CN220748285U - 一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构，包括开设于原衬砌结构内的凹槽，凹槽内设有与其配合的钢板，钢板内侧及凹槽内表面之间的间隙设有微膨胀砂浆填充层，凹槽外表面及钢板外侧设有微膨胀砂浆补平层，钢板、凹槽及原衬砌结构内穿设有植筋；本实用新型在钢板内侧及凹槽内表面之间设置微膨胀砂浆填充层后，微膨胀砂浆体积膨胀，会在钢板与衬砌之间会产生预压应力，从而提高传力效率；植筋既可将钢板受力传递到围岩，也起到固定钢板的作用；在衬砌结构上刻槽安装加固钢板，并通过设置微膨胀砂浆补平层，最终可以恢复衬砌结构原貌，在提高隧洞衬砌结构刚度的同时，不影响隧洞衬砌外观、不侵占隧洞净空，并能有效防止钢板腐蚀。

Description

一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构

技术领域

本实用新型涉及隧洞加固技术领域，具体地指一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构。

背景技术

隧洞在使用过程中，由于各种原因会出现不同程度的缺陷：如衬砌变形、开裂、错台、掉块等。隧洞缺陷的产生不仅影响了隧洞的安全运行，还会降低隧洞的使用寿命，甚至造成潜在的重大经济损失和不良社会影响。为保证隧洞的安全运行、延长隧洞的使用年限，需对出现缺陷的隧洞采取及时、有效的加固措施。

粘钢加固法因其施工程序简单、施工周期短、占用断面小等优点，在隧洞的补强加固中有着较为广泛的应用，但其同时也具有以下一些不足：粘钢加固易发生胶层脱粘导致钢板与衬砌之间仅通过锚栓传力，传力效率不足；钢板厚度虽不大，但加上胶层、表面防护砂浆等的厚度，仍对隧洞净空有一定的侵占；钢板直接暴露在空气中或水流中，虽有防腐蚀措施，但仍易出现钢板腐蚀现象。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构，以解决背景技术中提出的问题。

本实用新型为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构，包括开设于原衬砌结构内的凹槽，所述凹槽内设有与其配合的钢板，钢板内侧及凹槽内表面之间的间隙设有微膨胀砂浆填充层，所述凹槽外表面及钢板外侧设有微膨胀砂浆补平层，所述钢板、凹槽及原衬砌结构内穿设有植筋。

优选地，所述钢板包括底板段、左边墙段、右边墙段和拱部段。

优选地，所述植筋伸出钢板的外端部设有外螺纹，其与螺母配合。

优选地，所述钢板的底板段钻孔并安装进浆管，所述钢板的拱部段钻孔并安装出浆管。

优选地，所述钢板的底板段中心位置钻孔并安装进浆管，所述钢板的拱部段中心位置钻孔并安装出浆管。

优选地，所述底板段、左边墙段和右边墙段分别沿环向均匀间隔钻3个用于穿设植筋的钻孔，所述拱部段沿环向均匀间隔钻5个用于穿设植筋的钻孔。

本实用新型的有益效果：

本实用新型在钢板内侧及凹槽内表面之间设置微膨胀砂浆填充层后，微膨胀砂浆体积膨胀，会在钢板与衬砌之间会产生预压应力，从而提高传力效率；植筋既可将钢板受力传递到围岩，也起到固定钢板的作用；在衬砌结构上刻槽安装加固钢板，并通过设置微膨胀砂浆补平层，最终可以恢复衬砌结构原貌，在提高隧洞衬砌结构刚度的同时，不影响隧洞衬砌外观、不侵占隧洞净空，并能有效防止钢板腐蚀。

附图说明

图1 为一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构示意图；

图2为图1中左边墙段植筋部位局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1和2所示，一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构，包括开设于原衬砌结构1内的凹槽2，所述凹槽2内设有与其配合的钢板3，钢板3内侧及凹槽2内表面之间的间隙设有微膨胀砂浆填充层4，所述凹槽2外表面及钢板3外侧设有微膨胀砂浆补平层6，所述钢板3、凹槽2及原衬砌结构1内穿设有植筋5。

