一种基于预制弧形板的隧道衬砌加固结构的制作方法

1.本实用新型涉及隧道与地下工程领域，具体涉及一种基于预制弧形板的隧道衬砌加固结构。


背景技术：

2.隧道衬砌结构加固常采用锚杆（索）加固法，锚杆（索）加固法一般与喷射混凝土、嵌入钢架、套拱等方法配合使用，但实际很少使用，因为大部分运营隧道采用复合式衬砌，锚杆加固会破坏防水层，导致衬砌产生渗漏水病害。锚杆（索）加固法的加固效果非常有限，对于湿陷性强的黄土、腐蚀性强的地层都不适用。现有技术无法解决上述技术问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为了解决现有隧道衬砌加固技术中存在的问题，提供了一种可保证隧道结构物具有良好的运营条件和使用功能的基于预制弧形板的隧道衬砌加固结构。
4.为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种基于预制弧形板的隧道衬砌加固结构，包括拼装并固定在隧道衬砌内侧的预制弧形板，预制弧形板与隧道衬砌之间设有灌浆料填充层，沿隧道环向始末端的预制弧形板与隧道衬砌之间通过设置扩大端或扩大端和粘接端或扩大端和墙脚填充体或墙脚填充体连接。
6.进一步地，预制弧形板与隧道衬砌通过间隔设置在预制弧形板上的第一连接件连接。
7.进一步地，预制弧形板为局部拼装并固定在隧道衬砌内侧的多块，两相邻预制弧形板之间通过预埋件连接或加强网片连接，且两相邻预制弧形板之间灌注有接缝填充体，拼装后的预制弧形板组的端部设有扩大端。
8.进一步地，预制弧形板沿隧道衬砌内侧全断面拼装，两相邻预制弧形板之间通过预埋件连接或加强网片连接，且两相邻预制弧形板之间灌注有接缝填充体，靠近隧道衬砌边墙墙脚处的预制弧形板端部灌注有墙脚填充体。
9.进一步地，相邻预制弧形板连接处设有专用挡板，专用挡板通过第二连接件固定。
10.进一步地，专用挡板上布置有剪力钉，专用挡板的中部间隔设有用于安装第二连接件的安装孔。
11.进一步地，墙脚填充体与隧道既有衬砌之间通过第三连接件连接，墙脚填充体与既有电缆槽内侧壁之间通过第四连接件连接。
12.进一步地，预制弧形板的两环向端头均设有与相邻预制弧形板连接的预埋件；预制弧形板内可设置加强网片。
13.进一步地，预制弧形板内设置有加强网片，且加强网片为钢筋焊接网，钢筋焊接网沿隧道环向的两端头均超出预制弧形板的端头。
14.进一步地，相邻预制弧形板之间通过粘结层粘接，预制弧形板1内可预埋加强网片。
15.进一步地，第一连接件包括第一连接杆，第一连接杆上装有第一托盘，且第一托盘通过第一螺母卡装在预制弧形板上；所述第二连接件包括第二连接杆，第二连接杆上装有第二托盘，且第二托盘通过第二螺母卡装在专用挡板上。
16.进一步地，第三连接件、第四连接件均为锚栓或植筋。
17.本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：
18.本实用新型在工厂预制弧形板，然后在现场拼装，施工快速、安全性高，本实用新型的预制弧形板优选采用超高性能混凝土，加固后的衬砌结构刚度、承载能力和耐久性显著提高，不侵入隧道建筑限界，经济性好。
19.本实用新型在预制弧形板与隧道衬砌之间设有灌浆料填充层，可将预制弧形板与隧道衬砌粘接在一起，形成叠合式衬砌，共同受力变形以抵抗外荷载。
20.本实用新型应用于隧道衬砌局部加固时，预制弧形板沿隧道环向加固范围的起始和终止端头设置扩大端头，在扩大端头对应的衬砌位置进行凿槽，扩大端头嵌入到凹槽内，以限制预制弧形板的环向变形。
