粘结更加牢固，采用凿毛机作业，要求凿毛深度5-10mm，间距30mm，凿毛率不低于90％。
其中，步骤(B)所述在隧道管片的内表面钻孔植入钢筋，钻孔深度约管片厚度的1/3-1/2,钻孔位置按照田字格布置，间距约管片厚度的0.3-1.0倍，使用植筋胶在孔位上进行植筋。当某些孔位位于管片螺栓手孔时，应该舍弃这部分孔位布置。当某些孔位钻入过程中遇到原管片钢筋时，应该在其附近5cm范围内重新补钻，并将遇到原管片钢筋的孔位用值筋胶封堵。
其中，步骤(B)所述的植筋伸出隧道原管片的一端设有U型弯钩，用以连接步骤(D)所述的钢筋网片。
其中，步骤(C)所述清理管片内表面和植筋表面需在植筋胶固化后进行，清洁范围包括凿毛后的管片内表面以及植筋外露部分，清理手段包括扫帚清扫和水洗除尘。
步骤(D)中，所述的钢筋网片与植筋的U型弯钩搭接并用铁丝绑扎以使其位置得到固定。其中，所述钢筋网片的横向钢筋的间距与植筋间距相对应，其纵向钢筋与植筋相错开。
其中，步骤(E)通过吊模方式架设浇筑模板，所述浇筑模板通过内侧模板和侧向模板塔接而成，内侧模板预留若干成对的小孔，小孔直径5mm，孔洞位置与植筋位置相对应，成对的小孔内穿入铁丝，内侧模板与植筋的U型弯钩通过铁丝绑扎，从而实现浇筑模板的固定。内侧模板模板与隧道管片之间通过放置垫块控制模板与植筋的U型弯钩的外弧面间距不小于1cm，从而使得钢筋网片和植筋最终全部埋入超高性能混凝土。侧向模板需根据放样测量得到加固面的弧度尺寸等参数，并依据此参数加工模板使其形状与加固面基本吻合。并在侧向模板上每隔50-100cm预留超高性能混凝土的浇筑口。
其中，步骤(E)所述超高性能混凝土一般主要由水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维、减水剂和水配制而成，浇筑过程按照侧模预留浇筑口位置由下到上，采用分层浇筑方式，浇筑面到达浇筑口后，对当前浇筑口进行封堵，然后再从更高位置的浇注口继续浇筑，直到整环浇筑完毕。
其中，步骤(F)所述的拆除模板在浇筑完成后24-48小时进行，为了适应隧道现场条件，采用常温常压喷水养护，养护时间为7-14天。常温常压喷水养护条件下，其抗压强度大于100MPa，抗拉强度大于10MPa。
本发明充分利用了超高性能混凝土强度高、刚度大、耐久性好、界面粘结性强、渗透性低、抗火性能良好的特点，相比盾构隧道结构加固技术，该方法同时具备增加衬砌结构强度和刚度以及有效控制裂缝的效果，而且，该方法取材方便、施工快捷、安全可靠，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为采用本发明方法加固后的盾构隧道的结构横断面示意图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为采用本发明方法所述的浇筑模板架设示意图；
图4为图3的B-B剖面图。
附图标记说明：
1-隧道管片； 2-超高性能混凝土；
3-含U型弯钩的植筋； 4-钢筋网片；
5-螺栓手孔； 6-接缝；
7-道床； 8-原管片环向钢筋。
9-内侧模板 10-侧向模板
11-浇筑口 12-铁丝
具体实施方式
以下结合附图1-4，对本发明的实施例作进一步描述。
实施例1：
参考图1-4，一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，包括以下步骤:
步骤(A)隧道管片1的内表面采用凿毛机进行凿毛处理，凿毛深度5mm，间距30mm，凿毛率90％。
步骤(B)隧道管片1内表面钻孔并植入植筋3，钻孔深度约管片厚度的1/3,钻孔位置按照田字格布置，间距取150mm，使用植筋胶在孔位上并植入植筋。当某些孔位位于管片螺栓手孔5或者接缝6时，应该舍弃这部分孔位布置。当某些孔位钻入过程中遇到隧道管片中的钢筋8时，应该在其附近5cm范围内重新补钻，并将遇到隧道管片的钢筋的孔位用植筋胶封堵。其中，植筋伸出隧道管片1的一端设有U型弯钩3。
步骤(C)在植筋胶固化后，通过扫帚清扫和水洗除尘清理原钢筋混凝土管片1内表面和植筋3表面。
步骤(D)所述的钢筋网片4与植筋3的U型弯钩搭接并用铁丝绑扎以使其位置得到固定，钢筋网片4的横向钢筋的间距与植筋3间距相对应，纵向钢筋与植筋3相错开。
步骤(E)浇筑模板采用吊模方式架设，内侧模板9预留若干成对的小孔，小孔直径5mm，孔洞位置与植筋3位置相对应，成对的小孔内穿入铁丝，铁丝12与植筋3的U型弯钩绑扎，从而实现模板的固定。内侧模板9与隧道管片1之间通过放置垫块控制内侧模板与植筋的U型弯钩的外弧面间距为1cm。侧向模板10需根据放样测量得到加固面的弧度尺寸等参数，并依据此参数加工侧向模板使其形状与加固面基本吻合。并在侧向模板10上每隔50cm预留超高性能混凝土的浇筑口11。
