CN112096419A - 一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构及方法。支撑结构包括隧道二次衬砌本体和超前支护，所述隧道二次衬砌本体沿着隧道长度方向均匀间隔铺设有环向支撑件；所述二次衬砌本体对应打设若干根锁脚注浆锚管；所述隧道超前支护为二次衬砌处治开口位置上下两端分别锚入有若干根超前注浆导管；所述环向支撑件两端分别与隧道处治段开口处原二衬通过连接钢板螺栓连接固定；在环向支撑件里、外两侧铺设钢筋网；所有环向支撑件、超前注浆导管、纵向连接钢筋、双层钢筋网共同构成二次衬砌支撑框架。本发明可有效增强隧道二次衬砌和隧道整体的结构刚度，可以修复隧道二次衬砌破损的问题。

Description

一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构及方法

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，特别涉及一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构及方法。

背景技术

随着中国公路网的建设，公路建设中涌现了大量的隧道工程，当隧道穿越软弱围岩地区或地质环境较为恶劣的区域时，由于以前设计理论及施工技术落后等因素，造成部分隧道多年运营之后二次衬砌出现了不同程度的开裂现象，造成二衬混凝土的耐久性和结构安全性无法满足运营要求，对隧道的结构安全和后期运营都存在较大的威胁。因此，如何及时有效的处理隧道二次衬砌破坏已成为公路隧道运营养护过程中高度关注的问题。

二次衬砌破坏的原因是一个极其复杂的物理和力学过程，与隧址区的围岩特性、水文状况、开挖支护及围岩地应力等因素紧密相关，隧道二次衬砌破坏一般多是在隧道养护运营期间出现。目前对于隧道衬砌损坏的处治方法主要有表面封堵、注浆封堵、衬砌局部修复等，虽然在一定程度上解决了上述病害，但是病害处治效果并不理想，容易导致病害的反复出现，主要原因是处理手段的技术缺陷，导致处理的效果不理想。现阶段对隧道衬砌结构加固手段相对有限，而通过对破损的二次衬砌架设工字钢支撑，可以大幅度提高衬砌结构的承载力，而且施工方便恢复时间快，从力学性能和经济效益等方面的综合考虑，对破损的二次衬砌进行架撑加固修复具有良好的效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，以及运营隧道内空间场地的局限性，本发明提供一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构及方法，在隧道拱脚处打设锁脚锚管，对裂缝区域进行凿除然后架设钢支撑，以及二次衬砌处治开口位置上下两端打设超前注浆导管，可有效增强隧道二衬的结构刚度，可以修复隧道二衬破坏问题；并且超前导管+型钢支撑结构体系简单，施工方便，工程实践性强，具有很好的应用前景和推广价值。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构，包括：隧道二次衬砌本体和超前支护，其中：

所述隧道二次衬砌本体沿着隧道长度方向均匀间隔铺设有环向支撑件，所有环向支撑件呈纵向铺设；所述二次衬砌本体对应打设若干根锁脚注浆锚管，每个环向支撑件对应两根锁脚注浆锚管；

所述隧道超前支护为二次衬砌处治开口位置上下两端分别锚入有若干根超前注浆导管，每个环向支撑件的两端对应四根超前注浆导管；所述环向支撑件两端分别与隧道处治段开口处原二衬通过连接钢板连接固定，所述环向支撑件与连接钢板进行焊接连接；相邻两个环向支撑件之间通过纵向连接钢筋焊接连接；在环向支撑件里、外两侧铺设钢筋网；在处治段落开口处既有二次衬砌内打孔预埋植筋，采用植筋胶进行粘结；所有环向支撑件、超前注浆导管、纵向连接钢筋、双层钢筋网共同构成二次衬砌支撑框架，二次衬砌修复区域中浇筑混凝土。

作为优选，所述环向支撑件为工字钢，相邻两榀环向支撑件通过纵向连接钢筋进行焊接连接。

作为优选，所述锁脚注浆锚管的第一端通过槽形钢焊接固定于隧道二次衬砌上，所述锁脚注浆锚管的第二端为锥形部。

作为优选，所述锁脚注浆锚管的第一端设有加筋箍，所述锁脚注浆锚管靠近第一端具有止浆段，所述锁脚注浆锚管除开止浆段的其余部分为注浆段，所述锁脚注浆锚管的注浆段上均匀设有若干个注浆孔。