21.本实用新型的预制弧形板通过第一连接件固定在隧道衬砌内侧，第一连接件的布置方式可采用梅花形布置，也可以采用矩形布置或一字形布置。
22.本实用新型在预制弧形板沿隧道环向的两端头均设置预埋件，方便与相邻的预制弧形板连接，墙脚处的预制弧形板通过设置预埋件可与灌浆料填充体连接的更加牢固。
23.本实用新型在预制弧形板内设置加强网片，当加强网采用钢筋焊接网时，钢筋焊接网应预留一定的长度，以便与相邻预制弧形板进行连接，加强网采用其他材料或不设加强网时，还需在预制弧形板的端头设置预埋件，以便与相邻预制弧形板进行连接。本实用新型利用专用挡板固定在相邻预制弧形板之间，并利用专用挡板上的剪力钉与接缝填充体粘结，可加强专用挡板与接缝填充体之间的粘结强度。
24.本实用新型利用第三连接件及第四连接件加强墙脚填充体与隧道既有衬砌以及电缆槽内侧壁之间的连接，以提供横向及竖向支撑力。
附图说明
25.图1为本实用新型的结构示意图。
26.图2为本实用新型预制弧形板的环向分块示意图。
27.图3为图1中a处局部放大示意图。
28.图4为图1中b处局部放大示意图。
29.图5为图1中c处局部放大示意图。
30.图6为本实用新型相邻预制弧形板之间接缝处的连接示意图。
31.图7为本实用新型第一连接件的结构示意图。
32.图8为本实用新型专用挡板的结构三视图。
33.图9为本实用新型加强网片布置示意图。
34.图10为本实用新型预制弧形板拼装示意图。
35.图11为本实用新型应用于铁路隧道衬砌加固的结构示意图。
36.图12为本实用新型应用于盾构隧道衬砌加固的结构示意图。
37.图13为本实用新型应用一块预制弧形板加固公路隧道衬砌的结构示意图。
38.图14-图15为本实用新型应用多块预制弧形板加固公路隧道衬砌的结构示意图。
39.图16为图13-14中d处局部放大示意图。
40.图17为本实用新型应用于铁路隧道衬砌的局部加固结构示意图。
41.图18为本实用新型应用于盾构隧道衬砌的局部加固结构示意图。
42.图19为本实用新型采用直接粘接式拼装示意图。
43.图20为本实用新型采用直接粘接式拼装局部示意图。
44.图21为本实用新型采用直接粘接式拼装时靠近隧道衬砌墙脚处的示意图。
45.附图标记含义如下：1. 预制弧形板；2. 第一连接件；21. 第一连接杆；22.第一螺母；23. 第一托盘；3. 加强网片；4. 专用挡板；41. 剪力钉；5. 第二连接件；51. 第二连接杆；52. 第二螺母；53. 第二托盘；6. 接缝填充体；7. 灌浆料填充层；8. 第三连接件；9. 第四连接件；10. 墙脚填充体；11. 扩大端。
具体实施方式
46.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
47.实施例1：隧道衬砌全断面加固。
48.如图1-8所示，一种基于预制弧形板的隧道衬砌加固结构，包括多块拼装并固定在隧道衬砌内侧的预制弧形板1，预制弧形板1与隧道衬砌之间设有灌浆料填充层7，预制弧形板1靠近隧道衬砌墙脚处设有墙脚填充体10，墙脚填充体10作为基座，且墙脚填充体10与隧道既有衬砌之间通过第三连接件8连接，所述墙脚填充体10与既有电缆槽内侧壁之间通过第四连接件9连接，第三连接件8、第四连接件9均为锚栓或植筋。
