一种采用FRP网格和混凝土UHPC加固隧道的方法及其装置

一种采用frp网格和混凝土uhpc加固隧道的方法及其装置
技术领域
1.本发明属于隧道施工技术领域，具体的说是一种采用frp网格和混凝土uhpc加固隧道的方法及其装置。


背景技术：

2.现有的病害严重的隧道衬砌结构中，通常使用加固处理来改善隧道的状况，主要包括增强结构承载力、控制结构变形、控制裂缝开展、防渗堵漏，同时兼顾抗火特性、耐久性等。
3.公开号为cn111648787a的一项中国专利公开了一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，具体实施步骤包括：在隧道管片内表面进行凿毛处理；在凿毛后的内弧面植筋；清理凿毛表面；植筋端部绑扎钢筋网片；架设浇筑模板；浇筑超高性能混凝土；拆除浇筑模板、喷水养护。本发明充分利用了超高性能混凝土强度高、刚度大、耐久性好、界面粘结性强、渗透性低、抗火性能良好的特点，相比盾构隧道结构加固技术，该方法同时具备增加衬砌结构强度和刚度以及有效控制裂缝的效果，而且，该方法取材方便、施工快捷、安全可靠，具有广阔的应用前景。
4.现有的加固方法包括：粘贴纤维布法，这种方法轻质高强、施工方便，但是防火和抗渗漏的能力较差；钢拱架加固法，这种方法加固强度高，但是占据较大的空间；粘贴钢环加固法，这种方法加固整体性好、刚度大，但是焊缝较多，施工质量不易于把控。
5.为此，本发明提供一种采用frp网格和混凝土uhpc加固隧道的方法及其装置。


技术实现要素：

6.为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种采用frp网格和混凝土uhpc加固隧道的方法，加固隧道的方法包括以下步骤：
8.s1：按照设计要求，工厂制备frp网格，对待加固隧道衬砌结构的表面进行清理，进行凿毛处理，露出骨料；
9.s2：在待加固隧道衬砌结构加固面上涂刷环氧树脂胶，待环氧树脂胶干燥后安装frp网格，使用螺栓将frp网格固定在隧道衬砌结构的内表面上；
10.s3：按照设计要求拌合超高性能混凝土，将拌好的超高性能混凝土现浇、喷射或抹在固定有frp网格的加固区；
11.s4：对超高性能混凝土进行常温保湿养护。
12.优选的，所述frp网格的材料为芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维等，所述frp网格的厚度为1-5mm，且frp网格的网格间距为50-100mm，所述frp网格和隧道衬砌结构的内表面之间使用垫块控制最小间距2-3mm，所述环氧树脂胶的涂层厚度为0.1-0.5mm，所述frp网格的超高性能混凝土保护层厚度为12-20mm。
13.一种采用frp网格和混凝土uhpc加固隧道的装置，该加固隧道的装置适用于上述
的一种采用frp网格和混凝土uhpc加固隧道的方法，所述加固隧道的装置包括履带底盘、液压升降台、箱体、电机、四瓣转杆、安装板、顶柱和凿毛刀；所述履带底盘的顶面安装有液压升降台，所述液压升降台的顶面固接有箱体，所述箱体的外壁一侧固接有电机，所述电机的转轴转动贯穿箱体的侧壁，所述箱体的内部一侧转动安装有四瓣转杆，所述四瓣转杆的一端与电机的转轴固接，所述箱体的内壁靠近四瓣转杆的一侧顶部固接有安装板，所述安装板的内部滑动安装有多个顶柱，所述顶柱的底端与四瓣转杆的外壁滑动配合，所述顶柱的顶面固接有凿毛刀，所述凿毛刀的顶面与隧道衬砌结构的顶面滑动配合；工作时，履带底盘移动到隧道衬砌结构待凿毛的区域，液压升降台升高，使得箱体的顶部靠近到隧道衬砌结构的顶部，电机驱动四瓣转杆转动，当四瓣转杆的突出位置转动到顶部时，将顶柱顶起，使得凿毛刀的顶端撞击隧道衬砌结构的顶部，将隧道衬砌结构顶部的松散的块体撞碎掉落，露出骨料，同时掉落的混凝土碎屑落入箱体的内部，降低了混凝土碎屑掉落影响工作人员的正常工作，提高了工作人员的工作效率。
