CN116006220A - 一种隧道套衬加固结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供了一种隧道套衬加固结构，包括：至少两个相对设置的工字型材，所述工字型材沿隧道衬砌的周向内壁环绕设置；各个所述工字型材沿隧道衬砌的纵向排布、且分别与隧道衬砌固定连接；U形模板，固设于相邻所述工字型材间，且与隧道衬砌固定；所述工字型材、所述U形模板和隧道衬砌的内壁形成浇筑空腔；后浇混凝土层，位于所述浇筑空腔内。上述通过在工厂将工字型材和U型模板预制完成，在施工现场即可立即组装使用，工字型材和U型模板在作为浇筑混凝土的外模板的同时，也作为承载结构与后浇筑混凝土共同受力，免去了传统模筑混凝土中后期拆除模板步骤，减少了现场绑扎钢筋工序，能显著提高施工速度，大大减少对现场的人工需求。

Description

一种隧道套衬加固结构及施工方法

技术领域

本申请涉及隧道施工技术领域，具体地，涉及一种隧道套衬加固结构及施工方法。

背景技术

目前一般山岭隧道采用矿山法施工为主，初期支护和二次衬砌基本在现场浇筑施作，施工环境十分恶劣，施工质量很难得到保障。已建成的山岭隧道在投入使用后会产生不同程度的病害，其中衬砌开裂、脱空、掉块、渗漏水等最为常见。隧道出现病害后，会导致隧道结构受力性能降低，从而影响隧道衬砌结构稳定，缩短结构使用寿命，严重时将危及行车安全。随着我国铁路和公路隧道运营期的不断增长，隧道衬砌病害也逐渐步入高发期，我国交通隧道将会从建设高峰期逐渐过渡到养护维修高峰期。

既有铁路隧道出现衬砌裂损、掉块风险时，常用的整治措施有局部拆换、采用现浇钢筋混凝土套衬、采用喷混凝土套衬、采用拼装式波纹钢板、采用锚杆+W钢带等加固措施。对病害程度较严重时，常采用现浇钢筋混凝土套衬的加固措施。现浇钢筋混凝土套衬需要经过既有衬砌凿毛、打钎钉、架立钢架、施作锁脚锚杆、绑扎钢筋、安装钢模板或竹胶板模板、灌注混凝土、回填注浆、拆模、打磨等多个环节，施工工序多，施工周期长，施工风险高。尤其是打钎钉、绑扎钢筋和安拆模板环节费时费力，成为制约隧道整治施工的关键环节。

发明内容

本申请实施例中提供了一种隧道套衬加固结构，以解决现有隧道现浇钢筋混凝土套衬方式施工工序多、施工周期长等问题。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种隧道套衬加固结构，包括：

工字型材，所述工字型材沿隧道衬砌的周向内壁环绕设置；至少两个所述工字型材沿隧道衬砌的纵向排布、且分别与隧道衬砌固定连接；

U形模板，固设于相邻所述工字型材间，且与隧道衬砌固定；所述工字型材、所述U形模板和隧道衬砌的内壁形成浇筑空腔；

后浇混凝土层，位于所述浇筑空腔内。

可选地，所述工字型材和所述U形模板分别具有安装孔；

所述隧道套衬加固结构还包括纵向对拉锚杆，所述纵向对拉锚杆沿隧道衬砌的纵向设置，且所述纵向对拉锚杆的端部穿过所述安装孔将所述工字型材和所述U形模板固定。

可选地，所述U形模板包括环形底壁和两个环形侧壁，所述环形底壁与隧道衬砌的周向内壁对应，两个所述环形侧壁位于所述环形底壁的宽度方向的两端；所述环形侧壁上分别设有所述安装孔。