49.预制弧形板1与隧道衬砌通过按照一定间距分布在预制弧形板1上的第一连接件2连接。第一连接件2包括第一连接杆21，第一连接杆21上装有第一托盘23，且第一托盘23通过第一螺母22卡装在预制弧形板1的临空侧。第一连接件2在预制弧形板1上的布置方式可以采用梅花形、矩形、一字形等方式。第一连接件2之间的环向和纵向间距应根据实际情况进行调整。（如图10所示）
50.预制弧形板1沿隧道环向的两端头均设置有与相邻预制弧形板1连接的预埋件，预制弧形板1可加设加强网片3。加强网可以采用钢筋焊接网、土工格栅、纤维编织网等材料。当加强网片3为钢筋焊接网时，此时预制弧形板1的两端头不设置预埋件，钢筋焊接网沿隧道环向的两端头预留一定的长度，以进行焊接。
51.相邻预制弧形板1接缝处设有专用挡板4，专用挡板4上布置有两排剪力钉41，专用挡板4的中部间隔设有用于安装第二连接件5的安装孔，专用挡板4通过第二连接件5固定，第二连接件5包括第二连接杆51，第二连接杆51上装有第二托盘53，且第二托盘53通过第二螺母52卡装在专用挡板4上，第二托盘53也可以不设，第二连接杆51可以由金属或非金属材料制作而成。两相邻预制弧形板1之间设有接缝填充体6，接缝填充体6的灌浆料可以采用无机或有机灌浆料。第一连接件2、第二连接件5可以是锚栓、植筋或其它连接件等。
52.两相邻预制弧形板1之间通过预留的钢筋焊接网或预埋件进行连接，连接方式可以采用机械连接、焊接、榫接、套管连接、锁扣连接、粘接或销钉连接等方法。
53.具体实施时：首先，制作预制弧形板1，本实施例中预制弧形板1优选采用超高性能混凝土（uhpc）预制而成。预制弧形板1还可以采用普通混凝土、高强混凝土、超高强混凝土、高延性混凝土、树脂、沥青、橡胶等胶凝材料预制而成，预制弧形板1也可以用金属、非金属等材料预制而成。
54.在预制弧形板1上沿隧道环向和纵向预留安装第一连接件2的孔道。若既有结构为钢筋混凝土结构，应事先采用钢筋探测仪对钢筋的分布情况进行探明，然后适当移动孔位。
55.其次，对隧道待加固段落进行基面处理，预制弧形板1安装时，应保证结构表面干燥、清洁。
56.接着，在既有衬砌结构上标定好预制弧形板1的安装位置及安装第一连接件2和第二连接件5的孔位对应的位置，并进行钻孔和清孔。然后，处理边墙墙脚并安装第三连接件8、第四连接件9。
57.接着，通过拼装机、人力或其他机械设备将预制弧形板1移动至预定位置，然后通过第一连接件2固定在预定位置。
58.接着，将相邻的预制弧形板1之间通过预留钢筋进行焊接或通过预埋件进行连接。
59.接着，将专用挡板4设置在两相邻预制弧形板1之间的接缝处，专用挡板4由8mm厚的钢板和布置在专用挡板4上的剪力钉41组成。专用挡板4制作时，在设置第二连接件5的位置钻开与第二连接件5匹配的孔道。专用挡板4通过第二连接件5固定在既有结构的预定位置。
60.最后，在墙脚、接缝处及预制弧形板1沿隧道走向的两端与既有衬砌结构之间的缝隙采用封边胶或模板进行封堵并预留注浆孔和出气孔，然后按照自下而上的顺序，在墙脚、第一道接缝、第二道接缝、第三道接缝处预留的注浆孔压注灌浆料，直至预制弧形板1与既有衬砌之间的缝隙、两相邻预制弧形板1之间的接缝（接缝填充体6）和墙脚基座（墙脚填充体10）等位置被灌浆料填充密实。
61.本实用新型提供的技术方案适用于公路隧道衬砌加固，也可适用于铁路隧道衬砌加固（如图11）。还可适用于盾构隧道衬砌加固（如图12）。
62.实施例2：隧道衬砌局部加固。
63.第一种情况：只用一块预制弧形板1加固。
64.如图13、16所示，一种基于预制弧形板的隧道衬砌加固结构，预制弧形板1为安装在隧道衬砌内侧局部的一块，且预制弧形板1的端部设有扩大端11。
