[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

说明书

本发明涉及隧道工程领域，提出一种用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土(UHPC)‑钢拱架组合结构及方法。所述结构包括钢拱架(4)、UHPC(2)、横向栓钉(5)、竖向化学锚栓(6)、竖向植筋(3)五个关键组成部分。本发明所述的结构及方法充分发挥了UHPC强度高、刚度大、耐久性好、界面粘结性强的优点，降低了钢拱架高温软化致灾风险；同时，通过给钢拱架施加预应力的方法解决了UHPC自身收缩开裂问题，克服了UHPC加固结构脆性破坏的缺点。本发明具备增加隧道衬砌结构强度和刚度以及有效控制裂缝的效果，而且，本发明取材方便、施工快捷、安全可靠，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，尤其是一种用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土(UHPC)-钢拱架组合结构及方法。

背景技术

盾构隧道机械化水平高，施工安全性高，施工操作不受气候条件影响，而且对地面建筑物、环境、地下管线影响较小等优势，因此，盾构法在高速发展的城市轨道交通建设中得到广泛的应用。部分盾构隧道已经运营几十年，衬砌结构逐渐暴露渗漏水、裂缝、大变形等病害问题。也有少部分新建隧道由于设计缺陷、施工管理不足或临近工程活动，出现了类似病害。这些病害影响隧道的正常运营甚至是结构安全。目前，对于病害严重的盾构隧道衬砌结构，常通过加固处理来改善隧道的受力性能，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、耐久性以及避免加固结构出现脆性破坏模式。已有加固方法包括:

粘贴碳纤维布、芳纶布加固法，这种方法采用粘结剂将纤维布粘贴于管片内表面。优点在于加固材料轻便，施工便捷。但是，其耐火性能极差，且对控制结构变形、防渗堵漏的作用不明显。

粘贴钢环加固法，所用钢环由多块曲形钢板拼接而成，首先在隧道管片内侧用膨胀螺栓固定分段钢板，然后将各钢板焊接成一体，形成与隧道内壁形状基本一致的钢环，最后，在钢环与管片结构的间隙中灌注环氧树脂。这种方法有效地提高了结构的刚度，有利于控制结构变形；但是，安装钢板需要专用举重设备，焊缝多、焊接质量波动大，钢结构易腐蚀、高温软化，加固后隧道结构破坏没有明显预兆、呈现脆性。

复合构件加固法，首先，刷有粘结胶的内弧面上安装复合腔体，然后在复合腔体内部注入砂浆。这种方法施工便捷，提高结构刚度和控制结构变形效果明显。但加固后结构呈现脆性破坏，耐火性能极差，不具备防渗堵漏的作用。

钢拱架加固，该方法利用螺栓连接工字钢构件撑于隧道内表面上，具有施工快捷、加固强度高等优点。但钢拱架具有占用净空高度大，受压易失稳，易腐蚀，高温软化的缺点。

钢板-混凝土组合结构加固法，首先，在管片内侧通过化学锚栓安装分块的钢板，然后，将各钢板焊接成一体，最后，在钢环与管片的间隙中灌注细石混凝土。这种方法具有粘贴钢环加固法的所有优点，此外，钢板-混凝土组合结构加固后的结构呈现工程界期望的塑形破坏特征。但是这种方法使用普通钢板未能克服钢板安装复杂、焊接质量波动大、易腐蚀和高温软化的缺陷，细石混凝土在受拉区作用不显著，而且组合结构厚度影响隧道内的净空。

超高性能混凝土(UHPC)加固方法，即在管片内表面通过现浇或者喷射工艺施加一层UHPC，这种方法能有效提高盾构隧道衬砌结构的承载力、控制结构变形、裂缝开展，且满足耐腐蚀耐火的要求。但现浇UHPC需要假设模板，喷射UPHC由于回弹会造成材料浪费，而且UHPC加固结构的延性有限，另外，UHPC自身收缩较大，容易出现收缩损裂缝。

发明内容

针对上述的技术缺陷和应用时的不利影响，本发明的目的是提供一种用于加固盾构隧道衬砌结构的超高性能混凝土(UHPC)-钢拱架组合结构及方法。本发明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，能够增加加固结构破坏的延性。

本发明的技术方案如下：