优选地，所述钢板3包括底板段3.1、左边墙段3.2、右边墙段3.3和拱部段3.4。

优选地，所述植筋5伸出钢板3的外端部设有外螺纹，其与螺母配合。

优选地，所述钢板3的底板段3.1钻孔并安装进浆管，所述钢板3的拱部段3.4钻孔并安装出浆管。

优选地，所述钢板3的底板段3.1中心位置钻孔并安装进浆管，所述钢板3的拱部段3.4中心位置钻孔并安装出浆管。

优选地，所述底板段3.1、左边墙段3.2和右边墙段3.3分别沿环向均匀间隔钻3个用于穿设植筋5的钻孔，所述拱部段3.4沿环向均匀间隔钻5个用于穿设植筋5的钻孔。

本实施例公开预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构的隧洞加固方法，它包括下述步骤：

S1、测量定位及钢板加工

在隧洞衬砌结构待加固部位进行测量定位，用红油漆标记出开槽的边界线，以便后续切割开槽；同时将加固钢板按衬砌形状进行加工，应满足钢板可置入后续开设的凹槽且间隙控制在1cm以内；定位钢板与植筋连接部位并打孔，且在拱部钢板及底部钢板上各打一孔以备安装进浆管和出浆管之用，对钢板表面进行防腐蚀处理；

本实施例中，选用10mm厚钢板，按凹槽形状对钢板加工，边墙钢板尺寸为2.1m×3.2m×10mm，底板钢板尺寸为2.1m×4.2m×10mm，拱部钢板加工为半圆形钢板，内径为2.15m，沿隧洞轴向长度为2.1m；在钢板上标出植筋穿过部位，打孔以使植筋顺利通过；对加工完成的钢板进行防腐处理，在开阔地带人工用刮刀、钢丝刷等去钢板表面的铁锈、油污、毛刺等，待钢材表面干燥后进行防腐涂刷，涂刷材料为树脂玻璃鳞片材料，涂层厚度为0.5mm。

S2、原衬砌结构开槽

按红油漆标记线在隧洞衬砌结构待加固部位全断面开设凹槽，凹槽内表面形状与原衬砌结构形状一致，对凹槽内裂缝进行修补；凹槽深度应大于钢板厚度与钢板-凹槽内表面间隙之和；用红油漆标记出钻孔植筋部位，以便后续钻孔植筋；

具体地，开槽方式为：凹槽尺寸定位沿隧洞轴向2.14m，槽深10cm，在施工部位搭设脚手架，用油漆标线标识刻槽位置，采用手持砂轮切割机沿标线切入衬砌混凝土2cm刻线，然后采用风镐从拱顶向两侧沿刻线破除混凝土，破除深度为10cm；破除混凝土时，及时清运产生的混凝土碎块。

S3、钻孔植筋

按红油漆标记部位钻孔，深入围岩，孔深与钢筋植入深度一致，孔径比钢筋直径大2～4mm，对于钢筋混凝土衬砌，孔位应避开原衬砌结构内钢筋；边墙及底板部位分别沿环向均匀间隔钻3个孔，拱部沿环向均匀间隔钻5个孔，沿隧洞轴向每0.5m钻一个孔；通入高压风清孔，将孔内壁及根部残留废土清除干净，将植筋胶自孔底灌注至孔深2/3处，插入钢筋至孔底，清除溢出胶液，不得扰动植筋，24h后进行下道工序；

具体地，植筋孔布设方案为：边墙及底板部位分别沿环向均匀间隔钻3个孔，拱部沿环向均匀间隔钻5个孔；植筋孔沿隧洞轴向距凹槽边缘7cm处开始钻孔，间距为0.5m，共四排；在凹槽内用油漆标记钻孔点，植筋选用1.2m 长的Ф20螺纹钢筋，植筋孔打入围岩，深度为1.1m，孔径为15mm。

S4、钢板安装

将拱部钢板吊装至距凹槽内表面4cm处，先用千斤顶加力支撑，然后通过旋入螺帽将钢板固定；安装左右边墙钢板至距凹槽内表面4cm处，通过在植筋外端旋入螺帽将钢板固定；安装底部钢板至距凹槽内表面4cm处，通过在植筋外端旋入螺帽将钢板固定；在钢板两侧与凹槽内表面的间隙涂抹结构胶，钢板与钢板之间进行焊接处理，以形成封闭区域；在拱顶钢板上安装1根直径3cm的出浆管，安装到与凹槽内表面接触；在底部钢板上安装一根直径3cm的进浆管，安装到钢板与凹槽内表面之间的位置；

本实施例中，所述钢板安装时与凹槽内表面间隙为4cm，与凹槽两侧距离为2cm，钢板放置到指定位置后，通过在植筋外端旋入螺帽来固定。

S5、填充微膨胀砂浆

通过进浆管向钢板与凹槽内表面间隙填充大流动性微膨胀砂浆，在灌浆过程中不断用木棍敲击震动钢板以使所灌砂浆更容易密实，至出浆管均匀冒出微膨胀砂浆后，持续十余秒，可以结束填充微膨胀砂浆；形成微膨胀砂浆填充层。本实施例中，微膨胀砂浆填充层所用到的大流动性微膨胀砂浆由以下重量份的组分组成：水160份，水泥227份，中砂560份，细砂400份，粉煤灰97份，硅灰56份，减水剂20份，硫铝酸钙类膨胀剂42份。

