CN204783046U - 一种基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，该基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构包括自进式中空注浆锚杆、工字钢、碳纤维编织网、U型钩以及复合砂浆层；工字钢设置在待修复隧道衬砌上；自进式中空注浆锚杆的一端沿待修复隧道衬砌的径向伸入待修复隧道衬砌中，另一端与工字钢相连；碳纤维编织网铺设在待修复隧道衬砌的内壁上并通过U型钩与设置在工字钢相连；碳纤维编织网的内表面喷射有复合砂浆层。本实用新型针对现有隧道衬砌加固技术中存在的问题，提供一种基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，该结构设计合理，力学性能好，操作简单、可操作性强、工程造价低。

Description

一种基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构

技术领域

本实用新型属于隧道工程病害防治技术领域，涉及一种隧道衬砌修复结构，尤其涉及一种基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构。

背景技术

近年来，随着我国交通建设事业的不断发展，公路隧道工程逐步向长大、深埋方向发展，其面临的水文地质、围岩类型、地形地貌等情况越来越复杂。对于运营隧道而言，随着其运营年限的不断增长，隧道逐渐出现衬砌开裂、渗漏水、变形侵限、掉块、剥落、错台等病害。据2012年全国公路隧道技术状态统计结果显示，已有运营隧道10022座，延米长共计8052.7km，其中有渗漏水病害的隧道约占65％左右，因衬砌开裂、渗漏水等原因而影响隧道运营的达3160座，占隧道总数的30％以上。据不完全统计，我国建成10年以上的隧道，约80％存在衬砌开裂、渗漏水等病害现象。这些病害不仅影响隧道内机电设备的正常使用和寿命、威胁隧道内行车的安全，还会影响公路隧道的耐久性，缩短其使用寿命，造成极大的经济损失。

随着公路隧道病害的不断涌现，对于隧道病害防治、衬砌加固、修复等方面的研究已逐渐成为一大热点问题。目前，在隧道衬砌开裂、渗漏水等病害处治方面，主要采用表面封堵、注浆堵漏、埋管引排等手段，其虽在一定程度上解决了上述病害，但由于这些处理手段具有自身的技术缺陷，处理效果并不理想，易导致病害的反复发作，其主要应用于隧道衬砌微、小病害的处理；针对隧道衬砌局部失稳、掉块、错台、大面积渗漏水等较为严重的病害，现有常用方法主要为套拱加固法，其一方面可大幅提高衬砌结构承载能力，另一方面可重新设置防排水系统，对渗漏水进行彻底处治，但由于隧道套拱厚度一般达15cm～25cm，不可避免的侵入隧道建筑限界，且工期较长，需要长时间中断交通，因此其在实际应用中局限性较大。

近年来，随着各种建筑结构新材料、新技术的不断涌现，隧道衬砌加固手段更加丰富，如外贴钢板、粘贴FRP布、碳纤维编织网增强混凝土(TRC)等，其中TRC凭借其具有良好的韧性、耐火性、耐久性、厚度小等优点而逐渐得到推广。中国专利ZL200910010259.3公开了一种用纤维编织网和精细混凝土加固建筑结构的方法，其可有效避免建筑结构界面微观裂缝的产生，有效防止界面剥离破坏，对建筑结构的加固可靠、简单、高效且环保，但其对于病害程度较严重的隧道衬砌无法产生有效的力学加固效果，仅适用于隧道衬砌表面病害处治。总之，从力学性能、经济效益等方面综合考虑，现有隧道衬砌加固技术已不能适应隧道工程养护维修的发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有隧道衬砌加固技术中存在的问题，提供一种基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，该结构设计合理，力学性能好，操作简单、可操作性强、工程造价低。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，其特征在于：所述基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构包括自进式中空注浆锚杆、工字钢、碳纤维编织网、U型钩以及复合砂浆层；所述工字钢设置在待修复隧道衬砌上；所述自进式中空注浆锚杆的一端沿待修复隧道衬砌的径向伸入待修复隧道衬砌中，另一端与工字钢相连；所述碳纤维编织网铺设在待修复隧道衬砌的内壁上并通过U型钩与设置在工字钢相连；所述碳纤维编织网的内表面喷射有复合砂浆层。

作为优选，本实用新型所采用的碳纤维编织网是一层或多层；所述复合砂浆层对应也是一层或多层；所述碳纤维编织网是多层时，所述碳纤维编织网以及复合砂浆层交替设置在待修复隧道衬砌的内壁上。

