一种基于Z形钢板的盾构隧道加固结构及施工方法与流程

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种基于Z形钢板的盾构隧道加固结构及施工方法。

背景技术：

盾构隧道由管片通过螺栓连接而成，随着运营年限的不断增加，包括地层条件、车辆运行、周边环境的加卸载等不利条件的影响，使得盾构隧道局部发生管片结构变形以及开裂、混凝土剥离、渗漏水等现象，如不及时进行加固处理，将危及行车安全。目前常见的盾构隧道修复加固技术包括内张钢圈加固法、黏贴复合腔体加固法、侧向注浆加固法等，但既有方法存在造价高、施工复杂、工期长、加固效果有限的问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于Z形钢板的盾构隧道加固结构及施工方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于Z形钢板的盾构隧道加固结构，该加固结构包括粘结在待加固区域内的盾构管片内弧面处的Z形钢板，所述的Z形钢板由多块并排设置的Z形钢板单元构成，每个Z形钢板单元均由一体成型的翼缘、腹板和底板构成，相邻的Z形钢板单元一次成型或者通过翼缘焊接或连接件连接成型，两块腹板和底板构成倒梯形凹槽，其布置方向为沿隧道环向。

所述的底板上预设填充孔，所述的倒梯形凹槽内通过填充孔填充填充物。

所述的翼缘通过粘结剂与待加固区域内的盾构管片内弧面相互粘结，并且其上开设膨胀螺栓孔，所述的粘结剂为无溶剂型改性环氧树脂类粘钢灌注胶或硅胶。

所述的填充物为微膨胀水泥砂浆或微膨胀混凝土。

该加固结构的加固形式包括接头局部加固形式、全断面等刚度加固形式和全断面变刚度加固形式。

当管片环整体无变形，仅在局部接头位置出现张开或开裂时，则选择接头局部加固形式，采用单块或多块Z形钢板在待加固区域内的盾构管片接头位置设置，并通过翼缘上的膨胀螺栓进行固定。

当管片环出现整体变形，且管片本体出现渗漏水、漏沙、收敛变形较大时，则选择加固形式为全断面等刚度加固形式，Z形钢板沿隧道环向全圆布置，并通过翼缘上的膨胀螺栓进行固定。

当管片环出现整体变形，但损害集中在管片接头处，管片环本体无明显病害时则选择加固形式为全断面变刚度加固形式，采用多块Z形钢板沿隧道环向布置，相邻的两块Z形钢板之间通过粘钢的方式加固，从而形成隧道环向全圆布置。

一种基于Z形钢板的盾构隧道加固结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：根据盾构隧道变形情况的测量结果进行隧道安全性评估；

步骤2：根据安全性评估结果，选择盾构隧道加固方案，该加固方案包括接头局部加固方案、全断面等刚度加固方案及全断面变刚度加固方案，同时确定加固刚度；

步骤3：根据确定的加固刚度，制作Z形钢板，并在Z形钢板上预设填充孔，将Z形钢板的腹板沿隧道环向展布，Z形钢板的弧面与盾构隧道管片内弧面相合；

步骤4：对待加固区域内的盾构管片采用角磨机进行打磨，露出新鲜面并清除表面灰尘，同时采用角磨机对Z形钢板进行打磨粗化；

步骤5：在待加固区域内的盾构管片与Z形钢板接触处涂敷粘结剂，并对Z形钢板单元进行加压，使胶粘剂从Z形钢板四周溢出；

步骤6：根据加固面积大小进行分块施工，重复步骤5，并将各块Z形钢板连接为一个整体；

步骤7：通过Z形钢板上预设的填充孔进行填充物的灌注。

在步骤5和步骤7的加固过程中，通过增设固定设施避免在加固过程中加固构件脱落，保证加固过程中的施工安全，所述的固定设施为膨胀螺栓或化学螺栓。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明加固方式机动灵活，根据评估结果，结合盾构隧道管片环刚度特点，有针对性地对刚度薄弱点(管片接头处)采用刚度较大的Z形钢板进行局部加固，而管片本体根据损害程度，对应选择不加固、采用刚度较小的钢板加固或管片环整体加固等方式，当管片环整体状态较好，仅局部接头位置出现张开或开裂时，可采用Z型钢板接头局部加固的方式，当管片环出现整体变形，但损害集中在管片接头，管片环本体无明显病害时，可采用全断面变刚度加固方法；当管片环出现整体变形，且管片本体亦有较为严重病害时，应采用全断面等刚度加固方法。

2、Z型钢板紧贴盾构隧道管片侧沿管片环方向采用与管片环内弧面一致的弧度，沿隧道轴线方向每个Z型凹槽底均为平面，有足够的接触面积方便与管片结构粘结。

3、本发明中采用Z形钢板，在管片环向形成了梯形波浪状的加固结构，有效的增大了结构刚度，同时Z形钢板与管片间全面接触，能确保Z形钢板与管片的有效粘结，使加固效果显著提高。

4、本发明采用的Z形钢板单元中，由于采用了倒梯形的注浆凹槽，使得Z形钢板与盾构管片内弧面接触粘结的翼缘面积得到扩大，尽量增大翼缘面积，有效的增加了Z形钢板的刚度。