14.优选的，所述顶柱的底部环板外圈顶面与安装板的底面之间固接有多个一号弹簧，所述四瓣转杆的外壁开设有多个环槽，所述四瓣转杆的底端固接有导板，所述导板的外圈转动安装有多个滚珠，所述导板的底面与环槽的内壁滑动配合；工作时，四瓣转杆转动，四瓣转杆推动顶柱向上滑动时，使得一号弹簧压缩，当四瓣转杆的凹面接触顶柱的底部时，一号弹簧复位，推动顶柱向下滑动，使得导板始终沿着环槽滑动，提高了顶柱上下移动的稳定性。
15.优选的，所述顶柱的顶面固接有挡板，所述挡板的两侧滑动安装有滑杆，所述滑杆的顶端与凿毛刀的底面固接，所述滑杆的外圈套设有二号弹簧；工作时，顶柱推动凿毛刀撞击隧道衬砌结构顶部时，使得滑杆向下滑动，使得二号弹簧压缩，降低了凿毛刀与隧道衬砌结构顶部的撞击力量，从而降低了凿毛刀的损伤概率。
16.优选的，所述凿毛刀的顶面栓接有多个底座，所述底座的内部滑动安装有顶锥，所述顶锥的顶部外圈固接有多个突刺，所述顶锥的底面外圈与底座的内部底面之间固接有多个三号弹簧；工作时，凿毛刀撞击隧道衬砌结构顶部时，使得顶锥与突刺撞击隧道衬砌结构顶部，从而进一步提高了对隧道衬砌结构顶部的松散块体的清理效率，继而提高了隧道加固的质量。
17.优选的，所述箱体的中部固接有隔板，所述隔板的侧面与安装板的侧面固接，所述隔板的顶面固接有弹性推刀，所述弹性推刀向凿毛刀的一侧弯曲，所述弹性推刀的中部开设有多个通槽，所述凿毛刀的侧壁与通槽的内壁滑动配合；工作时，箱体的顶部靠近到隧道衬砌结构的顶部，使得弹性推刀接触到隧道衬砌结构的顶面滑动推开，将隧道衬砌结构的较大石块推开，弹性推刀的弹力，使得弹性推刀贴合隧道衬砌结构的顶部发生跳动，凿毛刀穿过通槽撞击隧道衬砌结构顶部，掉落的混凝土碎屑被弹性推刀阻挡，落入远离四瓣转杆一侧的收集腔内，从而降低了混凝土碎屑掉落对凿毛刀正常工作的影响，同时便于工作人员清理掉落的混凝土碎屑。
18.优选的，所述凿毛刀的顶部外壁固接有橡胶片，所述橡胶片的另一侧与通槽的顶部内壁固接，所述凿毛刀的顶部两侧均固接有弹性杆，同侧所述弹性杆的另一端固接有钢丝刷，所述钢丝刷的底面钢丝与弹性推刀的顶面滑动配合；工作时，通过设置的橡胶片的阻挡，进一步降低了混凝土碎屑对凿毛刀正常工作的影响，弹性推刀沿着隧道衬砌结构跳跃
时，使得弹性杆发生震动，使得钢丝刷贴合弹性推刀的顶面滑动，将附着在弹性推刀表面的混凝土碎屑退落到远离四瓣转杆一侧的收集腔内，从而进一步提高了工作人员的清理效率。
19.优选的，所述箱体远离四瓣转杆的一侧顶部固接有弧形挡板，所述隔板远离安装板的一面铰接有活动板，所述活动板的顶面与弧形挡板的底面滑动配合，所述活动板的底面与隔板之间固接有四号弹簧，所述隔板靠近四瓣转杆的一侧底部开设有滑槽，所述滑槽的内部滑动安装有压板，所述压板的顶面与四瓣转杆的外壁滑动配合，所述压板的底面与滑槽的底面之间固接有五号弹簧，所述压板的侧面与活动板的底端之间固接有拉绳，所述拉绳滑动贯穿隔板；工作时，四瓣转杆的凸起转动到压板处时，推动压板沿着滑槽向下滑动，使得五号弹簧压缩，拉动拉绳滑向隔板处，拉动活动板转动，使得四号弹簧压缩，将弧形挡板与活动板顶面聚集的混凝土碎屑抖落，当四瓣转杆的凸起转动到底部时，使得压板脱离四瓣转杆的挤压，使得四号弹簧与五号弹簧复位，推动活动板转动贴合弧形挡板的底部，降低了混凝土灰尘飞扬的概率，从而提高了工作人员的环境清洁程度。
20.本发明的有益效果如下：
