隧道衬砌加固结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种隧道衬砌加固结构，包括位于隧道内并且固定在隧道衬砌上的加固钢环以及设置在加固钢环和隧道衬砌的间隙中并粘贴在加固钢环的外侧面的多个浆囊袋，当在浆囊袋内注入一定压力的浆材后，浆囊袋产生的膨胀力能够为加固钢环和隧道衬砌施加相互平衡的预应力，使得加固钢环能够分担隧道衬砌的部分载荷，从而一定程度改变了隧道衬砌的受力状态，弥补现有的加固钢环只能在隧道继续发生变形时才和隧道衬砌协同受力的缺陷，加固效果好并且提高了隧道衬砌的安全系数。
【专利说明】隧道衬砌加固结构
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型属于隧道工程领域，涉及一种隧道衬砌加固结构。
【背景技术】
[0002]采用盾构法建造隧道具有高效、安全等优点，因此近二十年在国内得到了广泛的使用并建成了大量的盾构隧道，但是，随着盾构隧道使用年限的增长，盾构隧道的结构病害逐渐凸显，甚至可能危及到盾构隧道自身结构的安全，特别是建造在城市软土地区的盾构隧道的结构病害更为突出。地铁沿线往往是房地产开发的热点区域，而在盾构隧道附近的施工活动容易改变盾构隧道所处地层的位移场和应力场，使盾构隧道产生较大的收敛变形，甚至造成隧道衬砌的承载状态恶化，因此不得不对其采取加固措施。
[0003]现阶段的加固手段有限，多是在发生超限的收敛变形的隧道衬砌内固定加固钢环，但是此时加固钢环是不受力的，外部载荷仍然由原隧道衬砌来承担，只有当盾构隧道继续变形时，加固钢环和隧道衬砌才协同受力，共同承担外部载荷，并没有改善原隧道衬砌的受力状态。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种隧道衬砌加固结构，在防止隧道结构破坏的同时改善原隧道衬砌的受力状态。
[0005]为达到上述目的，本实用新型的解决方案是:
[0006]本实用新型提供一种隧道衬砌加固结构，包括位于隧道内并且固定在隧道衬砌上的加固钢环，还包括设置在加固钢环和隧道衬砌的间隙中并粘贴在加固钢环的外侧面的多个浆囊袋，浆囊袋内填充有能够固化的浆材，浆囊袋上设有用于注入浆材的注浆管，加固钢环上设有用于使注浆管伸出的注浆口。
[0007]上述隧道衬砌加固结构中，多个浆囊袋中排列在最外侧的浆囊袋的外侧边与加固钢环圆心的连线和加固钢环的中垂线的夹角为30°?45°。
[0008]上述未填充浆材的浆囊袋的长度为500?1000mm，未填充浆材的浆囊袋的宽度比加固钢环的宽度少100?200mm，间隙的厚度为10?30mm，填充了浆材的浆囊袋的厚度受到间隙的限制。进一步地，未填充衆材的衆囊袋的长度优选为500mm,未填充衆材的衆囊袋的宽度优选为400mm,间隙的厚度优选为10mm。
[0009]上述浆囊袋由土工膜或橡胶膜制成；或者浆材为双液水泥浆和环氧树脂中的任意一种。
[0010]上述间隙用刚性环氧树脂填充；或者浆囊袋通过环氧树脂密封胶粘贴在加固钢环的外侧。
[0011]上述加固钢环由若干段弧形钢板焊接而成，每段弧形钢板的厚度为10?30mm，每段弧形钢板的宽度为600?1200mm，构成加固钢环的两个底部的两段弧形钢板分别通过支架架设于盾构隧道基部的道床的两侧。进一步地，上述加固钢环优选为由圆心角分别为64°、45°、90°、45°和64°的五段弧形钢板依次焊接而成，每段弧形钢板的厚度优选为20mm，每段弧形钢板的宽度优选为600mm，圆心角为64°的两段弧形钢板分别通过支架架设在隧道道床的两侧。
[0012]上述加固钢环通过螺栓固定在隧道衬砌上。进一步地，上述螺栓优选为等级是5.8级的化学螺栓。
[0013]由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是:
