一种采用异形钢板的盾构隧道加固组合结构及施工方法与流程

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种采用异形钢板的盾构隧道加固组合结构及施工方法。

背景技术

随着城市化进程的不断加快和城市地下空间的不断开发利用，地铁盾构隧道工程建设已经成为城市发展的重点，盾构法由于其对周边环境影响小等优点在城市地铁隧道建筑中被广泛采用。

在实际工程中发现盾构隧道结构变形过大，主要原因是由于现有结构刚度不足以抵制隧道结构变形，故需要通过增强结构整体刚度的方法进行加固。同时，盾构隧道本身结构的受力特点为顶部和底部承受正弯矩、两侧腰部承受负弯矩，顶部和底部内弧面混凝土受拉、外弧面混凝土受压，而腰部内弧面混凝土受压、外弧面混凝土受拉，导致隧道腰部相比于隧道顶底部结构更容易出现结构病害，因此隧道腰部相比顶底部为结构加固的重点部位。

目前常见的盾构隧道修复加固技术包括粘贴碳纤维、芳纶纤维加固法与粘贴钢板加固法、工字钢螺栓连接加固法、粘贴复合腔体加固法，但这些方法本身就存在造价高、施工复杂、工期长、加固效果有限等问题，针对隧道腰部重点加固更是不能取得实际有效的加固效果。

因此，有必要提供一种施工方便、对隧道结构具有针对性的加固结构及加固方法，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明提供一种采用异形钢板的盾构隧道加固组合结构及施工方法，以实现对隧道结构重点部位进行针对性加固的目的，以防治病害。

为了达到上述目的，本发明提供一种采用异形钢板的盾构隧道加固组合结构，所述加固组合结构包括植筋、异形钢板、栓钉、化学锚栓及混凝土；所述植筋自隧道原管片的内部延伸出隧道原管片，且延伸出原管片的一端设置有弯钩；所述异形钢板整体外形轮廓呈腰部处向内收的扇环状，所述异形钢板外侧焊接所述栓钉，焊接有栓钉的异形钢板沿隧道环向布置于隧道原管片内侧，所述栓钉与植筋相错开；所述化学锚栓安装于异形钢板与隧道原管片之间，所述化学锚栓与栓钉、植筋相错开；所述混凝土浇筑于异形钢板与隧道原管片之间，异形钢板与隧道原管片腰部处混凝土厚度厚于其他部位处的厚度。

进一步地，所述异形钢板与隧道底部道床两侧牛腿的连接处进行封边处理，设置止水垫或栓钉将异形钢板与道床牛腿结构相连接，以防止混凝土流出。

进一步地，所述异形钢板的腰部为竖直形状，其他部位的弧度与隧道原管片弧度相吻合。

进一步地，所述异形钢板由多块钢板环向拼接而成，每块钢板采用普通钢，每块钢板的两侧采用冷弯薄壁型钢，以作为混凝土浇筑的模板。

进一步地，所述植筋在每环管片上呈3-4列布置，且每列植筋沿横向相互错开。

进一步地，所述植筋在每环管片上按梅花状布置。

进一步地，所述混凝土为细骨料钢纤维混凝土或其他高强混凝土。

本发明提供一种采用异形钢板的盾构隧道加固组合结构的施工方法，包括以下步骤：(1)在隧道原管片内表面上进行植筋，先将隧道原管片的内表面凿毛，按照一定距离用植筋胶进行植筋，每环管片植筋分3-4列布置，每列植筋沿横向相互错开或按梅花状布置，所述植筋延伸出隧道原管片的一端设置有弯钩；

(2)制作外形轮廓呈腰部处向内收的扇环状的异形钢板，在异形钢板的外侧焊接若干栓钉，根据隧道原管片内的植筋位置，使栓钉与植筋相错开；

(3)将焊接有栓钉的异形钢板沿隧道环向布置于隧道原管片内侧，在异形钢板与隧道原管片之间安装化学锚栓作为抗径向剥离连接件，所述化学锚栓与栓钉、植筋相错开，在异形钢板与隧道底部道床两侧牛腿的连接处进行封边处理，设置止水垫或栓钉将异形钢板与道床牛腿结构相连接；

