一种用于铁路隧道的加固结构和加固方法与流程

本发明属于铁路隧道工程，特别涉及一种用于铁路隧道的加固结构和加固方法。

背景技术：

1、近年来，随着铁路建设受到广泛关注，铁路建设取得长足发展，铁路运营里程逐年提高，尤其是西南山区，隧道比重较大。由于部分隧道运营时间长，当时施工工艺老旧施工控制较差，在铁路隧道长达10-30年的运营过程中，难免产生一系列病害，给铁路运营带来较大安全隐患。铁路隧道衬砌产生病害的原因总体上也可以归结为外力因素(偏压、松弛地压、滑坡、膨胀压力等)、施工因素(超欠挖和衬砌厚度不足等)和材料劣化因素，这与公路隧道衬砌病害产生的原因是一致的与公路隧道不同的，列车振动荷载也会引起衬砌结构的损伤。另外对高速铁路而言，列车在高速行进中产生的压力波和动力荷载也是隧道衬砌产生病害不可忽视的因素之一。

2、铁路隧道加固与公路隧道的加固方法类似，例如注浆、套拱、波纹钢、粘贴钢板和纤维布等，但因为使用功能的不同(如高速铁路隧道衬砌加固需要重点考虑建筑限界、加固天窗期和空气动力荷载影响等)以及产生病害的原因不同，在实际加固中也会根据具体情况采取针对性的加固措施。

3、现有的铁路隧道加固结构多为在隧道内部增设衬砌，这种结构虽然能够起到补强既有衬砌病害的作用，但是施工效率低，且加固结构可靠性低。

4、如何设计一种用于铁路隧道的加固结构，如何增加铁路隧道加固的效率，保证加固结构的可靠性，并降低维护成本，成为急需解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于铁路隧道的加固结构和加固方法，用于解决现有技术中铁路隧道加固施工效率低、加固结构可靠性低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种用于铁路隧道的加固结构，包括波纹钢板拱、地脚螺栓、混凝土基础、自进式锚杆和自适应混凝土层；

3、所述波纹钢板拱安装在既有隧道二次衬砌的内侧，所述波纹钢板拱由波纹钢单体拼接而成，相邻所述波纹钢单体之间通过紧固螺栓连接；

4、所述地脚螺栓一体设置在混凝土基础的内部并连接在波纹钢板拱的底端；

5、所述混凝土基础固结在既有隧道二次衬砌拱脚的内侧；

6、所述自进式锚杆穿过波纹钢板拱的底端打入至既有隧道内壁；

7、所述自适应混凝土层由灌注在波纹钢板拱与既有隧道二次衬砌之间的自适应混凝土固结而成；

8、通过采用这种技术方案：使用波纹钢单体拼装成波纹钢板拱，波纹钢板拱与既有隧道二次衬砌之间形成灌注空间，然后再向波纹钢板拱与既有隧道二次衬砌之间形成的灌注空间内部灌注自适应混凝土，自适应混凝土可以自动填补既有隧道二次衬砌上的裂缝和漏洞，固结后形成自适应混凝土层，使得波纹钢板拱与既有隧道二次衬砌固定，实现既有隧道的加固；采用拼装式波纹钢板拱与既有隧道二次衬砌配合形成灌注空间，再向灌注空间内部灌注自适应混凝土，通过自适应混凝土固结形成自适应混凝土层实现既有涵洞的加固的方式，降低了隧道的加固难度，并可以保证实际工程的安全可靠性；波纹钢本身具有较强的支撑强度，并且可以进行预拼装，可以在配合自适应水泥实现既有隧道二次衬砌填补并加固的同时，缩减施工时间，增加既有隧道的加固效率。

9、于本发明的一实施例中，所述波纹钢单体宽度方向的两端均垂直连接有第一法兰板，沿隧道轴向方向的相邻所述波纹钢单体之间通过相邻第一法兰板配合紧固螺栓进行连接，且相邻所述第一法兰板上开设的与紧固螺栓配合的连接孔对应位于波纹钢板拱的内侧；相邻所述第一法兰板之间夹设有密封垫；

10、通过采用这种技术方案：在波纹钢单体的宽度方向端部连接第一法兰板，提供沿隧道轴向方向布置的相邻波纹钢单体之间的连接位置，并可在配合紧固螺栓连接后增加相邻波纹钢单体之间的抗折强度，进而增加波纹钢板拱沿隧道轴向方向的结构强度，保证波纹钢板拱沿隧道轴向方向的稳定性；第一法兰板上对应紧固螺栓开设的连接孔位于波纹钢板拱的内侧，是为了方便施工人员进行波纹钢单体的连接；相邻第一法兰板之间夹设的密封垫可以增加第一法兰板之间的密封性，避免连接位置处出现漏水和漏浆的问题。