可选地，还包括：

若干个径向锚杆，所述径向锚杆的两端分别与所述环形底壁和隧道衬砌固定；所述径向锚杆沿所述环形底壁的周向均匀设置。

可选地，每相邻两个所述工字型材间均设有一个所述U形模板。

可选地，还包括：

上部混凝土基础和下部混凝土基础，均位于隧道衬砌的墙角处；在竖直方向上，所述工字型材位于所述上部混凝土基础和所述下部混凝土基础之间；

化学锚栓，分别与所述工字型材和所述下部混凝土基础连接，用于固定所述工字型材和所述下部混凝土基础；

所述上部混凝土基础用于将漏出的所述化学螺栓和所述工字型材浇筑固定。

可选地，所述工字型材包括：

依次连接的上底壁、侧壁和下底壁，所述侧壁上设有所述安装孔；所述下底壁与隧道衬砌的周向内壁对应且经所述化学锚栓固定；

所述侧壁与所述环形侧壁、所述上底壁与所述环形底壁间分别对应设置。

可选地，还包括：

锁脚锚杆，位于隧道衬砌的墙角处，且沿隧道衬砌的径向将所述工字型材和隧道衬砌固定。

可选地，所述工字型材为玄武岩纤维增强复合材料；所述U形模板为玄武岩纤维增强复合材料；

所述后浇混凝土层为超高性能混凝土层或高强自密实混凝土层。

本申请提供一种基于上述实施例任一项所述的隧道套衬加固结构的施工方法，其特征在于，所述方法包括：

在隧道待加固区域或病害区域按预设间距架设至少两个相对设置的工字型材，并通过化学螺栓将工字型材与隧道衬砌固定；

在相邻所述工字型材间设置U形模板，通过径向锚杆将U形模板和隧道衬砌锚固并进行注浆固定；

安装纵向对拉锚杆固定U形模板和工字型材；

在工字型材两侧墙脚位置打设锁脚锚杆并注浆固定；

在工字型材底部设置垫板并打设化学螺栓至硬化后的下部混凝土基础中，并浇筑上部混凝土基础；

在工字型材、所述U形模板和隧道衬砌的内壁形成浇筑空腔中浇筑超高性能混凝土和钢纤维或短切玄武岩纤维混合料，或浇筑高强自密实混凝土和钢纤维或短切玄武岩纤维混合料。

本申请实施例提供的隧道套衬加固结构，包括：工字型材，工字型材沿隧道衬砌的周向内壁环绕设置；至少两个工字型材沿隧道衬砌的纵向排布、且分别与隧道衬砌固定连接；U形模板，固设于相邻工字型材间，且与隧道衬砌固定；工字型材、U形模板和隧道衬砌的内壁形成浇筑空腔；后浇混凝土层，位于浇筑空腔内。

采用本申请实施例中提供的一种隧道套衬加固结构，相较于现有技术，具有以下技术效果：

本申请提供的隧道套衬加固结构，沿隧道衬砌的纵向设置若干个工字型材，各工字型材沿隧道衬砌的周向内壁环绕设置，且在相邻工字型材间设置U形模板，工字型材、U形模板和隧道衬砌的内壁形成浇筑空腔，在浇筑空腔内浇筑混凝土形成后浇混凝土层，实现隧道内壁的加固；上述加固装置施工速度快，其通过在工厂将工字型材和U型模板预制完成，在施工现场即可立即组装使用，并且工字型材和U型模板在作为浇筑混凝土的外模板的同时，也作为承载结构与后浇筑混凝土共同受力，免去了传统模筑混凝土中后期拆除模板的步骤，减少了现场绑扎钢筋工序，能显著提高施工速度，大大减少对现场的人工需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种隧道套衬加固结构的结构示意图；

图2为图1的局部剖视结构示意图；

图3为本申请实施例提供的锁脚锚杆的位置结构示意图；

图4为本申请实施例提供的U形模板的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的工字型材的结构示意图。

附图中标记如下：

隧道衬砌1、U形模板2、后浇混凝土层3、径向锚杆4、混凝土基础5、锁脚锚杆6、工字型材7、纵向对拉锚杆8、化学锚栓9、化学螺栓10、安装孔11、径向锚杆孔12、化学锚栓孔13。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种隧道套衬加固结构，以解决现有隧道现浇钢筋混凝土套衬方式施工工序多、施工周期长等问题。

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1-5，图1为本申请实施例提供的一种隧道套衬加固结构的结构示意图；图2为图1的局部剖视结构示意图；图3为本申请实施例提供的锁脚锚杆的位置结构示意图；图4为本申请实施例提供的U形模板的结构示意图；图5为本申请实施例提供的工字型材的结构示意图。