(4)在异形钢板与隧道原管片之间浇筑混凝土，混凝土将植筋、栓钉及化学锚栓固定在内，异形钢板与隧道原管片腰部处混凝土厚度厚于其他部位处的厚度，并将混凝土养护到设计强度，使隧道原管片、混凝土以及异形钢板作为一个整体，共同受力。

进一步地，在步骤(2)中，所述异形钢板的腰部为竖直形状，其他部位的弧度通过放样测量得到的隧道原管片的弧度等参数进行加工钢板，以使其他部位的弧度与隧道原管片弧度相吻合。

进一步地，在步骤(4)中，浇筑的混凝土为细骨料钢纤维混凝土或其他高强混凝土。

本发明具有如下有益效果：1)将包括植筋、异形钢板、栓钉、化学锚栓及混凝土在内的组合结构用于盾构隧道加固，具有耐久性好，取材方便、施工快捷、经济效益好、加固强度高、加固刚度大、控制病害有效、加固针对性强、界面抗剥离效果好等优点；

2)针对盾构隧道顶底部承受正弯矩、腰部承受负弯矩的受力特点，本加固方法通过制作外形轮廓呈腰部处向内收的扇环状的异形钢板以增大后续腰部处填充混凝土的厚度，施工后的盾构隧道的腰部处具有优异的加固效果，不易产生病害；

3)组合加固结构中采用植筋、栓钉作为抗剪连接件，化学锚栓作为抗拔连接件，异形钢板与隧道原管片之间填充混凝土形成界面，具有强度高、延性好的特点，且在受力过程中异形钢板与隧道原管片结构粘结良好，始终共同工作，材料利用率高，整体性好。

附图说明

图1是采用本发明加固后的盾构隧道的结构示意图；

图2是本发明异形钢板的截面图；

图3是图1的A-A方向的剖面图；

图4是图1的B-B方向的剖面图；

图中：1、原管片、2、植筋；3、异形钢板；4、栓钉；5、化学锚栓；6、混凝土；7、道床；8、冷弯薄壁型钢。

具体实施方式

在实际工程中发现盾构隧道结构变形过大，主要原因是由于现有结构刚度不足以抵制隧道结构变形，故需要通过增强结构整体刚度的方法进行加固。同时，盾构隧道本身结构的受力特点为顶部和底部承受正弯矩、两侧腰部承受负弯矩，顶部和底部内弧面混凝土受拉、外弧面混凝土受压，而腰部内弧面混凝土受压、外弧面混凝土受拉，导致隧道腰部相比于隧道顶底部结构更容易出现结构病害，因此隧道腰部相比顶底部为结构加固的重点部位。

以下结合图1至图4，通过具体实施方式进一步说明本发明，以针对性的对盾构隧道进行加固处理。

本申请提供一种采用异形钢板的盾构隧道加固组合结构，加固组合结构包括植筋2、异形钢板3、栓钉4、化学锚栓5及混凝土6。

植筋2自隧道原管片1的内部延伸出隧道原管片1，且延伸出原管片1的一端设置有弯钩。植筋2在每环管片上呈3-4列布置，且每列植筋2沿横向相互错开或者植筋2在每环管片上按梅花状布置。