作为优选，所述超前支护打设在二次衬砌处治段落开口处上下两端，所述超前注浆导管的第一端设有加筋箍，所述超前注浆导管在处治段落开口上下打设两排注浆导管，所述超前注浆导管的第一端通过槽形钢焊接固定于二次衬砌上，注浆完成后用环氧树脂封闭管头。

作为优选，所述环向支撑件与连接钢板进行焊接连接，所述连接钢板上开有螺栓孔，与开口处既有二次衬砌通过螺栓连接固定。

作为优选，所述植筋插入开口处既有二次衬砌的预埋孔内，通过植筋胶进行粘结固定，二次衬砌支撑框架浇筑混凝土与既有二次衬砌结构通过植筋进行连接。

一种修复隧道二次衬砌破损的方法，其方法如下：

A.在拱脚处打设锁脚注浆锚管，对处治段落纵向方向前后各5m范围内打设锁脚注浆锚管，锁脚锚管沿隧道纵向间距60cm打设，所述锁脚注浆锚管以30～45°外插角穿过二衬及初支打入围岩，锁脚注浆锚管端部通过槽形钢焊接固定于二次衬砌上，锁脚注浆锚管的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa；

B.打设超前注浆导管，对二次衬砌处治段落开口上下两端沿纵向方向前后各5m范围内打设超前注浆导管，上下两端各打设两根超前导管，超前导管沿隧道纵向间距60cm打设，所述超前注浆导管以90°外插角穿过二衬及初支打入围岩，超前注浆导管端部通过槽形钢焊接固定于二次衬砌上，超前注浆导管的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa，超前导管注浆完成后用环氧树脂封闭管头；

C.对隧道二次衬砌破坏的区域进行凿除，凿除深度至初期支护表面，凿除区域为隧道二次衬砌有较大裂缝的范围，但凿除高度不大于2.5m，切口处应凿毛，连接钢板处切口面需保持平整；纵向以二次衬砌破坏区域为中心，沿隧道纵向向此区域两侧分别延伸5m的范围，所述区域范围内的二次衬砌部分须凿除干净，并将浮渣清理干净；

D.将环向支撑件沿着隧道纵向间隔60cm进行设置，环向支撑件与隧道开口处既有二次衬砌两侧的端墙紧密连接，环向支撑件在连接端部焊接固定有连接钢板，连接钢板上开有螺栓孔，环向支撑件与开口处既有二次衬砌通过连接钢板螺栓连接固定；

E.相邻两榀环向支撑件通过纵向连接钢筋进行焊接连接，纵向连接钢筋的环向间距为60～100cm，相邻两榀环向支撑件之间的纵向连接钢筋需错开焊接，焊接长度不小于5倍纵向连接钢筋的直径；

F.处治段落开口处既有二次衬砌内打孔预埋植筋，将孔内的浮渣清理干净，采用植筋胶进行粘结固定，上下两端每个环向断面各埋设2根，植筋沿纵向按一定间距进行布设；

G.在环向支撑件的里侧和外侧铺设双层钢筋网，钢筋网的纵、环向间距为20～25cm，钢筋网与环向支撑件之间进行焊接连接，所有环向支撑件、超前注浆导管、纵向连接钢筋以及双层钢筋网共同构成二次衬砌支撑框架；

H.超前注浆导管和二次衬砌支撑框架施工完毕后，共同组成钢架支撑体系，然后在二次衬砌支撑框架外侧铺设支护模板进行混凝土浇筑，混凝土为防水混凝土。

本发明的有益效果：

(1)本发明在隧道需进行修补的二次衬砌内设置有环向支撑件和纵向连接钢筋，并打设超前注浆导管和锁脚注浆锚管，可有效增强隧道二衬和隧道整体的结构刚度，可以修复隧道二次衬砌局部破损的问题；并且超前支护和型钢支撑结构体系简单，施工方便，工程实践性强，具有很好的应用前景和推广价值。

(2)本发明可以在二次衬砌破坏的位置处进行现场组装，施工方便，操作难度低，便于工人搬运模板的各部件，成型后的超前支护+型钢支撑结构体系满足结构设计的要求，具有很好的应用前景和推广价值。