在一种具体的实施方式中，本申请提供的隧道套衬加固结构，包括至少两个相对设置的工字型材7，工字型材7沿隧道衬砌1的周向内壁环绕设置；各个工字型材7沿隧道衬砌1的纵向排布、且分别与隧道衬砌1固定连接；U形模板2，固设于相邻工字型材7间，且与隧道衬砌1固定。工字型材7的个数根据隧道衬砌1的长度进行设置，各工字型材7在隧道衬砌1的纵向间隔设置，优选为均匀排布，以便于设置。工字型材7与隧道衬砌1通过螺栓进行连接，优选为化学螺栓10，具体可根据需要进行设置，均在本申请的保护范围内。可理解，工字型材7沿隧道衬砌1的周向内壁环绕设置，优选为从隧道衬砌1的环向一侧延伸至另一侧设置，工字型材7可设置为一体式结构或分体式结构，当其为分体式结构时，在沿隧道衬砌1的周向内壁环绕设置时，相邻工字型材7间拼装，可通过卡接或紧固件进行固定，以将工字型材7模块化设置，便于生产搬运。在一种实施例中，工字型材7包括上底壁、侧壁和下底壁，三者依次连接，其中下底壁与隧道衬砌1的周向内壁对应，二者间设有间隔，以便于后期浇筑混凝土；优选地，在下底壁上设置化学锚栓孔13以与化学锚栓9实现与隧道衬砌1的固定。

U形模板2的槽口与隧道衬砌1的周向内壁对应，U形模板2沿隧道衬砌1的纵向位于相邻工字型材7间，优选为每两个相邻工字型材7间均分别设有U形模板2；U形模板2与隧道衬砌1通过径向锚杆4进行固定。可理解，工字型材7、U形模板2和隧道衬砌1的内壁形成浇筑空腔；后浇混凝土层3位于浇筑空腔内，以实现对隧道套衬的内壁加固。

采用本申请实施例中提供的一种隧道套衬加固结构，相较于现有技术，具有以下技术效果：

本申请提供的隧道套衬加固结构，沿隧道衬砌1的纵向设置若干个工字型材7，各工字型材7沿隧道衬砌1的周向内壁环绕设置，且在相邻工字型材7间设置U形模板2，工字型材7、U形模板2和隧道衬砌1的内壁形成浇筑空腔，在浇筑空腔内浇筑混凝土形成后浇混凝土层3，实现隧道内壁的加固；上述加固装置施工速度快，其通过在工厂将工字型材7和U型模板预制完成，在施工现场即可立即组装使用，并且工字型材7和U型模板在作为浇筑混凝土的外模板的同时，也作为承载结构与后浇筑混凝土共同受力，免去了传统模筑混凝土中后期拆除模板的步骤，减少了现场绑扎钢筋工序，能显著提高施工速度，大大减少对现场的人工需求。

可理解，上述工字型材7和U形模板2间可通过卡接进行固定，而为了实现工字型材7和U形模板2的固定，工字型材7和U形模板2分别设有安装孔11，隧道套衬加固结构还包括纵向对拉锚杆8，纵向对拉锚杆8沿隧道衬砌1的纵向延伸，且端部分别与安装孔11配合，以在纵向对拉锚杆8的两端将工字型材7和U形模板2进行纵向连接。

其中，U形模板2包括环形底壁和两个环形侧壁，环形底壁与隧道衬砌1的周向内壁对应，两个环形侧壁位于环形底壁的宽度方向的两端；环形侧壁上分别设有安装孔11，工字型材7的侧壁上设有安装孔11，以通过纵向对拉锚杆8与工字型材7固定。

而为了将U形模板2与隧道衬砌1固定，上述加固装置还包括径向锚杆4，其两端分别与环形底壁和隧道衬砌1固定，即沿隧道衬砌1的径向设置，根据环形底壁的长度设置径向锚杆4，各径向锚杆4优选在环形底壁上均匀设置，以便于均匀受力；相应地，在U形模板2上设置径向锚杆孔12。

在该具体实施例中，为了实现工字型材7与隧道衬砌1的固定，上述加固装置还包括上部混凝土基础5和下部混凝土基础5，二者均位于隧道衬砌1的墙角处，在竖直方向上，工字型材7位于上部混凝土基础5和下部混凝土基础5之间，具体的，工字型材7的底部和下部混凝土基础5之间设置底板，化学锚栓9分别与工字型材7和下部混凝土基础5连接，以实现二者的固定；固定后，上部混凝土基础5用于将漏出的化学螺栓10和工字型材7浇筑固定。

