一种拼装式隧道管片抗变形加固装置

1.本实用新型属于盾构隧道管片加固技术领域，特别涉及一种拼装式隧道管片抗变形加固装置。


背景技术：

2.近年来，地铁已经成为城市轨道交通的重要组成部分。盾构施工法由于对周围环境影响小、适用地层范围广等优势，成为城市地铁施工的主要工法。虽然盾构隧道的安全性能高，但是在施工和运营过程中常常出现管片破损的现象，主要分为局部破损和结构整体大变形两类。当发生开裂、渗漏水等局部破损时，会影响行车安全和区间隧道的正常运营；当发生管片变形、管片错台等整体大变形时，会对隧道结构的安全性和稳定性造成极大威胁。因此一种简便有效的隧道管片加固方法尤为重要。
3.针对隧道内管片加固的方法一直备受关注，国内外也有很多学者对隧道管片加固的方法进行研究。目前管片加固的方法主要是针对管片破损部分进行修补，或者在管片薄弱部分粘贴钢板等材料，使之与管片连结为整体，以此来提高管片的刚度。但由于现在隧道工程技术越来越复杂，各种管片类型层出不穷，导致管片破损类型较多、受损原因复杂。往往需要根据实际工程情况进行分析，再确定加固修复方案。这不仅仅使得修复难度较大，还会导致工期滞后等问题。尤其是面对管片破坏十分严重的情况，一种及时有效的加固管片的方法十分重要。隧道管片加固装置作为一种管片加固的方法，在保证了安全性、高效性的基础上，十分适合处理隧道管片破损或薄弱等问题。而针对这种隧道管片加固装置还未见到，有待进一步开展。
4.综上所述，现有隧道管片加固方法存在施工效率低、施工难度高、使用限制大、加固效果不稳定等问题，亟需通过一种简便高效的隧道管片加固方法来进行解决。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种便捷高效的抗变形隧道管片加固装置及其施工方法。
6.所述一种拼装式隧道管片抗变形加固装置，由加固单元组成，包括1个加固环、1个顶部连接杆、4个侧面连接杆、1个底部连接杆、1个顶部连接节点、4个侧面连接节点、1个底部连接节点、1个顶部螺栓、4个侧面螺栓和1个底部螺栓；加固环设置在隧道管片上；顶部连接节点设置在顶部连接杆上，侧面连接节点设置在侧面连接杆上，底部连接节点设置在底部连接杆上；加固环与隧道管片通过1个顶部螺栓、4个侧面螺栓和1个底部螺栓进行连接；加固环与相邻的加固环通过1个顶部连接杆、4个侧面连接杆和1个底部连接杆进行连接；加固环与顶部连接杆通过顶部连接节点进行连接，加固环与侧面连接杆通过侧面连接节点进行连接，加固环与底部连接杆通过底部连接节点进行连接。
7.进一步的，所述加固环与隧道管片对应设置，一环管片设置一个加固环，加固环的直径与隧道管片的内径相同；加固环紧贴隧道管片内弧面，分布于每一块管片中央，并与隧
道中轴线垂直，避开隧道管片环缝；顶部连接杆、侧面连接杆和底部连接杆分布在加固环的中轴线上；加固环和顶部连接杆、侧面连接杆和底部连接杆材质相同，通过顶部连接节点、侧面连接节点和底部连接节点进行连接，并与隧道中轴线平行；每一个连接节点上预留一个圆形螺栓孔，用于连接加固环和隧道管片。
8.进一步的，所述加固环与隧道管片通过顶部螺栓、侧面螺栓和底部螺栓进行连接，每一环管片分别设置1个顶部螺栓、4个侧面螺栓和1个底部螺栓，避开隧道管片纵缝；螺栓孔预留在顶部连接节点、侧面连接节点和底部连接节点正中央；顶部螺栓、侧面螺栓和底部螺栓贯穿加固环与隧道管片连接，避免贯穿隧道管片。