作为优选，本实用新型所采用的待修复隧道衬砌的内壁上设置有凹槽，所述工字钢埋设在凹槽中。

作为优选，本实用新型所采用的自进式中空注浆锚杆包括中空全螺纹锚杆体、螺母、止浆塞、垫板以及钻头；所述中空全螺纹锚杆体包括前端以及与远离前端的尾端；所述钻头设置在中空全螺纹锚杆体的前端；所述螺母、垫板以及止浆塞依次套在中空全螺纹锚杆体上并与中空全螺纹锚杆体螺纹连接；所述中空全螺纹锚杆体的前端沿待修复隧道衬砌的径向伸入待修复隧道衬砌中；所述中空全螺纹锚杆体的尾端与工字钢相连。

作为优选，本实用新型所采用的中空全螺纹锚杆体外径不低于Φ28mm，抗拉强度≧650MPa，长度不低于3.5m。

作为优选，本实用新型所采用的U型钩包括短脚U型钩；所述短脚U型钩包括U型钩部以及与U型钩部相连的短脚部；所述U型钩部与碳纤维编织网的纤维束交接处，所述短脚部与工字钢相连。

作为优选，本实用新型所采用的U型钩还包括长脚U型钩，所述长脚U型钩的一端钩住碳纤维编织网，另一端伸入待修复隧道衬砌上。

作为优选，本实用新型所采用的碳纤维编织网的厚度不低于0.167mm；所述碳纤维编织网中单束碳纤维的横截面面积不低于0.78mm²。

本实用新型的优点是：

本实用新型提供了一种基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，该隧道衬砌修复结构通过打设自进式中空注浆锚杆，一方面加固隧道围岩，提高围岩整体性及稳定性；另一方面浆液通过挤密和劈裂作用填充了颗粒间的孔隙并固结，从而封堵隧道围岩中的空隙、裂隙等渗水通道，降低围岩的透水性，减小隧道衬砌外水压力。本实用新型利用工字钢、碳纤维编织网、复合砂浆对隧道衬砌进行加固，既发挥了工字钢的侧向刚度大、抗弯能力强等优势，又发挥了碳纤维编织网、复合砂浆的韧性强、承载力高、耐久性好、重量轻、防寒防火性能好等优势。综上所述，该结构应用于隧道衬砌结构加固时，既从宏观上对隧道围岩及衬砌结构进行了力学加固，又从微观上避免隧道衬砌表面出现剪切剥离破坏，实现对隧道衬砌结构全面、彻底、快速的修复。本实用新型具有施工步骤简单、可操作性强、工程造价较低、承载能力强、力学性能好等优点，可又快又好的对隧道衬砌进行修复，具有较好的社会效益和经济效益。本实用新型较大幅度的提高了隧道围岩的自身强度和自稳能力；降低围岩的透水性，减小隧道衬砌外水压力；有效改善隧道衬砌结构的力学性能，提高其整体稳定性；有效避免隧道衬砌表面出现剪切剥离破坏，提高其防冻防火性能；提高了隧道运营期的安全性及耐久性。

附图说明

图1为本实用新型所提供的基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构的结构示意图；

图2为本实用新型所采用的自进式中空注浆锚杆的结构示意图；

图3为本实用新型所提供的基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构的俯视图；

图4为本实用新型所采用的工字钢以及碳纤维编织网之间相互连接的结构示意图；

图5为本实用新型所采用的长脚U型钩的结构示意图；

图6为本实用新型所采用的短脚U型钩的结构示意图；

附图标记说明如下：

1-隧道衬砌；2-自进式中空注浆锚杆；21-中空全螺纹锚杆体；22-螺母；23-垫板；24-止浆塞；25-钻头；3-工字钢；4-碳纤维编织网；5-复合砂浆；6-凹槽；71-长脚U型钩；72-短脚U型钩。

具体实施方式

一种基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，该基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构包括自进式中空注浆锚杆、工字钢、碳纤维编织网、U型钩以及复合砂浆层；工字钢设置在待修复隧道衬砌上；自进式中空注浆锚杆的一端沿待修复隧道衬砌的径向伸入待修复隧道衬砌中，另一端与工字钢相连；碳纤维编织网铺设在待修复隧道衬砌的内壁上并通过U型钩与设置在工字钢相连；碳纤维编织网的内表面喷射有复合砂浆层。

碳纤维编织网是一层或多层；复合砂浆层对应也是一层或多层；碳纤维编织网是多层时，碳纤维编织网以及复合砂浆层交替设置在待修复隧道衬砌的内壁上。

待修复隧道衬砌的内壁上设置有凹槽，工字钢埋设在凹槽中。

自进式中空注浆锚杆包括中空全螺纹锚杆体、螺母、止浆塞、垫板以及钻头；中空全螺纹锚杆体包括前端以及与远离前端的尾端；钻头设置在中空全螺纹锚杆体的前端；螺母、垫板以及止浆塞依次套在中空全螺纹锚杆体上并与中空全螺纹锚杆体螺纹连接；中空全螺纹锚杆体的前端沿待修复隧道衬砌的径向伸入待修复隧道衬砌中；中空全螺纹锚杆体的尾端与工字钢相连。中空全螺纹锚杆体外径不低于Φ28mm，抗拉强度≧650MPa，长度不低于3.5m。