进一步地，加固装置还包括锁脚锚杆6，位于隧道衬砌1的墙角处，且沿隧道衬砌1的径向将工字型材7和隧道衬砌1固定。

在一种实施例中，工字型材7的下底壁与隧道衬砌1的周向内壁对应且经化学锚栓9固定。

具体的，工字型材7为玄武岩纤维增强复合材料((basalt fiber reinforcedpolymer，简称BFRP)；U形模板2为玄武岩纤维增强复合材料BFRP；后浇混凝土层3为超高性能混凝土层(Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC)或高强自密实混凝土层，纵向对拉锚杆8为BFRP锚杆，径向锚杆4为BFRP锚杆，上部混凝土基础5和下部混凝土基础5为C35混凝土基础5，其中C35为按照GB50010-2010《混凝土结构设计规范》规定等级。

在一种具体的实施例中，玄武岩纤维(BFRP)工字型材7通过螺栓连接形成与隧道内轮廓相同的形状，放置于每环玄武岩纤维(BFRP)U型模板结构两端，作为固定U型模板的支点和后浇混凝土端模；隧道边墙底部适当凿除后，浇筑下部C35混凝土基础5，放置玄武岩纤维(BFRP)工字型材7于基础之上，底部工字型材7底部设置垫板；优选地，化学螺栓10待下部C35混凝土基础5硬化后打入其中，起到固定玄武岩纤维(BFRP)工字型材7的作用；优选地，上部C35混凝土基础5将露出的化学螺栓10和底部玄武岩纤维(BFRP)工字型材7浇筑在一起；锁脚锚杆6打设于底部玄武岩纤维(BFRP)工字型材7背后，起到保持环形工字型材7底部稳定的作用；玄武岩纤维(BFRP)U型模板和玄武岩纤维(BFRP)工字型材7通过拼接的方式连接在一起，并通过玄武岩纤维(BFRP)对拉锚杆穿过工字型材7和U型模板的预留孔洞进行纵向连接；优选地，玄武岩纤维(BFRP)径向锚杆4通过U型模板的预留孔洞与既有隧道衬砌1进行径向连接，作为支撑模板的拉筋；后浇段UHPC超高性能混凝土或高强自密实混凝土层在玄武岩纤维(BFRP)工字型材7和玄武岩纤维(BFRP)U型模板拼装完成后进行浇筑；浇筑材料为超高性能钢筋混凝土；或者浇筑材料为UHPC超高性能混凝土中掺加钢纤维或短切玄武岩纤维混合料，或者浇筑材料为高强自密实混凝土中掺加钢纤维或短切玄武岩纤维，以增强混凝土的力学性能。优选地，玄武岩纤维(BFRP)对拉锚杆和玄武岩纤维(BFRP)径向锚杆4浇筑在后浇段混凝土内；优选地，化学螺栓10贯穿玄武岩纤维(BFRP)工字型材7与既有隧道衬砌1，将其连接固定在一起。

上述隧道模筑一体化套衬加固结构施工速度快，其通过在工厂将工字型材7和U型模板预制完成，在施工现场即可立即组装使用，并且工字型材7和U型模板在作为浇筑混凝土的外模板的同时，也作为承载结构与后浇筑混凝土共同受力，免去了传统模筑混凝土中后期拆除模板的步骤，减少了现场绑扎钢筋工序，能显著提高施工速度，大大减少对现场的人工需求。U型模板、工字型材7、钢筋网、锚杆等所采取的玄武岩纤维复合材料具有力学性能好、耐腐蚀、耐高温、绝缘抗磁、耐燃烧、环保的特点，较钢模板自重更轻，更便于现场施工吊装，且可以通过与之配套的隧道病害整治作业台车实现机械化、智能化施工。后浇筑混凝土采用UHPC超高性能混凝土掺加钢纤维或短切玄武岩纤维制作，或后浇筑混凝土采用高强自密实混凝土中掺加钢纤维或短切玄武岩纤维制作，其抗压和抗拉性能优异，能显著提高套衬结构的耐久性，较传统混凝土能减少结构厚度一半左右，减少对既有隧道净空的侵占。

基于上述加固装置，本申请还提供一种隧道套衬加固结构的施工方法，方法包括：

S11：在隧道待加固区域或病害区域按预设间距架设至少两个相对设置的工字型材7，并通过化学螺栓10将工字型材7与隧道衬砌1固定；

S12：在相邻工字型材7间设置U形模板2，通过径向锚杆4将U形模板2和隧道衬砌1锚固并进行注浆固定；

S13：安装纵向对拉锚杆8固定U形模板2和工字型材7；

S14：在工字型材7两侧墙脚位置打设锁脚锚杆6并注浆固定；

S15：在工字型材7底部设置垫板并打设化学螺栓10至硬化后的下部混凝土基础5中，并浇筑上部混凝土基础5；

S16：在工字型材7、U形模板2和隧道衬砌1的内壁形成浇筑空腔中浇筑超高性能混凝土和掺加钢纤维或短切玄武岩纤维混合料，或浇筑高强自密实混凝土和钢纤维或短切玄武岩纤维混合料。