9.本实用新型的特别之处和有益效果是：
10.1、机械化程度高，安装简便
11.抗变形隧道管片加固装置包括加固环、连接杆、连接节点和螺栓。首先测量需要加固的隧道管片区域的内径和长度，评测现场工况。根据需要在工程制作相应规格的零件，然后运送至施工现场进行简单的组装即可。管片加固装置的机械化程度较高，零件种类较少，节省人力，便于施工的开展。
12.2、适用范围广，灵活性强
13.本实用新型采用一个个加固单元拼装组成，具有多段可调节的支护范围，可以适用不同直径和不同长度的隧道。无论是针对隧道管片的局部破损，还是面对结构整体变形的情况，都可以很好的进行应用。
14.3、加固效果好，综合性能强
15.抗变形隧道管片加固装置中，加固环和连接杆形成三角状态，结构十分稳定。加固环与隧道管片采用螺栓连接，加固环与连接杆采用连接节点连接，将装置连结为整体，整体性和刚度较好。并且在装置的安装过程中，避开隧道管片的环缝和纵缝，进一步保证了装置的加固效果。
附图说明
16.图1为隧道管片加固装置结构示意图；
17.图2为隧道管片加固装置纵断面示意图；
18.图3为隧道管片加固装置横断面示意图；
19.附图标记说明：1-隧道管片；2-第一加固环；3-第二加固环；4-顶部连接杆；5-侧面连接杆；6-底部连接杆；7-顶部连接节点；8-侧面连接节点；9-底部连接节点；10-顶部预留螺栓孔；11-侧面预留螺栓孔；12-底部预留螺栓孔；13-顶部螺栓；14-侧面螺栓；15-底部螺栓。
具体实施方式
20.下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
21.如图1所示，本实用新型提供一种抗变形隧道管片加固装置，由加固单元组成，包
括1个第一加固环2、1个顶部连接杆4、4个侧面连接杆5、1个底部连接杆6、1个顶部连接节点7、4个侧面连接节点8、1个底部连接节点9、1个顶部螺栓13、4个侧面螺栓14和1个底部螺栓15；第一加固环2设置在隧道管片1上；顶部连接节点7设置在顶部连接杆4上，侧面连接节点8设置在侧面连接杆5上，底部连接节点9设置在底部连接杆6上；第一加固环2与隧道管片1通过1个顶部螺栓13、4个侧面螺栓14和1个底部螺栓15进行连接；第一加固环2与相邻的第二加固环3通过1个顶部连接杆4、4个侧面连接杆5和1个底部连接杆6进行连接；第一加固环2与顶部连接杆4通过顶部连接节点7进行连接，第一加固环2与侧面连接杆5通过侧面连接节点8进行连接，第一加固环2与底部连接杆6通过底部连接节点9进行连接，每个连接节点中间预留螺栓孔；在安装过程中，首先根据隧道管片1的内径确定第一加固环2的直径，即第一加固环2的外径与隧道管片1的内径相同；使用螺栓将第一加固环2与隧道管片1进行连接；再将第一加固环2与顶部连接杆4、侧面连接杆5、底部连接杆6通过顶部连接节点7、侧面连接节点8、底部连接节点9进行紧密连接，构成一个加固单元；最后将加固单元连接在需要加固的隧道区间，使其成为整体，对隧道起到加固作用。
22.如图2所示，第一加固环2与隧道管片1对应设置，每环管片设置一个加固环，在设置加固环的过程中需要注意避开隧道管片的环缝，以确保装置的加固效果；在安装过程中，第一加固环2需要紧贴隧道管片1内弧面，分布于每一块管片中央，并与隧道中轴线垂直；顶部连接节点7、侧面连接节点8和底部连接节点9分布在第一加固环2的中轴线上，需要注意避开隧道管片纵缝；第一加固环2和顶部连接杆4、侧面连接杆5和底部连接杆6材质相同，通过顶部连接节点7、侧面连接节点8和底部连接节点9进行连接，并与隧道中轴线平行；每一个连接节点上预留一个圆形螺栓孔，螺栓孔位于连接节点正中央，用于连接加固环和隧道管片。