附图说明

图1为Z形钢板横断面示意图。

图2为Z形钢板加固盾构隧道的结构剖面图。

图3为Z形钢板的平面展开图。

图4为Z形钢板进行盾构隧道管片环接头局部加固的横断面图。

图5为Z形钢板进行全断面变刚度加固的横断面图。

图6为Z形钢板进行全断面等刚度加固的横断面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，以下结合具体图示，对本发明进行进一步阐述。

如图1-3所示，本发明提供一种基于Z形钢板的盾构隧道加固结构，该加固结构包括粘结在待加固区域内的盾构管片内弧面处的Z形钢板，Z形钢板由多块并排设置的Z形钢板单元，每个Z形钢板单元均由一体成型的翼缘、腹板和底板构成，相邻的Z形钢板单元通过翼缘焊接或连接件连接，左右两块腹板和一块底板构成了倒梯形凹槽，其布置方向为沿隧道环向，底板上预设填充孔，倒梯形凹槽内通过填充孔填充填充物，翼缘通过粘结剂与待加固区域内的盾构管片内弧面相互粘结，并且其上开设膨胀螺栓孔，粘结剂为无溶剂型改性环氧树脂类粘钢灌注胶或硅胶，填充物为微膨胀水泥砂浆或微膨胀混凝土。

本发明提供一种Z形钢板加固盾构隧道的施工方法，包括如下步骤：

S1，对盾构隧道变形情况进行测量，根据测量结果进行隧道安全性评估，具体为：根据盾构隧道管片的开裂、错台、接头张开、管片环变形、接缝渗漏水以及漏泥沙情况，进行隧道结构安全性评估，获得对应的评估区段属于局部损害还是整体损害，是一般轻微损害还是严重损害；

S2，根据S1的评估结果，选择盾构隧道加固方案，加固方案包括接头局部加固、全断面等刚度加固及全断面变刚度加固方案，同时确定加固刚度；

S3，根据S2确定的加固刚度，制作Z形钢板单元，可根据需要在Z形钢板上预设填充孔，Z形钢板单元的腹板沿隧道环向展布，Z形钢板弧面与盾构隧道管片内弧面相一致；

S4，对待加固区域内的盾构管片采用角磨机进行打磨，须露出新鲜面，清除表面灰尘，同时用角磨机对Z形钢板进行打磨粗化；

S5，在待加固区域内的盾构管片及Z形钢板接触处涂敷胶粘剂，所述胶粘剂为无溶剂型改性环氧树脂类粘钢灌注胶或硅胶，并对Z形钢板进行加压，使胶粘剂从Z形钢板四周溢出，施工过程中需要增加临时固定设施，避免加固过程中加固构件脱落。可根据需要增加管片固定设施，包括膨胀螺栓和化学螺栓；

S6，根据加固面积大小进行分块施工，重复S5，并采用焊接或连接件的形式将各块Z形钢板连接为一个整体。

S7，根据需要，可通过Z形钢板上预设的填充孔进行填充物的灌注，所述填充物为微膨胀水泥砂浆或者微膨胀混凝土。施工过程中需要增加临时固定设施，避免加固过程中加固构件脱落。

实施例1：

根据评估结果，管片环整体状态较好，仅局部接头位置出现张开或开裂，确定采用盾构隧道管片环接头局部加固方案，如图4所示。对盾构管片待加固区域采用角磨机进行打磨并露出新鲜面，将灰尘清除干净，同时用角磨机将Z形钢板打磨粗化；在待加固区域内的盾构管片及Z形钢板接触处涂敷胶粘剂，并对Z形钢板进行加压使胶粘剂从四周溢出，根据需要可增加钢板固定设施，如膨胀螺栓或化学螺栓等；进行分块施工并进行焊接或采用连接件将钢板连接为整体；根据需要，通过Z形板上预设的填充孔进行填充物的灌注。

实施例2：

根据评估结果，管片环出现整体变形，但病害集中在管片接头，管片环本体无明显病害，采用盾构隧道管片环进行全断面变刚度加固方法，如图5所示。对盾构管片待加固区域采用角磨机进行打磨并露出新鲜面，将灰尘清楚干净，同时用角磨机将Z形钢板和钢板打磨粗化；在待加固区域内的盾构管片及Z形钢板接触处涂敷胶粘剂，并对Z形钢板进行加压使胶粘剂从四周溢出，根据需要可增加钢板固定设施，如膨胀螺栓或化学螺栓等；进行分块施工并进行焊接或采用连接件将钢板连接为整体；根据需要，通过Z形板上预设的填充孔进行填充物的灌注。

实施例3：

根据评估结果，管片环出现整体变形，且管片本体亦有较为严重病害，采用盾构隧道管片环进行全断面等刚度加固方法，如图6所示。对盾构管片待加固区域采用角磨机进行打磨并露出新鲜面，将灰尘清楚干净，同时用角磨机将Z形钢板打磨粗化；在待加固区域内的盾构管片及Z形钢板接触处涂敷胶粘剂，并对Z形钢板进行加压使胶粘剂从四周溢出，根据需要可增加钢板固定设施，如膨胀螺栓或化学螺栓等；进行分块施工并进行焊接或采用连接件将钢板连接为整体；根据需要，通过Z形板上预设的填充孔进行填充物的灌注。