(3)本发明环向支撑件、超前注浆导管以及锁脚注浆锚管可以在隧道内进行现场组装施工，施工方便。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图；

图2为本发明实施例的结构示意图；

图3为本发明锁脚注浆锚管的结构示意图；

图4为本发明超前注浆导管的结构示意图；

图5为加筋箍的结构示意图；

图6为图2中俯视方向的局部结构示意图；

图7为环向支撑件与既有二衬结构的连接结构示意图；

附图标记说明：

1－二次衬砌修复区域，2－锁脚注浆锚管，21－注浆孔，22－止浆段，23－锥形部，3－加筋箍，4－槽形钢，5－超前注浆导管，51－注浆孔，52－止浆段，53－锥形部，6－环向支撑型钢，7－连接钢板，71－螺栓孔，8－纵向连接钢筋，9－植筋，10－原二次衬砌。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构及方法进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

实施例1

一种适用于修复隧道二次衬砌破损的支撑结构，包括隧道二次衬砌本体和超前支护5，所述隧道二次衬砌本体沿着隧道长度方向均匀间隔铺设有环向支撑件6，所有环向支撑件6呈纵向铺设；所述二次衬砌本体对应打设若干根锁脚注浆锚管2，每个环向支撑件6对应两根锁脚注浆锚管2，本实施例的锁脚注浆锚管2优选为直径80mm的中空注浆钢花管；所述隧道超前支护为二次衬砌处治开口位置上下两端分别锚入有若干根超前注浆导管5，每个环向支撑件6的两端对应四根超前注浆导管5，本实施例的超前注浆导管5优选为直径80mm的中空注浆钢花管；所述环向支撑件6两端分别与隧道处治段开口处原二衬10通过连接钢板7螺栓连接固定，所述环向支撑件6与连接钢板7进行焊接连接，本实施例的连接钢板7优选为Q235钢板，厚度为1.2～1.5cm；相邻两个环向支撑件6之间通过纵向连接钢筋8焊接连接，本实施例的纵向连接钢筋8优选为HRB400钢筋；在环向支撑件6里、外两侧铺设钢筋网；在处治段落开口处既有二次衬砌10内打孔预埋植筋9，采用植筋胶进行粘结，本实施例的植筋9优选为HRB400钢筋；所有环向支撑件6、超前注浆导管5、纵向连接钢筋8、双层钢筋网共同构成二次衬砌支撑框架。二次衬砌修复区域1中浇筑混凝土，本实施例的混凝土优选为防水混凝土。

如图1～2所示，环向支撑件6为工字钢，环向支撑件6通过连接钢板7与开口处原二次衬砌10连接固定；修复区域1范围内的隧道矮边墙处打设锁脚锚管2；修复区域1开口处上下两端打设超前注浆导管5。

图2～3所示，锁脚注浆锚管2的第一端通过槽形钢4焊接固定于二次衬砌上，槽形钢选择14a槽形钢；锁脚注浆锚管2的第二端为锥形部23。锁脚注浆锚管2靠近第一端具有止浆段22，锁脚注浆锚管2除开止浆段22的其余部分为注浆段，锁脚注浆锚管2的注浆段上均匀设有若干个注浆孔21，锁脚注浆锚管2的第一端设有加筋箍3。

图2和图4所示，超前注浆导管5直接穿透二次衬砌和衬砌打入围岩中，超前注浆导管5的第一端通过槽形钢4焊接固定于二次衬砌上，槽形钢选择14a槽形钢；超前注浆导管5的注浆段上均匀设有若干个注浆孔51，超前注浆导管5的第一端设有加筋箍3。

如图6所示，处治段落开口处既有二次衬砌10内打孔预埋植筋9，采用植筋胶进行粘结固定，植筋9为HRB400钢筋。

如图6～7所示，环向支撑件6通过连接钢板7与原二次衬砌10螺栓连接固定，连接垫板7为Q235钢板，厚度为1.2～1.5cm，连接垫板7上开有螺栓孔71，环向支撑件6与连接钢板7进行焊接连接。