23.如图3所示，第一加固环2紧贴隧道管片1的内弧面，第一加固环2和隧道管片1通过顶部螺栓13、侧面螺栓14和底部螺栓15进行连接；每一环管片分别设置1个顶部螺栓13、4个侧面螺栓14和1个底部螺栓15，注意避开隧道管片纵缝；顶部螺栓13、侧面螺栓14和底部螺栓15贯穿第一加固环2与隧道管片1连接，需要注意避免贯穿隧道管片1；整个隧道管片加固装置通过螺栓与隧道管片连接为整体，防止隧道变形；且加固装置的加固环、连接杆、连接节点和螺栓都可以进行预制，安装简易方便，便于各种类型的隧道施工。
24.实施例一：
25.本实用新型涉及的装置尺寸根据所选模拟的工程实际情况进行灵活调整。模拟工程中隧道管片内径为10m，需要加固的隧道区间长度为100m，每环管片长度为2m，每环管片由1块封顶块、2块邻接块和3块标准块组成。则加固环的外径为10m，相邻加固环的间距为2m，即连接杆长度为2m；加固环宽度设置为10cm，厚度设置为3cm，每一个加固环上设置6个连接节点，即在1个封顶块、2个邻接块和3个标准块对应的加固环位置分别设置一个连接节点，避开隧道管片纵缝；本工程中顶部连接节点、侧面连接节点和底部连接节点完全相同，每个连接节点上预留一个圆形螺栓孔，螺栓孔直径为22mm，用于安装螺栓；连接杆通过连接节点进行固定，连接杆长度为2m，宽度为6cm，厚度为2cm；共需要51个加固环，300个连接杆，306个连接节点和306个螺栓。
26.具体施工时，按照以下施工步骤：
27.s1、测量隧道参数：测量需要加固的隧道区间的长度，测量隧道区间内的管片内
径；
28.s2、确定构件数量：第一加固环2的数量等于需要加固的隧道区间的管片数量，连接节点的数量等于加固环的数量乘以6，连接杆的数量等于连接节点的数量减6，螺栓的数量与连接节点的数量相等；
29.s3、制作加固装置：根据测量参数制作加固装置，第一加固环2的外径等于隧道管片1的内径，加固环宽度设置为10cm，厚度设置为3cm，连接杆长度为2m，宽度为6cm，厚度为2cm，每个连接节点上预留一个圆形螺栓孔，螺栓孔直径为22mm；
30.s4、安装加固装置：第一加固环2与隧道管片1对应设置，每环管片设置一个加固环，在设置加固环的过程中需要注意避开隧道管片的环缝，以确保装置的加固效果；第一加固环2需要紧贴隧道管片1内弧面，分布于每一块管片中央，并与隧道中轴线垂直；第一加固环2和隧道管片1通过顶部螺栓13、侧面螺栓14和底部螺栓15进行连接；每一环管片分别设置1个顶部螺栓13、4个侧面螺栓14和1个底部螺栓15，注意避开隧道管片纵缝；顶部连接节点7、侧面连接节点8和底部连接节点9分布在第一加固环2的中轴线上，需要注意避开隧道管片纵缝；第一加固环2和顶部连接杆4、侧面连接杆5和底部连接杆6材质相同，通过顶部连接节点7、侧面连接节点8和底部连接节点9进行连接，并与隧道中轴线平行；每一个连接节点上预留一个圆形螺栓孔，螺栓孔位于连接节点正中央，用于连接第一加固环2和隧道管片1；第一加固环2紧贴隧道管片1的内弧面，顶部螺栓13、侧面螺栓14和底部螺栓15贯穿第一加固环2与隧道管片1连接，需要注意避免贯穿隧道管片1。