21.1.本发明所述的一种采用frp网格和混凝土uhpc加固隧道的方法及其装置，frp网格部分在工厂加工制作，易于保证质量。超高性能混凝土强度高、刚度大、耐久性好、界面粘结性强、渗透性低、抗火性能良好的特点。frp网格内嵌于超高性能混凝土uhpc中，可以很好的防止frp网格的老化。相比其他隧道结构加固技术，该方法同时具备增加衬砌结构强度和刚度以及有效控制裂缝的效果，而且，该方法取材方便、施工快捷、安全可靠，具有广阔的应用前景。
22.2.本发明所述的一种采用frp网格和混凝土uhpc加固隧道的方法及其装置，通过设置履带底盘、液压升降台、箱体、电机、四瓣转杆、顶柱和凿毛刀；履带底盘移动到隧道衬砌结构待凿毛的区域，液压升降台升高，使得箱体的顶部靠近到隧道衬砌结构的顶部，电机驱动四瓣转杆转动，当四瓣转杆的突出位置转动到顶部时，将顶柱顶起，使得凿毛刀的顶端撞击隧道衬砌结构的顶部，将隧道衬砌结构顶部的松散的块体撞碎掉落，露出骨料，同时掉落的混凝土碎屑落入箱体的内部，降低了混凝土碎屑掉落影响工作人员的正常工作，提高了工作人员的工作效率。
附图说明
23.下面结合附图对本发明作进一步说明。
24.图1是本发明加固隧道的结构示意图；
25.图2是本发明加固隧道的方法流程图；
26.图3是本发明实施例一的立体图；
27.图4是本发明实施例一的主视图；
28.图5是图4中a处局部放大图；
29.图6是图5中b处局部放大图；
30.图7是本发明实施例二顶锥的剖视图；
31.图中：1、隧道衬砌结构；2、环氧树脂胶；3、frp网格；4、螺栓；5、超高性能混凝土；6、履带底盘；7、液压升降台；8、箱体；9、电机；10、四瓣转杆；12、安装板；13、顶柱；14、凿毛刀；
15、一号弹簧；16、环槽；17、导板；18、挡板；19、滑杆；20、二号弹簧；21、底座；22、顶锥；23、突刺；24、三号弹簧；25、隔板；26、弹性推刀；27、通槽；28、橡胶片；29、弹性杆；30、钢丝刷；31、弧形挡板；32、活动板；33、四号弹簧；34、滑槽；35、压板；36、五号弹簧；37、拉绳；38、空腔；39、球杆；40、内螺纹转块；41、螺杆；42、连接绳；43、钢珠。
具体实施方式
32.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
33.实施例一
34.如图1至图2所示，本发明实施例所述的一种采用frp网格和混凝土uhpc加固隧道的方法，加固隧道的方法包括以下步骤：
35.s1：按照设计要求，工厂制备frp网格，对待加固隧道衬砌结构1的表面进行清理，进行凿毛处理，露出骨料；
36.s2：在待加固隧道衬砌结构加固面上涂刷环氧树脂胶2，待环氧树脂胶2干燥后安装frp网格3，使用螺栓4将frp网格3固定在隧道衬砌结构1的内表面上；
37.s3：按照设计要求拌合超高性能混凝土5，将拌好的超高性能混凝土5现浇、喷射或抹在固定有frp网格3的加固区；
38.s4：对超高性能混凝土5进行常温保湿养护。
39.所述frp网格3的材料为芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维等，所述frp网格3的厚度为1-5mm，且frp网格3的网格间距为50-100mm，所述frp网格3和隧道衬砌结构1的内表面之间使用垫块控制最小间距2-3mm，所述环氧树脂胶2的涂层厚度为0.1-0.5mm，所述frp网格3的超高性能混凝土5保护层厚度为12-20mm。