U型钩包括短脚U型钩以及长脚U型钩；短脚U型钩包括U型钩部以及与U型钩部相连的短脚部；U型钩部与碳纤维编织网的纤维束交接处，短脚部与工字钢相连；长脚U型钩的一端钩住碳纤维编织网，另一端伸入待修复隧道衬砌上。

碳纤维编织网的厚度不低于0.167mm；碳纤维编织网中单束碳纤维的横截面面积不低于0.78mm²。

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的结构做进一步的详细说明：

实施例：

参见图1、图2、图3、图4，一种基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构主要由隧道衬砌1、自进式中空注浆锚杆2、工字钢3、碳纤维编织网4、复合砂浆5、凹槽6以及U型钩等组成。

凹槽6设置在隧道衬砌1上，其宽度宜为10cm，深度宜为20cm，其沿隧道轴线方向间距宜为1.5m～2.0m。

自进式中空注浆锚杆2设置在凹槽6内，其环向间距宜为0.5m，其由中空全螺纹锚杆体21、螺母22、止浆塞24、垫板23、钻头25等组成，该中空全螺纹锚杆体21外径宜为Φ28mm，抗拉强度≧650MPa，长度宜为3.5m，注浆浆液宜采用水泥水玻璃双液浆，二者体积比宜为1:0.6～1:1。

工字钢3设置在凹槽6内，其型号宜为I18，其截面高度宜为180mm，翼宽宜为94mm，翼厚宜为10.7mm，腹厚宜为6.5mm。

碳纤维编织网4厚度宜为0.167mm，网束间距为10mm，单束纤维横截面面积为0.78mm²。

碳纤维编织网4在喷射复合砂浆5之前，先用环氧树脂进行浸渍，再在其表面均匀喷撒细砂，以提高碳纤维编织网的拉拔力及碳纤维编织网与基体之间的粘结性能。

复合砂浆5由硅酸盐水泥、粉煤灰、石膏粉、玻化微珠、聚丙烯纤维、丁苯橡胶乳液、硫酸钠、硫酸铝、铁粉、减水剂、引气剂组成，各组分的具体配合比为硅酸盐水泥:粉煤灰:石膏粉:玻化微珠:聚丙烯纤维:丁苯橡胶乳液:硫酸钠:硫酸铝:铁粉:减水剂:引气剂＝80:20:60:30:3:1:1:1:2:3:3。

参见图5以及图6，U型钩分为长脚U型钩71和短脚U型钩72，长脚U型钩71从顶端到两个脚段长度分别为6mm和50mm，短脚U型钩72从顶端到两个脚段长度分别为6mm和15mm。

基于本实用新型所提供的基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构在对对隧道衬砌快速修复时，其具体方式是

A.施作凹槽、处理隧道衬砌表面：首先用专业混凝土切割机在隧道衬砌表面切割两条平行切缝，缝间距为10cm，其次用钢凿凿除两切缝间的混凝土，形成底面为平面、深度为20cm的凹槽，再用钢丝刷刷除凹槽内浮渣，并用水清洗干净，同时利用高压气锤将隧道衬砌表面进行凿毛处理，清洗并去除混凝土碎屑；

B.径向注浆加固：在隧道衬砌凹槽内沿环向打设自进式中空注浆锚杆，使其沿径向伸入到衬砌背后围岩中，卸下钻机，安装止浆塞，然后通过注浆机将锚杆尾端与注浆泵相连，压注水泥水玻璃双液浆，待注浆完成后，安装垫板及螺母；

C.嵌入工字钢：将工字钢嵌入到凹槽内，并使其与中空全螺纹锚杆体尾部进行焊接；

D.铺设第一层碳纤维编织网：在隧道衬砌表面钻孔，孔间距宜为20mm，孔径宜为6mm，孔深宜为30mm，钻孔完成后用水清除孔内浮渣，并在工字钢翼缘焊接短脚U型钩，其环向间隔20mm，铺设第一层碳纤维编织网，使得工字钢翼缘上的短脚U型钩勾住碳纤维编织网的纤维束交接处，然后用长脚U型钩一端勾住碳纤维编织网，另一端插入钻孔，利用环氧树脂胶注入钻孔内以固定U型钩；