异形钢板3整体外形轮廓呈腰部处向内收的扇环状，具体的，可将异形钢板3的腰部设计为竖直形状，其他部位的弧度通过放样测量得到的加固面的弧度等参数进行加工钢板，以使其他部位的弧度与隧道原管片1弧度相吻合。异形钢板3由多块钢板环向拼接而成，每块钢板采用普通钢，每块钢板的两侧采用冷弯薄壁型钢8，以作为后续混凝土6浇筑的模板。异形钢板3外侧焊接栓钉4，焊接有栓钉4的异形钢板3沿隧道环向布置于隧道原管片1内侧，栓钉4与植筋2相错开。异形钢板3与隧道底部道床7两侧牛腿的连接处进行封边处理，设置止水垫或栓钉将异形钢板3与道床7牛腿结构相连接，以防止混凝土6流出。

化学锚栓5安装于异形钢板3与隧道原管片1之间，化学锚栓5与栓钉4、植筋2相错开。

混凝土6浇筑于异形钢板3与隧道原管片1之间，异形钢板3与隧道原管片1腰部处混凝土6厚度厚于其他部位处的厚度。混凝土6可选用细骨料钢纤维混凝土或其他高强混凝土。

本申请还提供一种采用异形钢板的盾构隧道加固组合结构的施工方法，按如下步骤依次实施：

(1)在隧道原管片1内表面上进行植筋2，先将隧道原管片1的内表面凿毛，按照一定距离用植筋胶进行植筋2，每环管片植筋2分3-4列布置，为避免对同一个截面造成过大削弱，每列植筋2沿横向相互错开(保证同一个截面不出现两根以上的植筋2)或按梅花状布置，植筋2延伸出隧道原管片1的一端设置有弯钩，用以增加与后续新浇筑的混凝土6的粘结；使用植筋胶的好处为其具有粘结强度高，常温固化、硬化过程收缩小，耐久性、耐候性好，抗老化、耐介质(酸、碱、水)性能好，固化后韧性、抗冲击能力优异，能保证有效固定；

(2)制作外形轮廓呈腰部处向内收的扇环状的异形钢板3，异形钢板3的腰部为竖直形状，其他部位的弧度通过放样测量得到的隧道原管片1的弧度等参数进行加工钢板，以使其他部位的弧度与隧道原管片1弧度相吻合，在异形钢板3的外侧焊接若干栓钉4，根据隧道原管片1内的植筋2位置，使栓钉4与植筋2相错开；

(3)将焊接有栓钉4的异形钢板3沿隧道环向布置于隧道原管片1内侧，在异形钢板3与隧道原管片1之间安装化学锚栓5作为抗径向剥离连接件，化学锚栓5与栓钉4、植筋2相错开，在异形钢板3与隧道底部道床7两侧牛腿的连接处进行封边处理，设置止水垫或栓钉将异形钢板3与道床7牛腿结构相连接；

(4)在异形钢板3与隧道原管片1之间浇筑细骨料钢纤维混凝土或其他高强混凝土，混凝土6将植筋2、栓钉4及化学锚栓5固定在内，异形钢板3与隧道原管片1腰部处混凝土6厚度厚于其他部位处的厚度，并将混凝土6养护到设计强度，使隧道原管片1、混凝土6以及异形钢板3作为一个整体，共同受力。

本发明具有如下有益效果：1)将包括植筋2、异形钢板3、栓钉4、化学锚栓5及混凝土6在内的组合结构用于盾构隧道加固，具有耐久性好，取材方便、施工快捷、经济效益好、加固强度高、加固刚度大、控制病害有效、加固针对性强、界面抗剥离效果好等优点；

2)针对盾构隧道顶底部承受正弯矩、腰部承受负弯矩的受力特点，本加固方法通过制作外形轮廓呈腰部处向内收的扇环状的异形钢板3以增大后续腰部处填充混凝土6的厚度，施工后的盾构隧道的腰部处具有优异的加固效果，不易产生病害；

3)组合加固结构中采用植筋2、栓钉4作为抗剪连接件，化学锚栓5作为抗拔连接件，异形钢板3与隧道原管片1之间填充混凝土6形成界面，具有强度高、延性好的特点，且在受力过程中异形钢板3与隧道原管片1结构粘结良好，始终共同工作，材料利用率高，整体性好。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。