浇筑过程中，按照侧向模板10预留浇筑口11位置由下到上，采用分层浇筑方式，浇筑面到达浇筑口后，对当前浇筑口11进行封堵，然后再从更高位置的浇注口继续浇筑，直到整环浇筑完毕。
步骤(E)中,超高性能混凝土2一般主要由水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维、减水剂和水配制而成。
在浇筑完成后24小时拆除浇筑模板，为了适应隧道现场条件，采用常温常压喷水养护，养护时间为7天。常温常压喷水养护条件下，经检测，其抗压强度大于100MPa，抗拉强度大于10MPa。
实施例2：
一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，包括以下步骤:
步骤(A)隧道管片1的内表面采用凿毛机进行凿毛处理，凿毛深度8mm，间距30mm，凿毛率97％。
步骤(B)隧道管片1内表面钻孔并植入植筋3，钻孔深度约管片厚度的1/3,钻孔位置按照田字格布置，间距取150mm，使用植筋胶在孔位上并植入植筋。当某些孔位位于管片螺栓手孔5或者接缝6时，应该舍弃这部分孔位布置。当某些孔位钻入过程中遇到隧道管片中的钢筋8时，应该在其附近5cm范围内重新补钻，并将遇到隧道管片的钢筋的孔位用植筋胶封堵。其中，植筋伸出隧道管片1的一端设有U型弯钩3。
步骤(C)在植筋胶固化后，通过扫帚清扫和水洗除尘清理原钢筋混凝土管片1内表面和植筋3表面。
步骤(D)所述的钢筋网片4与植筋3的U型弯钩搭接并用铁丝绑扎以使其位置得到固定，钢筋网片4的横向钢筋的间距与植筋3间距相对应，其纵向钢筋与植筋3相错开。
步骤(E)浇筑模板采用吊模方式架设，内侧模板9预留若干成对的小孔，小孔直径5mm，孔洞位置与植筋3位置相对应，成对的小孔内穿入铁丝，铁丝12与植筋3的U型弯钩绑扎，从而实现模板的固定。内侧模板9与隧道管片1之间通过放置垫块控制内侧模板与植筋的U型弯钩的外弧面间距为2cm。侧向模板10需根据放样测量得到加固面的弧度尺寸等参数，并依据此参数加工侧向模板使其形状与加固面基本吻合。并在侧向模板10上每隔75cm预留超高性能混凝土的浇筑口11。
浇筑过程中，按照侧向模板10预留浇筑口11位置由下到上，采用分层浇筑方式，浇筑面到达浇筑口后，对当前浇筑口11进行封堵，然后再从更高位置的浇注口继续浇筑，直到整环浇筑完毕。
步骤(E)中,超高性能混凝土2一般主要由水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维、减水剂和水配制而成。
在浇筑完成24小时后拆除浇筑模板，为了适应隧道现场条件，采用常温常压喷水养护，养护时间为12天。常温常压喷水养护条件下，经检测，其抗压强度大于100MPa，抗拉强度大于10MPa。
实施例3：
一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，包括以下步骤:
步骤(A)隧道管片1的内表面采用凿毛机进行凿毛处理，凿毛深度10mm，间距30mm，凿毛率95％。
步骤(B)隧道管片1内表面钻孔并植入植筋3，钻孔深度约管片厚度的1/2,钻孔位置按照田字格布置，间距取150mm，使用植筋胶在孔位上并植入植筋。当某些孔位位于管片螺栓手孔5或者接缝6时，应该舍弃这部分孔位布置。当某些孔位钻入过程中遇到隧道管片中的钢筋8时，应该在其附近5cm范围内重新补钻，并将遇到隧道管片的钢筋的孔位用植筋胶封堵。其中，植筋伸出隧道管片1的一端设有U型弯钩3。
步骤(C)在植筋胶固化后，通过扫帚清扫和水洗除尘清理原钢筋混凝土管片1内表面和植筋3表面。
步骤(D)所述的钢筋网片4与植筋3的U型弯钩搭接并用铁丝绑扎以使其位置得到固定，钢筋网片4的横向钢筋的间距与植筋3间距相对应，纵向钢筋与植筋3相错开。
步骤(E)浇筑模板采用吊模方式架设，内侧模板9预留若干成对的小孔，小孔直径5mm，孔洞位置与植筋3位置相对应，成对的小孔内穿入铁丝，铁丝12与植筋3的U型弯钩绑扎，从而实现模板的固定。内侧模板9与隧道管片1之间通过放置垫块控制内侧模板与植筋的U型弯钩的外弧面间距为1cm。侧向模板10需根据放样测量得到加固面的弧度尺寸等参数，并依据此参数加工侧向模板使其形状与加固面基本吻合。并在侧向模板10上每隔100cm预留超高性能混凝土的浇筑口11。
浇筑过程中，按照侧向模板10预留浇筑口11位置由下到上，采用分层浇筑方式，浇筑面到达浇筑口后，对当前浇筑口11进行封堵，然后再从更高位置的浇注口继续浇筑，直到整环浇筑完毕。
步骤(E)中,超高性能混凝土2一般主要由水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维、减水剂和水配制而成。