在S11之前，所述方法还包括：在隧道待加固区域或病害区域进行凿毛，对两侧墙脚进行凿除；测量放线确定基础标高，灌注下部混凝土基础5并找平。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种隧道套衬加固结构，其特征在于，包括：

工字型材，所述工字型材沿隧道衬砌的周向内壁环绕设置；至少两个所述工字型材沿隧道衬砌的纵向排布、且分别与隧道衬砌固定连接；

U形模板，固设于相邻所述工字型材间，且与隧道衬砌固定；所述工字型材、所述U形模板和隧道衬砌的内壁形成浇筑空腔；

后浇混凝土层，位于所述浇筑空腔内。

2.根据权利要求1所述的隧道套衬加固结构，其特征在于，所述工字型材和所述U形模板分别具有安装孔；

所述隧道套衬加固结构还包括纵向对拉锚杆，所述纵向对拉锚杆沿隧道衬砌的纵向设置，且所述纵向对拉锚杆的端部穿过所述安装孔将所述工字型材和所述U形模板固定。

3.根据权利要求2所述的隧道套衬加固结构，其特征在于，所述U形模板包括环形底壁和两个环形侧壁，所述环形底壁与隧道衬砌的周向内壁对应，两个所述环形侧壁位于所述环形底壁的宽度方向的两端；所述环形侧壁上分别设有所述安装孔。

4.根据权利要求3所述的隧道套衬加固结构，其特征在于，还包括：

若干个径向锚杆，所述径向锚杆的两端分别与所述环形底壁和隧道衬砌固定；所述径向锚杆沿所述环形底壁的周向均匀设置。

5.根据权利要求1所述的隧道套衬加固结构，其特征在于，每相邻两个所述工字型材间均设有一个所述U形模板。

6.根据权利要求3所述的隧道套衬加固结构，其特征在于，还包括：

上部混凝土基础和下部混凝土基础，均位于隧道衬砌的墙角处；在竖直方向上，所述工字型材位于所述上部混凝土基础和所述下部混凝土基础之间；

化学锚栓，分别与所述工字型材和所述下部混凝土基础连接，用于固定所述工字型材和所述下部混凝土基础；

所述上部混凝土基础用于将漏出的所述化学螺栓和所述工字型材浇筑固定。

7.根据权利要求6所述的隧道套衬加固结构，其特征在于，所述工字型材包括：

依次连接的上底壁、侧壁和下底壁，所述侧壁上设有所述安装孔；所述下底壁与隧道衬砌的周向内壁对应且经所述化学锚栓固定；

所述侧壁与所述环形侧壁、所述上底壁与所述环形底壁间分别对应设置。

8.根据权利要求1所述的隧道套衬加固结构，其特征在于，还包括：

锁脚锚杆，位于隧道衬砌的墙角处，且沿隧道衬砌的径向将所述工字型材和隧道衬砌固定。

9.根据权利要求1所述的隧道套衬加固结构，其特征在于，所述工字型材为玄武岩纤维增强复合材料；所述U形模板为玄武岩纤维增强复合材料；

所述后浇混凝土层为超高性能混凝土层或高强自密实混凝土层。

10.一种基于上述权利要求1-9任一项所述的隧道套衬加固结构的施工方法，其特征在于，所述方法包括：

在隧道待加固区域或病害区域按预设间距架设至少两个相对设置的工字型材，并通过化学螺栓将工字型材与隧道衬砌固定；

在相邻所述工字型材间设置U形模板，通过径向锚杆将U形模板和隧道衬砌锚固并进行注浆固定；

安装纵向对拉锚杆固定U形模板和工字型材；

在工字型材两侧墙脚位置打设锁脚锚杆并注浆固定；

在工字型材底部设置垫板并打设化学螺栓至硬化后的下部混凝土基础中，并浇筑上部混凝土基础；

在工字型材、所述U形模板和隧道衬砌的内壁形成浇筑空腔中浇筑超高性能钢筋混凝土、超高性能混凝土和钢纤维或短切玄武岩纤维混合料、高强自密实混凝土和钢纤维或短切玄武岩纤维混合料中的一者。

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