一种用于隧道运营期间二次衬砌破坏修复的方法，其方法如下：

A.在拱脚处打设锁脚注浆锚管2，对处治段落纵向方向前后各5m范围内打设锁脚注浆锚管2，锁脚锚管2沿隧道纵向间距60cm打设，所述锁脚注浆锚管2以30～45°外插角穿过二衬及初支打入围岩，锁脚注浆锚管2端部通过槽形钢4焊接固定于二次衬砌上，锁脚注浆锚管2的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa；

B.打设超前注浆导管5，对二次衬砌处治段落开口上下两端沿纵向方向前后各5m范围内打设超前注浆导管5，上下两端各打设两根超前导管5，超前导管5沿隧道纵向间距60cm打设，所述超前注浆导管5以90°外插角穿过二衬及初支打入围岩，超前注浆导管5端部通过槽形钢4焊接固定于二次衬砌上，超前注浆导管5的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa，超前导管5注浆完成后用环氧树脂封闭管头；

C.对隧道二次衬砌修复区域1进行凿除，二次衬砌修复区域1凿除深度为整个二衬的厚度，凿除区域为隧道二次衬砌有较大裂缝的范围，但凿除高度不得大于2.5m，切口处应凿毛，连接钢板处切口面需保持平整；纵向以二次衬砌破坏区域为中心，沿隧道纵向向此区域两侧分别延伸5m的范围，所述区域范围内的二次衬砌部分需凿除干净，并将浮渣清理干净；

D.将环向支撑件6沿着隧道纵向间隔60cm进行设置，环向支撑件6与隧道开口处既有二次衬砌10两侧的端墙紧密连接，环向支撑件6在连接端部焊接固定有连接钢板7，连接钢板7上开有螺栓孔71，环向支撑件6与开口处既有二次衬砌10通过连接钢板7螺栓连接固定。

E.相邻两榀环向支撑件6通过纵向连接钢筋8进行焊接连接，纵向连接钢筋8的环向间距为60～100cm，相邻两榀环向支撑件6之间的纵向连接钢筋8需错开焊接，焊接长度不小于5倍纵向连接钢筋8的直径；

F.处治段落开口处既有二次衬砌10内打孔预埋植筋9，将孔内的浮渣清理干净，采用植筋胶进行粘结，上下两端每个环向断面各埋设2根，植筋9沿纵向按一定间距进行布设。

G.在环向支撑件6的里侧和外侧铺设双层钢筋网，钢筋网的纵、环向间距为20～25cm，钢筋网与环向支撑件6之间进行焊接连接，所有环向支撑件6、超前注浆导管5、纵向连接钢筋8以及双层钢筋网共同构成二次衬砌支撑框架；

H.超前注浆导管5和二次衬砌支撑框架施工完毕后，共同组成钢架支撑体系，然后在二次衬砌支撑框架外侧铺设支护模板进行混凝土浇筑。

本发明可以在二次衬砌损坏的位置处进行现场组装，施工方便，操作难度低，便于工人搬运模板的各部件，混凝土浇筑简单，工程实践性强，成型后的型钢支撑结构体系满足结构设计的要求，具有很好的应用前景和推广价值。

上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构，其特征在于，包括：隧道二次衬砌本体和超前支护，其中：

所述隧道二次衬砌本体沿着隧道长度方向均匀间隔铺设有环向支撑件，所有环向支撑件呈纵向铺设；所述二次衬砌本体对应打设若干根锁脚注浆锚管，每个环向支撑件对应两根锁脚注浆锚管；

所述隧道超前支护为二次衬砌处治开口位置上下两端分别锚入有若干根超前注浆导管，每个环向支撑件的两端对应四根超前注浆导管；所述环向支撑件两端分别与隧道处治段开口处原二衬通过连接钢板连接固定，所述环向支撑件与连接钢板进行焊接连接；相邻两个环向支撑件之间通过纵向连接钢筋焊接连接；在环向支撑件里、外两侧铺设钢筋网；在处治段落开口处既有二次衬砌内打孔预埋植筋，采用植筋胶进行粘结；所有环向支撑件、超前注浆导管、纵向连接钢筋、双层钢筋网共同构成二次衬砌支撑框架，二次衬砌修复区域中浇筑混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构，其特征在于，所述环向支撑件为工字钢，相邻两榀环向支撑件通过纵向连接钢筋进行焊接连接。