[0014]在本实用新型的隧道衬砌加固结构中，加固钢环固定在隧道衬砌上，多个浆囊袋设置在加固钢环和隧道衬砌的间隙中并粘贴在加固钢环的外侧面，当在浆囊袋内注入一定压力的浆材后，浆囊袋产生的膨胀力能够为加固钢环和隧道衬砌施加相互平衡的预应力，使得加固钢环在浆囊袋的作用下分担了隧道衬砌的部分载荷，从而一定程度改变了隧道衬砌的受力状态，弥补现有的加固钢环只能在隧道继续发生变形时才和隧道衬砌协同受力的缺陷，加固效果好并且提高了隧道衬砌的安全系数。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型实施例中的隧道衬砌加固结构的示意图。
[0016]图2是本实用新型实施例中的浆囊袋的示意图。
[0017]图3是本实用新型实施例中的注浆管的示意图。
[0018]附图标记:
[0019]隧道衬砌1、道床2、加固钢环3、焊接缝4、支架5、浆囊袋6、注浆管7、螺栓孔8、环氧树脂填充层9和弧形钢板10。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0021]实施例
[0022]本实施例中的隧道衬砌加固结构用于对已有的隧道衬砌进行加固，并同时改善该隧道衬砌的受力状态，从而提高其安全系数，避免隧道的结构破坏。
[0023]如图1和2所示，该隧道衬砌加固结构主要由加固钢环和多个浆囊袋构成。
[0024]加固钢环3位于隧道衬砌I所围成的空间内，通过螺栓连接固定在隧道衬砌I的内侧面上。加固钢环3的两个底部分别通过两个支架5( 土建、结构行业常称牛腿)架设在位于盾构隧道基部的道床2的两侧。这两个支架5均由钢质材料制成，尺寸均为400mm X 400mm。
[0025]加固钢环3由若干段弧形钢板10两两焊接而成，焊接后的两段弧形钢板10之间留有焊接缝4。弧形钢板的分割尺寸和分割数目根据盾构隧道的实际尺寸和施工情况而确定，一般而言，每段弧形钢板的厚度可以为10?30mm且宽度可以为600?1200mm,并且焊接而成的加固钢环3的外径需要比隧道衬砌I的内径小10?20mm。本实施例中，盾构隧道的内径为5500mm，加固钢环3的外径为5420mm，加固钢环3的外径比隧道衬砌I的内径小1mm,每段弧形钢板的厚度优选为20mm,宽度优选为600mm ;加固钢环3由圆心角分别为64°、45°、90°、45°和64°的五段弧形钢板依次焊接而成，圆心角为64°的两段弧形钢板分别通过支架5架设在隧道道床的两侧，这两段弧形钢板分别构成加固钢环3的两个底部，它们一端焊接在支架5上，另一端焊接在圆心角为45°的弧形钢板上；圆心角为90°的弧形钢板的两端分别焊接在两个圆心角为45°的弧形钢板上。每段弧形钢板10上面都预设有螺栓孔8和注浆口。加固钢环3与隧道衬砌I采用等级为5.8级的化学螺栓连接，化学螺栓穿过螺栓孔8将加固钢环3固定在隧道衬砌I上。
[0026]浆囊袋设置在加固钢环3和隧道衬砌I的间隙中并粘贴在加固钢环3的外侧面，用于为加固钢环3和隧道衬砌I施加相互平衡的预应力，使得加固钢环3具有分担隧道衬砌I的部分载荷并改变隧道衬砌I的受力状态的作用，同时还能加固隧道、提高隧道的安全系数并且避免隧道结构破坏。
[0027]如图2和图3所示，浆囊袋6内填充有注入后能够固化的液态浆材，浆囊袋6上设有用于注入浆材的注浆管7，注浆管7从加固钢环3上预设的注浆口伸出，所注入的浆材为双液水泥浆和环氧树脂中的任意一种。当通过注浆管7向浆囊袋6内注入一定压力的浆材后，浆囊袋6发生膨胀，其产生的膨胀力能够为加固钢环3和隧道衬砌I施加相互平衡的预应力，从而使得加固钢环3分担了隧道衬砌I的部分荷载，并在一定程度改变了隧道衬砌的受力状态。浆囊袋6的膨胀程度，也即浆囊袋6的厚度受到加固钢环3和隧道衬砌I的所形成间隙的限制。该间隙的厚度一般为10?30mm，因此，膨胀后的浆囊袋6的厚度也为10?30mm。本实施例中，间隙的厚度优选为10mm，考虑到加固钢环和隧道衬砌变形导致间隙的变形，膨胀后的浆囊袋6的厚度在1mm和20mm之间并且包含两个端点值比较合适。
[0028]多个浆囊袋6通过环氧树脂密封胶固定在加固钢环3的外侧面，其由土工膜或橡胶膜制成。尚未填充浆材的浆囊袋6的外形为扁平状，其长度可以为500?1000mm，宽度可以比加固钢环3的宽度少100?200mm。多个浆囊袋6中排列在最外侧的任意一个浆囊袋的外侧边与加固钢环3圆心的连线和加固钢环3的中垂线的夹角为30°?45°。本实施例的加固钢环3的拱顶共设置了三个浆囊袋6，每个浆囊袋6的长度为500mm，宽度为400mm，位于最外侧的两个浆囊袋中其中任意一个浆囊袋的外侧边与加固钢环3圆心的连线和加固钢环3的中垂线的夹角为35°。
