一种既有盾构管片结构加固方法

技术领域

本发明涉及盾构管片技术领域，具体而言，涉及一种既有盾构管片结构加固方法。

背景技术

地铁隧道管片出现破损、开裂、渗漏水等病害，会导致管片整体承载能力和耐久性下降，给隧道安全以及正常运营造成极大威胁。管片过大变形往往需要在内表面采取补强加固措施。目前市场上主要有两种方法：1)粘贴纤维布(FRP)；2)粘贴钢板。前者可以有效控制管片内侧受拉变形，但对管片整体结构的刚度提升不明显，不易控制整体变形；后者虽能提高结构的整体刚度、控制变形，但面临自重大、施工困难的问题，且粘贴钢板往往需要植筋，植筋钻孔易造成混凝土管片结构损伤。同时，以上两种加固方法均有耐高温和耐久性较差等缺点，且其使用的有机粘结材料(环氧树脂胶)易老化，导致加固层开裂剥离，需反复加固，大大增加了维护成本。

发明内容

根据本发明的实施例旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。

根据本发明的实施例的第一方面在于提供一种既有盾构管片结构加固方法。

本发明第一方面的实施例提供了一种既有盾构管片结构加固方法，包括如下步骤：确定隧道内管片变形的位置，并在变形的位置沿所述管片内壁选定至少一个覆盖区域；对所述覆盖区域内相邻的所述管片连接缝隙处植入定位钢筋；在所述覆盖区域内设置由加固材料浆浇筑而成的加固层，并与所述定位钢筋相连；其中，所述加固材料浆采用UHPC材料。

根据本发明提供的一种既有盾构管片结构加固方法，在保持隧道已有变形条件下进行，加固层仅在结构变形继续发展时产生应变，而传统加固方法中，为先整形然后采用钢材和FRP等加固材料进行加固，因此传动的作业方法使得钢材和FRP等加固材料的高强性能无法充分发挥；

UHPC具有明显的材料性能优势：UHPC可视裂缝抗拉强度能达到30MPa以上，介于一般混凝土与钢材之间。在管片内侧受拉区UHPC可以承受远超管片混凝土能够承受的拉应力，可以充分发挥UHPC材料性能；

带有UHPC加固材料浆的加固层能有效控制管片持续变形，加固层有一定厚度，能有效提高管片内侧受压区截面高度，控制内侧受压部位变形，继而间接控制了内侧受拉部位变形，从而提高管片整体刚度和承载力；

UHPC自身与管片混凝土有较好的粘结力，保证了两者之间的变形协调能力，不需要再额外采取措施以提高加固界面的粘结能力，通过将定位钢筋直接植入相邻的管片连接缝隙处，可最大程度的降低对管片结构二次损伤；

通过选定至少一个的覆盖区域，可根据隧道内不同的损伤程度进行针对性的施工设置，可分段进行也可单独段进行，使得整体的施工作业更加灵活，能够应对不同的作业需求，且避免了单一过大的施工段对整体施工造成困扰。

另外，根据本发明的实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

上述任一技术方案中，所述管片变形包括破损、开裂和外凸；当管片变形为破损时，对破损的位置注入加固材料浆直至与所述管片内壁齐平，并在冷却凝固后形成修补层；当管片变形为开裂时，对开裂的缝隙对破损的位置注入加固材料浆直至开裂处完全封堵；当所述管片变形为外凸时，不对外凸的位置注入加固材料浆。

在该技术方案中，管片在受损时会具有不同的表现形式，可根据不同的表现形式进行分别的施工预先准备；

在管片变形为破损时，此时管片内壁会有成面积的破损内凹，对管片内壁一体性的完整造成了很大的破坏，若直接施工不仅后期的修复效果很难达到预期，而且加固层也很难与管片牢固配合，通过注入带有UHPC的加固材料浆，可度管片内部进行先行的修补，保证了后续施工的顺利进行和预期效果准确实现；

当管片内壁出现裂缝时，若不进行修补，会造成后续施加的加固层难以与裂缝处进行联系，造成加固层与管片的符合体内部出现狭小的空腔，不仅失去了加固层的加固作用，而且不能对裂缝的进一步扩大进行抑制，通过工人进行单独点位的注入加固材料浆可对开裂的裂缝处进行预先的填充和管片内部断裂壁的粘合，使得管片内部的狭小空腔消失，以及使得管片再次整体化；

当管片内壁出现向外的凸出时，则不进行任何的整形和平整处理，尽量保证管片的结构稳定和一体化，使得管片在继续变形时能够对加固层带动，使得加固层的UHPC材料的材料性能充分发挥。

上述任一技术方案中，所述选定至少一个覆盖区域的步骤，具体包括：沿所述隧道的周向方向上，对具有变形的所述管片及其周围的内壁划分出覆盖区域；沿所述隧道的轴向方向上，对至少一个所述覆盖区域依次划分。

在该技术方案中，采用分段式的加工，使得本方法能够应对隧道内的不同范围、不同程度和不同大小的受损，并且对不同的受损进行分别的覆盖区域划分，覆盖区域沿隧道的周向进行划分，多个覆盖区域沿隧道的轴向设置，使得在每次加工后工人和设置能够沿隧道行进和不同覆盖区域的分别处理，有助于施工的顺利进行。

上述任一技术方案中，所述在所述覆盖区域内配置由加固材料浆浇筑而成的加固层，并与所述定位钢筋相连的步骤，具体包括：在所述覆盖区域内架设加固钢筋网，将所述加固钢筋网与定位钢筋靠近所述管片内壁一端相连；在所述覆盖区域内浇筑加固材料浆，并包裹所述加固钢筋网；其中，所述加固材料浆在冷却后与所述管片相粘合。