40.如图3至图5所示，一种采用frp网格和混凝土uhpc加固隧道的装置，该加固隧道的装置适用于上述的一种采用frp网格和混凝土uhpc加固隧道的方法，所述加固隧道的装置包括履带底盘6、液压升降台7、箱体8、电机9、四瓣转杆10、安装板12、顶柱13和凿毛刀14；所述履带底盘6的顶面安装有液压升降台7，所述液压升降台7的顶面固接有箱体8，所述箱体8的外壁一侧固接有电机9，所述电机9的转轴转动贯穿箱体8的侧壁，所述箱体8的内部一侧转动安装有四瓣转杆10，所述四瓣转杆10的一端与电机9的转轴固接，所述箱体8的内壁靠近四瓣转杆10的一侧顶部固接有安装板12，所述安装板12的内部滑动安装有多个顶柱13，所述顶柱13的底端与四瓣转杆10的外壁滑动配合，所述顶柱13的顶面固接有凿毛刀14，所述凿毛刀14的顶面与隧道衬砌结构1的顶面滑动配合；工作时，履带底盘6移动到隧道衬砌结构1待凿毛的区域，液压升降台7升高，使得箱体8的顶部靠近到隧道衬砌结构1的顶部，电机9驱动四瓣转杆10转动，当四瓣转杆10的突出位置转动到顶部时，将顶柱13顶起，使得凿毛刀14的顶端撞击隧道衬砌结构1的顶部，将隧道衬砌结构1顶部的松散的块体撞碎掉落，露出骨料，同时掉落的混凝土碎屑落入箱体8的内部，降低了混凝土碎屑掉落影响工作人员的正常工作，提高了工作人员的工作效率。
41.所述顶柱13的底部环板外圈顶面与安装板12的底面之间固接有多个一号弹簧15，所述四瓣转杆10的外壁开设有多个环槽16，所述四瓣转杆10的底端固接有导板17，所述导板17的外圈转动安装有多个滚珠，所述导板17的底面与环槽16的内壁滑动配合；工作时，四
瓣转杆10转动，四瓣转杆10推动顶柱13向上滑动时，使得一号弹簧15压缩，当四瓣转杆10的凹面接触顶柱13的底部时，一号弹簧15复位，推动顶柱13向下滑动，使得导板17始终沿着环槽16滑动，提高了顶柱13上下移动的稳定性。
42.所述顶柱13的顶面固接有挡板18，所述挡板18的两侧滑动安装有滑杆19，所述滑杆19的顶端与凿毛刀14的底面固接，所述滑杆19的外圈套设有二号弹簧20；工作时，顶柱13推动凿毛刀14撞击隧道衬砌结构1顶部时，使得滑杆19向下滑动，使得二号弹簧20压缩，降低了凿毛刀14与隧道衬砌结构1顶部的撞击力量，从而降低了凿毛刀14的损伤概率。
43.如图6所示，所述凿毛刀14的顶面栓接有多个底座21，所述底座21的内部滑动安装有顶锥22，所述顶锥22的顶部外圈固接有多个突刺23，所述顶锥22的底面外圈与底座21的内部底面之间固接有多个三号弹簧24；工作时，凿毛刀14撞击隧道衬砌结构1顶部时，使得顶锥22与突刺23撞击隧道衬砌结构1顶部，从而进一步提高了对隧道衬砌结构1顶部的松散块体的清理效率，继而提高了隧道加固的质量。
44.如图4至图5所示，所述箱体8的中部固接有隔板25，所述隔板25的侧面与安装板12的侧面固接，所述隔板25的顶面固接有弹性推刀26，所述弹性推刀26向凿毛刀14的一侧弯曲，所述弹性推刀26的中部开设有多个通槽27，所述凿毛刀14的侧壁与通槽27的内壁滑动配合；工作时，箱体8的顶部靠近到隧道衬砌结构1的顶部，使得弹性推刀26接触到隧道衬砌结构1的顶面滑动推开，将隧道衬砌结构1的较大石块推开，弹性推刀26的弹力，使得弹性推刀26贴合隧道衬砌结构1的顶部发生跳动，凿毛刀14穿过通槽27撞击隧道衬砌结构1顶部，掉落的混凝土碎屑被弹性推刀26阻挡，落入远离四瓣转杆10一侧的收集腔内，从而降低了混凝土碎屑掉落对凿毛刀14正常工作的影响，同时便于工作人员清理掉落的混凝土碎屑。
45.所述凿毛刀14的顶部外壁固接有橡胶片28，所述橡胶片28的另一侧与通槽27的顶部内壁固接，所述凿毛刀14的顶部两侧均固接有弹性杆29，同侧所述弹性杆29的另一端固接有钢丝刷30，所述钢丝刷30的底面钢丝与弹性推刀26的顶面滑动配合；工作时，通过设置的橡胶片28的阻挡，进一步降低了混凝土碎屑对凿毛刀14正常工作的影响，弹性推刀26沿着隧道衬砌结构1跳跃时，使得弹性杆29发生震动，使得钢丝刷30贴合弹性推刀26的顶面滑动，将附着在弹性推刀26表面的混凝土碎屑退落到远离四瓣转杆10一侧的收集腔内，从而进一步提高了工作人员的清理效率。