65.若预制弧形板1靠近隧道衬砌墙脚处设置，则预制弧形板1靠近隧道衬砌墙脚处的一端灌注有墙脚填充体10，预制弧形板1的另一端设置有扩大端11。
66.若预制弧形板1不靠近隧道衬砌墙脚处设置，则预制弧形板1的两端均设有扩大端11。
67.预制弧形板1与隧道衬砌之间设有灌浆料填充层7，预制弧形板1与隧道衬砌通过按照一定间距分布在预制弧形板1上的第一连接件2连接。
68.第二种情况：用多块预制弧形板1加固。
69.如图14-16所示，一种基于预制弧形板的隧道衬砌加固结构，包括多块拼装固定在隧道衬砌内侧的预制弧形板1，预制弧形板1与隧道衬砌之间设有灌浆料填充层7。
70.若预制弧形板1靠近隧道衬砌墙脚处设置，则靠近隧道衬砌墙脚处的预制弧形板1
一端灌注有墙脚填充体10，远离隧道衬砌墙脚处的预制弧形板1的端头设置有扩大端11（如图15）。
71.若预制弧形板1不靠近隧道衬砌墙脚处设置，则预制弧形板1沿环向加固范围的起始和终止端部都设置扩大端11（如图14）。
72.两相邻预制弧形板1之间通过预埋件连接，（设置扩大端11的一端不设置预埋件），且两相邻预制弧形板1之间灌注有接缝填充体6，预制弧形板1内可加设加强网片3。加强网可以采用钢筋焊接网、土工格栅、纤维编织网等材料。
73.当加强网片3为钢筋焊接网时，此时预制弧形板1的端头不设置预埋件，钢筋焊接网沿隧道环向的两端头预留一定的长度，以进行焊接。（设置扩大端11的一端不预留钢筋焊接网）
74.与全断面加固不同的是，局部加固应在既有结构表面预制弧形板1的扩大端11对应的位置处进行凿槽，凿槽尺寸与扩大端头的尺寸相匹配。
75.本实用新型提供的技术方案适用于公路隧道衬砌局部加固，也可适用于铁路隧道衬砌局部加固（如图17），还可适用于盾构隧道衬砌局部加固（如图18）。
76.实施例1、实施例2中相邻预制弧形板1之间可采用直接粘接的方式进行连接，预制弧形板1内可加设加强网片3。此种情形中，不需要专用挡板4，预制弧形板1与隧道衬砌之间通过灌浆料填充层7及间隔设置的第一连接件2连接。（如图19-20）
77.若全断面加固时，实施方式与实施例1相同，不同之处在于相邻预制弧形板1之间采用直接粘接的方式进行连接。靠近隧道衬砌墙脚处的预制弧形板1端部为粘接端，与隧道既有结构通过粘接连接（如图21）。
78.若局部加固，只用一块预制弧形板1时，实施方式与实施例2中第一种情况相同。
79.若局部加固，采用多块预制弧形板1拼装时，实施方式与实施例2相同，不同之处在于当预制弧形板1靠近隧道衬砌墙脚处设置，则预制弧形板1靠近隧道衬砌墙脚处的一端为粘接端，与隧道既有结构通过粘接连接（如图21），预制弧形板1的另一端设置扩大端11（扩大端11的设置与实施例2相同，如图16），相邻预制弧形板1直接粘接。
80.当预制弧形板1不靠近隧道衬砌墙脚处设置，则预制弧形板1的两端均设有扩大端11，相邻预制弧形板1直接粘接。
81.两相邻预制弧形板1的交界面可以采用平面、三角波状、矩形波状、梯形波状、正余弦波状等交界面。（如图19）
82.根据上述说明书的揭示,本技术所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的修改。因此,本技术并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式。凡在本技术的原则之内做出的任何修改或等同替换也应当落入本技术的保护范围内。