[发明专利]用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土-钢拱架组合结构及方法

权利要求书

1.用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土-钢拱架组合结构，其特征在于，包括钢拱架(4)、UHPC(2)、横向栓钉(5)、竖向化学锚栓(6)、竖向植筋(3)。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述的UHPC(2)与钢拱架(4)沿隧道管片轴向间隔布置；所述的UHPC(2)与钢拱架(4)之间通过焊接于钢拱架腹板上的栓钉(5)连接；所述的UHPC(2)与隧道管片(1)之间通过竖向的化学锚栓(6)和植筋(3)连接。

3.用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土-钢拱架组合结构的加固方法，其特征在于，实施包括以下步骤:

(A)隧道管片(1)内表面进行凿毛处理；

(B)在内弧面钻孔并植入植筋(3)和化学锚栓(6)；

(C)清除上述两步中产生的碎屑和灰尘；

(D)在钢拱架(4)腹板上焊接栓钉(5)；

(E)隧道管片内架设钢拱架并施加轴向受压预应力；

(F)浇筑UHPC；

(G)常温常压养护至28天，过程中根据监测得到的UHPC收缩应变释放钢拱架的预应力，使得UHPC的拉应变在零附近。

4.如权利要求3所述的用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土-钢拱架组合结构的加固方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述的凿毛处理采用凿毛机作业，要求凿毛深度5-10mm，间距30mm，凿毛率不低于90％。

5.如权利要求3所述的用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土-钢拱架组合结构的加固方法，其特征在于，所述步骤(B)中，所述在隧道管片的内表面钻孔，使用植筋胶涂在孔位上并植入植筋，钻孔深度为管片厚度的1/3-1/2,钻孔位置按照田字格布置，间距为管片厚度的0.3-1.0倍；在隧道管片的内表面钻孔，使用植筋胶涂在孔位上并植入化学锚栓，钻孔深度为管片厚度的1/3-1/2,钻孔位置按照田字格布置，间距为管片厚度的1.0-1.5倍，在管片宽度方向和环向与所述植筋布置错开；当某些孔位位于管片螺栓手孔时，舍弃这部分孔位布置；当某些孔位钻入过程中遇到原管片环向钢筋时，在其附近5cm范围内重新补钻，并将遇到原管片钢筋的孔位用值筋胶封堵。

6.如权利要求3所述的用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土-钢拱架组合结构的加固方法，其特征在于，所述步骤(B)中，所述的植筋伸出隧道原管片的一端设有L型弯钩，弯起方向与管片环向一致。

7.如权利要求3所述的用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土-钢拱架组合结构的加固方法，其特征在于，所述步骤(C)中，所述清理管片内表面和植筋表面需在植筋胶固化后进行，清洁范围包括凿毛后的管片内表面以及植筋外露部分，清理手段包括扫帚清扫和水洗除尘。

8.如权利要求3所述的用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土-钢拱架组合结构的加固方法，其特征在于，所述步骤(D)中，所述钢拱架的腹板上焊接有横向栓钉，栓钉焊接间距腹板高度的3-5倍。

9.如权利要求3所述的用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土-钢拱架组合结构的加固方法，其特征在于，所述步骤(E)中，所述钢拱架沿隧道管片内弧面架设，管片环宽方向上均匀布置三列，并对其施加轴向受压预应力,其中预应力大小为钢拱架材料强度的40％-50％。

10.如权利要求3所述的用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土-钢拱架组合结构的加固方法，其特征在于，所述步骤(F)中，所述浇筑UHPC采用内侧模板和侧向模板，所述内侧模板由多块钢模板(12)拼接而成并预留有浇筑口(13)，单块钢模板与钢拱架通过电磁吸附装置(14)固定，所述侧向模板由钢拱架充当，UHPC预埋应变传感器；所述UHPC主要由水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维、减水剂和水配制而成，28天抗压强度不低于130MPa,抗拉强度不低于10MPa；浇筑过程按照内侧钢模板预留的浇筑口位置由下到上，采用分层浇筑方式，浇筑面到达浇筑口后，对当前浇筑口进行封堵，然后再从更高位置的浇筑口继续浇筑，直到整环浇筑完毕；在浇筑UHPC 24小时后，断电拆除内侧模板。