11、于本发明的一实施例中，所述波纹钢单体长度方向的两端均垂直连接有第二法兰板，沿隧道环向方向的相邻所述波纹钢单体之间通过相邻第二法兰板配合紧固螺栓进行连接，且相邻所述第二法兰板上开设的与紧固螺栓配合的连接孔对应位于波纹钢板拱的内侧；相邻所述第二法兰板之间夹设有密封垫；

12、通过采用这种技术方案：在波纹钢单体的长度方向端部连接第二法兰板，提供沿隧道环向方向布置的相邻波纹钢单体之间的连接位置，并可在配合紧固螺栓连接后增加相邻波纹钢单体之间的抗折强度，进而增加波纹钢板拱沿隧道环向方向的结构强度，保证波纹钢板拱沿隧道环向方向的稳定性；第二法兰板上对应紧固螺栓开设的连接孔位于波纹钢板拱的内侧，是为了方便施工人员进行波纹钢单体的连接；相邻第二法兰板之间夹设的密封垫可以增加第二法兰板之间的密封性，避免连接位置处出现漏水和漏浆的问题。

13、于本发明的一实施例中，所述第二法兰板与波纹钢单体对应波纹钢板拱的外侧的板身之间设置有加强板；

14、通过采用这种技术方案：加强板一方面可以增加第二法兰板与波纹钢单体之间的连接强度，另一方面可以在波纹钢单体背侧浇筑自适应混凝土固结后增加波纹钢单体与自适应混凝土层以及既有隧道二次衬砌之间的连接稳定性。

15、于本发明的一实施例中，所述地脚螺栓的顶端伸出混凝土基础的内部，所述地脚螺栓的底端与混凝土基础内部的钢筋笼焊接；

16、通过采用这种技术方案：地脚螺栓的顶端伸出混凝土基础的内部，是为了确保在混凝土基础成型之后，波纹钢板拱的底端能够对应与地脚螺栓进行安装；地脚螺栓的底端与混凝土基础内部的钢筋笼焊接，是为了增加地脚螺栓与混凝土基础的连接强度，进而在波纹钢板拱安装在混凝土基础上之后，增加其安装的稳定性。

17、于本发明的一实施例中，所述自进式锚杆对应穿设在拼装成波纹钢板拱的最下侧的波纹钢单体上，且自进式锚杆在最下侧的任意一个波纹钢单体上沿隧道轴向均匀间隔布设；

18、通过采用这种技术方案：通过设置自进式锚杆来增加波纹钢板拱与既有隧道之间的稳定性，从而避免波纹钢板拱移动，增加对隧道的加固效果。

19、本发明提供一种用于铁路隧道的加固方法，包括如下步骤：

20、s1.基础制作：在既有隧道二次衬砌拱脚的内侧绑扎钢筋笼，并在钢筋笼的顶部一体焊接地脚螺栓，支设模板并浇筑混凝土，混凝土固结后形成混凝土基础，拆除模板；

21、s2.波纹钢安装：在混凝土基础上放置波纹钢单体，并使其底端与混凝土基础上的地脚螺栓固定，然后沿顺时针方向在已安装波纹钢单体之上连接第二块波纹钢单体，以此类推，完成一圈波纹钢单体的安装，再用这种方式进行第二圈波纹钢单体的安装，并将第二圈波纹钢单体通过紧固螺栓与第一圈波纹钢单体进行连接，以此类推，多圈波纹钢单体圈共同形成波纹钢板拱；

22、s3.灌浆：将已安装好的波纹钢板拱与既有隧道二次衬砌间形成的端口封住，再向波纹钢板拱与既有隧道二次衬砌之间形成的空间内部灌注自适应混凝土，自适应混凝土固结形成自适应混凝土层；

23、s4.清理完工：将封堵物拆除，并清理出施工后产生的杂物，完成施工。

24、如上所述，本发明的一种用于铁路隧道的加固结构和加固方法，具有以下有益效果：采用波纹钢板拱和自适应水泥配合完成既有隧道二次衬砌的填补的加固，既能够保证既有铁路隧道的加固强度，又能够保证实际工程的安全可靠性；波纹钢板拱由波纹钢单体拼装而成，降低了加固工程的难度，并能够缩减施工时间，增加既有隧道的加固施工效率；波纹钢单体之间通过法兰板进行连接，可以现场进行快速的组装，并能够增加整个波纹钢板拱的抗折强度，增加整体的加固效果；推广应用具有良好的经济效益和社会效益。