[发明专利]一种钢-FRP复合波纹板隧洞二次衬砌结构及其施作方法

说明书

本发明公开了一种钢‑FRP复合波纹板隧洞二次衬砌结构及其施作方法，属于隧道工程技术领域。该二次衬砌结构采用钢‑FRP复合波纹板预制拼装而成，波纹板的中间为内嵌钢芯，内嵌钢芯的外部包裹有FRP，FRP通过热固化成型工艺与内嵌钢芯复合成型。内嵌钢芯的厚度为波纹板板厚的60‑70％，FRP厚度为波纹板板厚的30‑40％。波纹板厚度应根据受力计算确定。波纹线方向与隧道纵向垂直。波纹板弯曲弧度应与隧道设计轮廓一致。波纹板板身留螺栓孔和灌浆孔。波纹板纵向两侧设置连接用法兰。波纹板连接处设置止水带，防止地下水的渗入。支护采用预制构件拼装式施工，减少了施工周期。改善了施工环境，优化了隧道轮廓，在保证建筑限界的前提下减少了开挖面积，降低了工程造价。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及到一种用于隧洞工程的一种钢-FRP复合波纹板隧洞二次衬砌结构及其施作方法。本发明具有强度高、施工快、耐腐蚀性好、性价比高等特点。

背景技术

当前隧洞二次衬砌支护形式多采用钢筋混凝土支护。钢筋混凝土支护具有较好的耐久性以及成熟的施工工艺，但钢筋网的制作效率低下，浇筑的混凝土需要经过一段时间的养护才能充分发挥作用，使得这种支护形式的工期较长。钢波纹板的隧道支护结构为拼装式支护结构，可以快速实现开挖面的封闭，减少工期。

在传统设计过程中，由于混凝土材料的性质出于保守的设计导致衬砌厚度较大，从而增加了隧洞的开挖范围，延长了工时，增加了造价。钢波纹板具有强度高、刚度大的优点，作为传统支护形式的替代时，在保证安全性能的情况下可以减少衬砌厚度，使得开挖范围较小，从而降低建造的费用。但钢材耐腐蚀性能较差，在地下水较发达的地区无法满足隧洞工程对腐蚀性的要求。纤维增强塑料(FRP)具有较好的耐腐蚀性，却存在弹性模量低、变形大、价格高并呈脆性破坏的问题。通过内嵌钢芯的形式形成复合材料波纹板，不但满足了隧洞的强度、刚度要求，而且解决了钢材的腐蚀问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种施工速度快、经济性好的拼装式二次衬砌支护结构及其施工工艺。在保证隧道使用性能的基础上减少施工工时、缩小隧洞开挖面积并提高施工质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种钢-FRP复合波纹板隧洞二次衬砌结构，该二次衬砌结构采用钢-FRP复合波纹板预制拼装而成，波纹板的中间为内嵌钢芯，内嵌钢芯的外部包裹有FRP， FRP通过热固化成型工艺与内嵌钢芯复合成型。内嵌钢芯的厚度为波纹板板厚的60-70％，FRP厚度为波纹板板厚的30-40％。波纹板厚度应根据受力计算确定。波纹线方向与隧道纵向垂直。波纹板弯曲弧度应与隧道设计轮廓一致。波纹板板身留螺栓孔和灌浆孔。波纹板纵向两侧设置连接用法兰。波纹板连接处设置止水带，防止地下水的渗入。

波纹板封闭成环后再进行混凝土注浆，混凝土应填满波纹板与初衬之间的空隙，防止波纹板产生过大的受力集中现象。

一种钢-FRP复合波纹板隧洞二次衬砌结构施作方法，该方法的实现过程包括如下步骤。

S1根据隧道设计施工要求，对复合材料波纹板进行预制；

S2开挖隧道，对隧道面进行初期支护和设置防排水系统，施作防排水系统后预留出与二次衬砌连接的接头。

S3安装仰拱波纹板，仰拱波纹板与初期支护预留的接头通过螺栓连接固定。各个仰拱波纹板沿纵向方向与相邻的波纹板通过法兰连接。

S4安装侧墙波纹板，侧墙波纹板底部与仰拱波纹板搭接固定，侧墙波纹板的顶部与初期支护预留的接头通过螺栓连接固定。各个侧墙波纹板沿纵向方向与相邻波纹板通过法兰连接。

S5安装顶部波纹板，顶部波纹板的两端分别于侧墙波纹板波纹板上部搭接固定。各个顶部波纹板沿纵向与相邻波纹板通过法兰连接。

S6波纹板封闭成环后，在波纹板背后注浆填充波纹板与初衬之间的空隙。