[0029]本实施例中的隧道衬砌加固结构的施工步骤如下:
[0030](I)分别测量盾构隧道和隧道衬砌I的尺寸，根据测量出来的尺寸切割出五段弧形钢板，分别在道床的两侧安放支架5 ；
[0031](2)在圆心角为90°的弧形钢板的外侧面平均粘贴三个浆囊袋6，使得最外侧的两个浆囊袋的外侧边与加固钢环3圆心的连线和加固钢环3的中垂线的夹角分别为35° ;
[0032](3)将若干段弧形钢板10在盾构隧道内按照圆心角为64°、45°、90°、45°和64°的顺序依次焊接成加固钢环3 ；
[0033](4)通过注浆管7向每个浆囊袋6内注入双液水泥浆，待浆囊袋6内的压力到达设定压力时停止注入并封闭注浆管7 ；
[0034](5)用等级是5.8级的化学螺栓将加固钢环3固定到隧道衬砌I上，并用刚性环氧树脂填充加固钢环3和隧道衬砌I之间的空隙，该空隙内即形成环氧树脂填充层9。
[0035]上述的对实施例的描述是为便于该【技术领域】的普通技术人员能理解和使用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种隧道衬砌加固结构，包括位于隧道内并且固定在隧道衬砌上的加固钢环，其特征在于:还包括设置在所述加固钢环和所述隧道衬砌的间隙中并粘贴在所述加固钢环的外侧面的多个浆囊袋，所述浆囊袋内填充有能够固化的浆材，所述浆囊袋上设有用于注入所述浆材的注浆管，所述加固钢环上设有用于使所述注浆管伸出的注浆口。
2.根据权利要求1所述的隧道衬砌加固结构，其特征在于:所述多个浆囊袋中排列在最外侧的浆囊袋的外侧边与所述加固钢环圆心的连线和所述加固钢环的中垂线的夹角为30。?45°。
3.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌加固结构，其特征在于:未填充所述浆材的浆囊袋的长度为500?1000mm，未填充所述浆材的浆囊袋的宽度比所述加固钢环的宽度少100?200mm，所述间隙的厚度为10?30mm，填充了所述浆材的浆囊袋的厚度受到所述间隙的限制。
4.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌加固结构，其特征在于:未填充所述浆材的浆囊袋的长度为500mm，未填充所述浆材的浆囊袋的宽度为400mm，所述间隙的厚度为10mm。
5.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌加固结构，其特征在于:所述浆囊袋由土工膜或橡胶膜制成；或者所述浆材为双液水泥浆和环氧树脂中的任意一种。
6.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌加固结构，其特征在于:所述间隙用刚性环氧树脂填充；或者所述浆囊袋通过环氧树脂密封胶粘贴在所述加固钢环的外侧。
7.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌加固结构，其特征在于:所述加固钢环由若干段弧形钢板焊接而成，每段所述弧形钢板的厚度为10?30mm，每段所述弧形钢板的宽度为600 ?1200mmo
8.根据权利要求7所述的隧道衬砌加固结构，其特征在于:每段所述弧形钢板的厚度为20mm,每段所述弧形钢板的宽度为600mm。
9.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌加固结构，其特征在于:所述加固钢环通过螺栓固定在所述隧道衬砌上。
10.根据权利要求9所述的隧道衬砌加固结构，其特征在于:所述螺栓是等级为5.8级的化学螺栓。
【文档编号】E21D11/00GK203978444SQ201420266195
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】佘才高, 朱斌, 杨树才, 许巧祥, 汪青葆, 张柏林, 张书丰, 徐亚坤 申请人:南京地铁集团有限公司