46.所述箱体8远离四瓣转杆10的一侧顶部固接有弧形挡板31，所述隔板25远离安装板12的一面铰接有活动板32，所述活动板32的顶面与弧形挡板31的底面滑动配合，所述活动板32的底面与隔板25之间固接有四号弹簧33，所述隔板25靠近四瓣转杆10的一侧底部开设有滑槽34，所述滑槽34的内部滑动安装有压板35，所述压板35的顶面与四瓣转杆10的外壁滑动配合，所述压板35的底面与滑槽34的底面之间固接有五号弹簧36，所述压板35的侧面与活动板32的底端之间固接有拉绳37，所述拉绳37滑动贯穿隔板25；工作时，四瓣转杆10的凸起转动到压板35处时，推动压板35沿着滑槽34向下滑动，使得五号弹簧36压缩，拉动拉绳37滑向隔板25处，拉动活动板32转动，使得四号弹簧33压缩，将弧形挡板31与活动板32顶面聚集的混凝土碎屑抖落，当四瓣转杆10的凸起转动到底部时，使得压板35脱离四瓣转杆10的挤压，使得四号弹簧33与五号弹簧36复位，推动活动板32转动贴合弧形挡板31的底部，降低了混凝土灰尘飞扬的概率，从而提高了工作人员的环境清洁程度。
47.实施例二
48.如图7所示，对比实施例一，其中本发明的另一种实施方式为：所述顶锥22的内部开设有空腔38，所述空腔38的顶面固接有球杆39，所述球杆39的底部转动安装有内螺纹转块40，所述内螺纹转块40的底面与空腔38的底面转动配合，所述内螺纹转块40的中部螺纹安装有螺杆41，所述螺杆41滑动贯穿顶锥22的底部，所述螺杆41的底端与底座21的内部底面固接，所述内螺纹转块40的外壁固接有多个连接绳42，所述连接绳42的另一端固接有钢珠43，所述钢珠43的外壁与空腔38的内壁滑动配合；工作时，顶锥22与突刺23撞击隧道衬砌结构1顶部，向下滑动时，使得螺杆41划入空腔38的颞部，使得内螺纹转块40转动，产生的离心力驱动钢珠43拉直连接绳42，使得钢珠43撞击空腔38的内部，使得顶锥22与突刺23发生震动，将附着的混凝土碎屑震落，从而提高了顶锥22与突刺23清洁程度，继而提高了凿毛的效率。
49.工作时：履带底盘6移动到隧道衬砌结构1待凿毛的区域，液压升降台7升高，使得箱体8的顶部靠近到隧道衬砌结构1的顶部，弹性推刀26接触到隧道衬砌结构1的顶面滑动推开，将隧道衬砌结构1的较大石块推开，弹性推刀26的弹力，使得弹性推刀26贴合隧道衬砌结构1的顶部发生跳动；
50.电机9驱动四瓣转杆10转动，当四瓣转杆10的突出位置转动到顶部时，将顶柱13顶起，使得凿毛刀14的顶端撞击隧道衬砌结构1的顶部，顶锥22与突刺23撞击隧道衬砌结构1顶部，将隧道衬砌结构1顶部的松散的块体撞碎掉落，露出骨料，落的混凝土碎屑被弹性推刀26阻挡，落入远离四瓣转杆10一侧的收集腔；
51.四瓣转杆10的凸起转动到压板35处时，推动压板35沿着滑槽34向下滑动，使得五号弹簧36压缩，拉动拉绳37滑向隔板25处，拉动活动板32转动，使得四号弹簧33压缩，将弧形挡板31与活动板32顶面聚集的混凝土碎屑抖落，当四瓣转杆10的凸起转动到底部时，使得压板35脱离四瓣转杆10的挤压，使得四号弹簧33与五号弹簧36复位，推动活动板32转动贴合弧形挡板31的底部，降低了混凝土灰尘飞扬的概率，降低了混凝土碎屑掉落影响工作人员的正常工作，提高了工作人员的工作效率。
52.上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图1为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。
53.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
54.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。