在浇筑完成36小时后拆除浇筑模板，为了适应隧道现场条件，采用常温常压喷水养护，养护时间为14天。常温常压喷水养护条件下，经检测，其抗压强度大于100MPa，抗拉强度大于10MPa。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。实施例中，隧道管片外直径为6200mm，隧道管片1厚度为350mm，轴向长度为1200mm；隧道管片由6块钢筋混凝土管片通缝拼装而成，接缝6分别在8°、73°、138°、222°、287°、352°位；采用上述加固方法时，使用的超高性能混凝土厚度为5cm；植筋3直径为10mm的HRB400钢筋，间距为150mm×150mm；钢筋网片4采用A6钢筋，其间距为150mm×150mm。目前工程界常见的外径6-15m的盾构隧道衬砌结构均可使用本发明提供的方法进行加固，实施中根据实际需要调整超高性能混凝土厚度、植筋和钢筋网片的直径和间距。
本发明提出了一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，具体实施步骤包括：凿毛处理；钻孔植筋；清理除尘；绑扎钢筋网片；架设模板；浇筑超高性能混凝土；拆除模板、喷水养护。本发明充分利用了超高性能混凝土强度高、刚度大、耐久性好、界面粘结性强、渗透性低、抗火性能良好的特点，相比盾构隧道结构加固技术，该方法同时具备增加衬砌结构强度和刚度以及有效控制裂缝的效果，而且，该方法取材方便、施工快捷、安全可靠。
熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这一实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，具体包括以下步骤:
(A)隧道管片内表面进行凿毛处理；
(B)在内弧面钻孔并植入植筋；
(C)清除上述两步中产生的碎屑和灰尘；
(D)植筋端部绑扎钢筋网片；
(E)架设浇筑模板,浇筑超高性能混凝土；
(F)拆除浇筑模板、常温养护。
2.根据权利要求1所述的采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述在内弧面钻孔植筋的步骤，包括：
在隧道管片的内表面钻孔，使用植筋胶涂在钻孔位上并植入植筋，钻孔深度为管片厚度的1/3-1/2,钻孔位置按照田字格布置，间距为管片厚度的0.3-1.0倍。
3.根据权利要求2所述的采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，植筋伸出隧道管片一端设有U型弯钩。
4.根据权利要求1所述的采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述清除上述两步中产生的碎屑和灰尘的步骤，包括：
在植筋胶固化后，通过扫帚清扫和水洗除尘清理隧道管片内表面和植筋表面。
5.根据权利要求1所述的采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述植筋端部绑扎钢筋网片的步骤，包括：钢筋网片与植筋的U型弯钩搭接并用铁丝绑扎以使其位置得到固定。
6.根据权利要求1所述的采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述架设浇筑模板,浇筑超高性能混凝土的步骤，包括：
在隧道管片的内表面通过吊模方式架设浇筑模板，所述浇筑模板通过内侧模板和侧向模板搭接而成，所述内侧模板预留若干成对的小孔，成对的小孔位置与植筋位置相对应设置，成对的小孔内穿入铁丝，内侧模板与植筋的U型弯钩通过铁丝绑扎，从而实现浇筑模板的固定，
通过放置垫块使得内侧模板与植筋的U型弯钩外弧面之间的距离不小于1cm，侧向模板上沿隧道管片圆周方向等间距设置预留超高性能混凝土的浇筑口，往浇筑口浇筑超高性能混凝土，最终钢筋网片和植筋完全埋入超高性能混凝土。
7.根据权利要求6所述的采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述超高性能混凝土由水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维、减水剂和水配制而成，浇筑过程按照侧向模板预留的浇筑口位置由下到上，采用分层浇筑方式，浇筑面到达浇筑口后，对当前浇筑口进行封堵，然后再从更高位置的浇筑口继续浇筑，直到整环浇筑完毕。
8.根据权利要求1所述的一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述拆除浇筑模板、常温养护的步骤，包括：
浇筑完成后，在24-48小时内拆除浇筑模板，超高性能混凝土采用常温常压喷水养护，养护时间为7-14天。
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