E.喷射第一层复合砂浆：待隧道衬砌表面用水浸湿后，将配制好的复合砂浆喷射到第一层碳纤维编织网和隧道衬砌之间，及碳纤维编织网的表面，该层复合砂浆层厚度宜为5mm；

复合砂浆由硅酸盐水泥、粉煤灰、石膏粉、玻化微珠、聚丙烯纤维、丁苯橡胶乳液、硫酸钠、硫酸铝、铁粉、减水剂以及引气剂制备而成；复合砂浆中各组分的具体配合比为硅酸盐水泥：粉煤灰：石膏粉：玻化微珠：聚丙烯纤维：丁苯橡胶乳液：硫酸钠：硫酸铝：铁粉：减水剂：引气剂＝80：20：60：30：3：1：1：1：2：3：3；

在喷射复合砂浆之前，先用环氧树脂对碳纤维编织网进行浸渍，再在碳纤维编织网表面均匀喷撒细砂，该细砂粒径为0.5mm～0.8mm，每平米碳纤维编织网喷撒细砂约1.3kg～1.5kg。

F.铺设第二层碳纤维编织网、喷射第二层复合砂浆：在第一层复合砂浆凝固之前，铺设第二层碳纤维编织网，用短脚U型钩一端勾住碳纤维编织网，另一端插入第一层复合砂浆中，喷射第二层复合砂浆，该层复合砂浆层厚度宜为3mm；

G.复合砂浆养护：在复合砂浆表面喷洒薄膜养生液，养护至龄期。

由图1、3可知，自进式中空注浆锚杆2一方面加固隧道围岩，提高围岩整体性及稳定性；另一方面浆液通过挤密和劈裂作用填充了颗粒间的孔隙并固结，从而封堵隧道围岩中的空隙、裂隙等渗水通道，降低围岩的透水性，减小隧道衬砌1外水压力。同时，通过自进式中空注浆锚杆2与工字钢3的焊接，提高了该衬砌修复结构的整体性，使其力学性能更加稳定。利用U型钩将工字钢3与碳纤维编织网4相连接，再喷射复合砂浆5，既发挥了工字钢3的侧向刚度大、抗弯能力强等优势，又发挥了碳纤维编织网4及复合砂浆5的韧性强、承载力高、耐久性好、重量轻、防寒防火性能好等优势。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照最佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，其特征在于：所述基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构包括自进式中空注浆锚杆、工字钢、碳纤维编织网、U型钩以及复合砂浆层；所述工字钢设置在待修复隧道衬砌上；所述自进式中空注浆锚杆的一端沿待修复隧道衬砌的径向伸入待修复隧道衬砌中，另一端与工字钢相连；所述碳纤维编织网铺设在待修复隧道衬砌的内壁上并通过U型钩与设置在工字钢相连；所述碳纤维编织网的内表面喷射有复合砂浆层。

2.根据权利要求1所述的基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，其特征在于：所述碳纤维编织网是一层或多层；所述复合砂浆层对应也是一层或多层；所述碳纤维编织网是多层时，所述碳纤维编织网以及复合砂浆层交替设置在待修复隧道衬砌的内壁上。

3.根据权利要求2所述的基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，其特征在于：所述待修复隧道衬砌的内壁上设置有凹槽，所述工字钢埋设在凹槽中。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，其特征在于：所述自进式中空注浆锚杆包括中空全螺纹锚杆体、螺母、止浆塞、垫板以及钻头；所述中空全螺纹锚杆体包括前端以及与远离前端的尾端；所述钻头设置在中空全螺纹锚杆体的前端；所述螺母、垫板以及止浆塞依次套在中空全螺纹锚杆体上并与中空全螺纹锚杆体螺纹连接；所述中空全螺纹锚杆体的前端沿待修复隧道衬砌的径向伸入待修复隧道衬砌中；所述中空全螺纹锚杆体的尾端与工字钢相连。

5.根据权利要求4所述的基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，其特征在于：所述中空全螺纹锚杆体外径不低于Φ28mm，抗拉强度≧650MPa，长度不低于3.5m。

6.根据权利要求5所述的基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，其特征在于：所述U型钩包括短脚U型钩；所述短脚U型钩包括U型钩部以及与U型钩部相连的短脚部；所述U型钩部与碳纤维编织网的纤维束交接处，所述短脚部与工字钢相连。

7.根据权利要求6所述的基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，其特征在于：所述U型钩还包括长脚U型钩，所述长脚U型钩的一端钩住碳纤维编织网，另一端伸入待修复隧道衬砌上。

8.根据权利要求7所述的基于碳纤维编织网的隧道衬砌快速修复结构，其特征在于：所述碳纤维编织网的厚度不低于0.167mm；所述碳纤维编织网中单束碳纤维的横截面面积不低于0.78mm²。