S6、恢复衬砌结构外观

待填充的大流动性微膨胀砂浆终凝之后，切除进浆管、出浆管以及植筋的外露部分；采用大流动性微膨胀砂浆抹平凹槽，恢复原衬砌结构外观，合理养护，时间不得少于7d；形成微膨胀砂浆补平层。本实施例中，微膨胀砂浆补平层所用到的大流动性微膨胀砂浆由以下重量份的组分组成：水160份，水泥227份，中砂560份，细砂400份，粉煤灰97份，硅灰56份，减水剂20份，硫铝酸钙类膨胀剂36份。

本实施例中，拌制砂浆时，先把水泥和膨胀剂混合均匀，便于搅拌均匀，充分发挥膨胀剂的效果；两类微膨胀砂浆配合比不同，满足相应施工需求。

本实施例中大流动性微膨胀砂浆配合比仅供参考，实际工程中其配合比应通过计算和配合比试验确定。

进一步地，所述一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构及加固方法适用于素混凝土衬砌结构，对于钢筋混凝土衬砌结构，需依据钢筋保护层厚度决定是否采用该加固结构及加固方法，判别依据为：采用此加固结构及加固方法时，钢筋保护层厚度大于满足所属步骤S1中要求的凹槽深度。

进一步地，所述步骤S2中插入钢筋时缓慢旋转插入，以使植筋胶与钢筋和混凝土表面粘结密实。

进一步地，所述步骤S3中钢板加工应满足安装后钢板边缘与凹槽边缘

间隔为1cm，便于钢板安装以及钢板两侧封堵结构胶。

进一步地，所述步骤S3中钢板进浆孔与出浆孔位置确定：对于拱部钢板，出浆管孔位选择在钢板拱顶中部；对于底部钢板，进浆孔选在钢板中部。

进一步地，所述步骤S4中大流动性微膨胀砂浆性能应满足实际灌注要求，并在终凝后体积变大，以在加固钢板与衬砌结构之间产生预压应力。

进一步地，所述步骤S5中大流动性微膨胀砂浆性能应满足实际工程要求，并在终凝后体积略微变大，以产生预压应力使新旧混凝土结合良好的同时恢复原衬砌结构外观。

进一步地，所述步骤S5养护方式为：在砂浆抹平完成后，按标准进行三次压光处理，贴包麻片，在拱部及边墙设水管喷水保湿养护7d。

通过采用上述方法，填充的微膨胀砂浆体积膨胀，在钢板与衬砌之间会产生预压应力，从而提高传力效率；植筋既可将钢板受力传递到围岩，也起到固定钢板的作用。在衬砌结构上刻槽安装加固钢板，最终恢复衬砌结构原貌，在提高隧洞衬砌结构刚度的同时不影响隧洞衬砌外观、不侵占隧洞净空，并能有效防止钢板腐蚀。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构，包括开设于原衬砌结构（1）内的凹槽（2），其特征在于：所述凹槽（2）内设有与其配合的钢板（3），钢板（3）内侧及凹槽（2）内表面之间的间隙设有微膨胀砂浆填充层（4），所述凹槽（2）外表面及钢板（3）外侧设有微膨胀砂浆补平层（6），所述钢板（3）、凹槽（2）及原衬砌结构（1）内穿设有植筋（5）。

2.根据权利要求1所述的一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构，其特征在于：所述钢板（3）包括底板段（3.1）、左边墙段（3.2）、右边墙段（3.3）和拱部段（3.4）。

3.根据权利要求1所述的一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构，其特征在于：所述植筋（5）伸出钢板（3）的外端部设有外螺纹，其与螺母配合。

4.根据权利要求2所述的一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构，其特征在于：所述钢板（3）的底板段（3.1）钻孔并安装进浆管，所述钢板（3）的拱部段（3.4）钻孔并安装出浆管。

5.根据权利要求4所述的一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构，其特征在于：所述钢板（3）的底板段（3.1）中心位置钻孔并安装进浆管，所述钢板（3）的拱部段（3.4）中心位置钻孔并安装出浆管。

6.根据权利要求2或4所述的一种预应力刻槽嵌钢的隧洞加固结构，其特征在于：所述底板段（3.1）、左边墙段（3.2）和右边墙段（3.3）分别沿环向均匀间隔钻3个用于穿设植筋（5）的钻孔，所述拱部段（3.4）沿环向均匀间隔钻5个用于穿设植筋（5）的钻孔。