3.根据权利要求1所述的一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构，其特征在于，所述锁脚注浆锚管的第一端通过槽形钢焊接固定于隧道二次衬砌上，所述锁脚注浆锚管的第二端为锥形部。

4.根据权利要求1所述的一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构，其特征在于，所述锁脚注浆锚管的第一端设有加筋箍，所述锁脚注浆锚管靠近第一端具有止浆段，所述锁脚注浆锚管除开止浆段的其余部分为注浆段，所述锁脚注浆锚管的注浆段上均匀设有若干个注浆孔。

5.根据权利要求1所述的一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构，其特征在于，所述超前支护打设在二次衬砌处治段落开口处上下两端，所述超前注浆导管的第一端设有加筋箍，所述超前注浆导管在处治段落开口上下打设两排注浆导管，所述超前注浆导管的第一端通过槽形钢焊接固定于二次衬砌上，注浆完成后用环氧树脂封闭管头。

6.根据权利要求1所述的一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构，其特征在于，所述环向支撑件与连接钢板进行焊接连接，所述连接钢板上开有螺栓孔，与开口处既有二次衬砌通过螺栓连接固定。

7.根据权利要求1所述的一种修复隧道二次衬砌破损的支撑结构，其特征在于，所述植筋插入开口处既有二次衬砌的预埋孔内，通过植筋胶进行粘结固定，二次衬砌支撑框架浇筑混凝土与既有二次衬砌结构通过植筋进行连接。

8.一种修复隧道二次衬砌破损的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.在拱脚处打设锁脚注浆锚管，对处治段落纵向方向前后各5m范围内打设锁脚注浆锚管，锁脚锚管沿隧道纵向间距60cm打设，所述锁脚注浆锚管以30～45°外插角穿过二衬及初支打入围岩，锁脚注浆锚管端部通过槽形钢焊接固定于二次衬砌上，锁脚注浆锚管的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa；

B.打设超前注浆导管，对二次衬砌处治段落开口上下两端沿纵向方向前后各5m范围内打设超前注浆导管，上下两端各打设两根超前导管，超前导管沿隧道纵向间距60cm打设，所述超前注浆导管以90°外插角穿过二衬及初支打入围岩，超前注浆导管端部通过槽形钢焊接固定于二次衬砌上，超前注浆导管的注浆采用水泥净浆液，注浆压力为0.5～1.0MPa，超前导管注浆完成后用环氧树脂封闭管头；

C.对隧道二次衬砌破坏的区域进行凿除，凿除深度至初期支护表面，凿除区域为隧道二次衬砌有较大裂缝的范围，但凿除高度不大于2.5m，切口处应凿毛，连接钢板处切口面需保持平整；纵向以二次衬砌破坏区域为中心，沿隧道纵向向此区域两侧分别延伸5m的范围，所述区域范围内的二次衬砌部分须凿除干净，并将浮渣清理干净；

D.将环向支撑件沿着隧道纵向间隔60cm进行设置，环向支撑件与隧道开口处既有二次衬砌两侧的端墙紧密连接，环向支撑件在连接端部焊接固定有连接钢板，连接钢板上开有螺栓孔，环向支撑件与开口处既有二次衬砌通过连接钢板螺栓连接固定；

E.相邻两榀环向支撑件通过纵向连接钢筋进行焊接连接，纵向连接钢筋的环向间距为60～100cm，相邻两榀环向支撑件之间的纵向连接钢筋需错开焊接，焊接长度不小于5倍纵向连接钢筋的直径；

F.处治段落开口处既有二次衬砌内打孔预埋植筋，将孔内的浮渣清理干净，采用植筋胶进行粘结固定，上下两端每个环向断面各埋设2根，植筋沿纵向按一定间距进行布设；

G.在环向支撑件的里侧和外侧铺设双层钢筋网，钢筋网的纵、环向间距为20～25cm，钢筋网与环向支撑件之间进行焊接连接，所有环向支撑件、超前注浆导管、纵向连接钢筋以及双层钢筋网共同构成二次衬砌支撑框架；

H.超前注浆导管和二次衬砌支撑框架施工完毕后，共同组成钢架支撑体系，然后在二次衬砌支撑框架外侧铺设支护模板进行混凝土浇筑，混凝土为防水混凝土。

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