[发明专利]一种基于喷射型水泥基复合材料的隧道裂损二衬加固方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于喷射型水泥基复合材料的隧道裂损二衬加固方法及装置，属于地下工程技术领域。本发明针对裂损的隧道二衬进行加固技术前处理和针对裂损的隧道二衬加固喷射施工，具体为采用分段方式将裂损的隧道二衬表面的混凝土进行凿除；其次在凿除处理后的隧道二衬表面进行倾斜钻孔处理；然后在凿除处理后的隧道二衬表面再次进行钻孔并在其中铺设高强锚固钢钉；最后将水泥基复合材料喷射至经过处理的隧道二衬表面进行加固。本加固方法对原结构扰动小，保证了结构的稳定性、安全性及耐久性，降低了对隧道运营影响，保证隧道衬砌的完整性。采用带筛分功能的搅拌和喷射施工一体化装置，可提高施工效率、保证新拌混合物具有良好的工作性能。

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种基于喷射型水泥基复合材料的隧道裂损二衬加固方法及装置。

背景技术

因混凝土原材料获取途径广泛、制备工艺简单及强度高等特点，其被广泛应用于隧道工程中。但普通混凝土为脆性材料，其韧性和延性极差，极限拉伸应变约为0.01％；尽管在基础设施的耐久性方面，控制裂缝宽度的重要性已逐步引起关注，但在混凝土的设计中并未得到足够的重视，当普通混凝土的拉伸应变约为0.01％时，局部裂缝的宽度已超过0.6mm，严重影响结构的承载力及耐久性。

由于普通混凝土韧性低，抗裂能力差，衬砌开裂会导致渗漏水等病害风险隐患，造成隧道运营环境恶化、结构承载能力及安全性大幅降低。隧道衬砌开裂修复加固问题一直是隧道工程的研究重点，目前针对隧道中开裂、劣化的混凝土衬砌的加固方法主要有以下几种方法：①对二衬裂缝缝隙进行注浆操作，此方法对原二衬的扰动小，但只针对裂缝少和裂缝宽度小的衬砌修复，对于开裂严重或对结构安全性有影响的受力裂缝来说并不适用，应用具有局限性；②喷锚加固，凿除裂损严重的二衬，接着在原二衬上施作新的锚杆，最终喷射新的混凝土加固层修补裂损二衬。此方法大多采取大面积凿除裂损严重二衬，并未施工过程中考虑凿除原二衬时对隧道整体承载力的影响；同时，由于锚杆穿透二衬、防水层和初期支护直达围岩，锚杆会穿透原二衬与初期支护之间的防水层，可能引发衬砌渗漏水，影响隧道结构耐久性及运营安全性；进一步地，由于混凝土韧性差，容易开裂，即使喷射新的混凝土加固层也不能解决隧道衬砌反复开裂的问题，并不能有效保证隧道结构的耐久性和安全性。③套拱加固，虽然此方法可有效增强衬砌结构承载能力，可从根本上处治衬砌裂损病害，但是其影响隧道净空，且施工复杂，工期较长，长时间影响正常交通通行，应用局限性较大。④钢带加固，此方法施工快速、简便，可通过钢带及纵向连接防止坍塌，空间占用少，但是不能解决已产生的裂缝问题，甚至高强螺栓打孔会对原有混凝土衬砌造成进一步的损害。因此急需克服现存隧道衬砌开裂加固方法的缺点，得到一套保证原结构承载能力、施工操作科学简单的针对隧道裂损二衬加固施工技术；同时，为避免加固后隧道衬砌反复开裂，采用具备高韧、防渗和低干缩的水泥基复合材料替代传统混凝土进行裂损衬砌加固及修复。

此外传统的现场施工喷射装置一般应用于运送到工地现场的商品混凝土喷射施工。如针对高韧、防渗和低干缩型新型水泥基复合材料加固喷射施工，需拆分为强制式搅拌机拌合后再转移至喷射机进行喷射施工两个步骤，施工效率较低。另外，新型水泥基材料骨料的粒径大小会影响工作性能及成型后试件的力学性能、抗渗性能等。因此，为实现筛料、强制式搅拌和喷射施工一体化，需进行新型搅拌和喷射施工一体化装置研发。

发明内容

本发明的目的，旨在提供一种隧道裂损二衬加固方法，可保证加固时对原结构扰动小，保证施工过程中整体结构的承载力，同时不破坏原衬砌的防水结构，施工操作快速、简单，保证原有隧道的正常运营。利用可喷射型的高韧、防渗及低干缩的水泥基复合材料，以此替代传统混凝土材料进行隧道裂损二衬加固，从根本上解决隧道衬砌的开裂以及采用普通混凝土加固后反复开裂的问题；此外，发明一种针对高韧性水泥基复合材料喷射加固应用的新型搅拌和喷射施工一体化装置，同时附带可拆卸的不锈钢筛用以保证骨料粒径的均匀性，解决高韧、防渗和低干缩水泥基材料在施工过程中拌合和喷射施工及提高施工效率的问题。

因此，为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：