在该技术方案中，通过在覆盖区域内预先设置加固钢筋网，可对浇筑的加固材料浆起到骨架支撑的作用，有助于进一步提高加固层的整体强度，避免加固材料浆在固定后整体受力耐久过低，通过将加固钢筋网与定位钢筋相连，使得整体的加固层能够固定和定位的更加稳定，有助于加固层和管片的一体化设置。

上述任一技术方案中，所述在所述覆盖区域内浇筑加固材料浆的步骤，具体包括：在所述覆盖区域对应的所述隧道内架设钢模，并与所述管片内壁之间形成浇筑腔；对所述浇筑腔内部注入加固材料浆，并包裹所述加固钢筋网。

在该技术方案中，通过钢模与管片纵向相对，形成了覆盖区域内的浇筑腔，保证了加固材料浆的稳定凝固和定性，可进行更大厚度的加固层在管片内壁的成型，有助于管片的稳定加固，能够增加整体的加固寿命。

上述任一技术方案中，所述在所述覆盖区域对应的所述隧道内架设钢模的步骤，具体包括：当所述覆盖区域为一个时，在所述覆盖区域对应的所述隧道地面上放置所述钢模；当所述覆盖区域为两个以上时，沿所述隧道的轴线方向上的地面放置导轨，将所述钢模可滑动的安装在所述导轨上，并在相邻的所述覆盖区域之间移动；其中，所述钢模的外壁与所述管片的内壁同轴设置。

在该技术方案中，由于隧道内部的抢修需求程度不同，因此会有一个以及两个以上的覆盖区域设立；

在隧道内部的受损程度和面积小时，可设立一个覆盖区域，此时可直接将钢模放置在覆盖区域内管片的下方，施工完毕后可直接运输走；

在隧道内部的受损程度和面积大时，可设立两个以上的覆盖区域，可预先放置导轨并与钢模滑动连接，并且导轨沿着隧道的轴线方向设置，使得钢模能够在隧道内部持续移动，以便能够应对两个以上的覆盖区域施工需求；

钢模的外壁与管片的内壁同轴设置，使得之间的浇筑腔厚度更加均匀，保证了成型后的加固层的厚度能够相等，避免了抗变形的能力不同，造成整体受力后的偏置。

上述任一技术方案中，所述将所述钢模可滑动的安装在所述导轨上，并在相邻的所述覆盖区域之间移动的步骤，包括：当相邻的所述覆盖区域之间具有间隔时，沿着所述导轨方向移动所述钢模，并将所述钢模纵向对应所述覆盖区域；当相邻的所述覆盖区域之间没有间隔时，沿着所述导轨方向移动所述钢模，将所述钢模沿所述导轨方向的后端停留在相邻的所述覆盖区域连接处下方；其中，所述钢模的纵向投影大于所述覆盖区域的纵向投影。

在该技术方案中，由于隧道内部可能出现不同位置的受损部位，且彼此之间的距离不可控，为保证不对管片造成过大的承载以及降低材料的应用缩减成本，依次可设立两个以上的间隔或者没有间隔的覆盖区域；

当相邻的所述覆盖区域之间具有间隔时，成型后的加固层之间也会有间隔，这样可直接进行不同覆盖区域的加固层施加；

当相邻的所述覆盖区域之间没有间隔时，为了增强相邻之间的加固层之间的联系，使得钢模在移动后，后端的一部分停留在已经施工定性的加固层下方，然后在进行下一个加固层的施工，保证了下一个加固层的加固材料浆直接与前一个的加固层接触，避免了相邻的加固层之间出现缝隙，提高了在成型后两个以上的覆盖区域的联系和稳定。

上述任一技术方案中，所述在所述覆盖区域内架设加固钢筋网的步骤，具体包括：沿所述管片的内壁周向方向上，将多个钢筋相互捆扎，并形成十字交叉且带有网孔的加固钢筋网；其中，在所述隧道的径向方向上，任一所述加固钢筋网与所述管片的对应点之间距离相等。

在该技术方案中，加固钢筋网为多个钢筋捆扎后形成的弧形网状结构，一方面能够方面加固材料浆完全的包裹和加固钢筋网另一方面能够降低钢材的使用，降低整体重量和施工成本；

任一加固钢筋网与管片的对应点之间距离相等，使得加固层钢筋能够置于加固层的中部，保证了对加固材料浆的稳定支撑和固定。

上述任一技术方案中，一种既有盾构管片结构加固方法还包括：对所述覆盖区域内的所述管片内壁进行凿毛处理，然后再对凿毛后的所述管片内壁喷射砂浆。

在该技术方案中，通过对覆盖区域内的管片内壁进行凿毛处理，可增大管片内壁的不平整度，有助于加固层与管片的借助面粘合力度，然后在注入砂浆，可进一步提高加固层与管片的粘合力度。

根据本发明的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本发明的实施例的实践了解到。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的加固层钢筋及其连接结构示意图。

其中，图1至图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1管片、2定位钢筋、3加固钢筋网、4加固层、5修补层。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1-2，本发明第一方面的实施例提供了一种既有盾构管片1结构加固方法，包括如下步骤：确定隧道内管片1变形的位置，并在变形的位置沿管片1内壁选定至少一个覆盖区域；对覆盖区域内相邻的管片1连接缝隙处植入定位钢筋2；在覆盖区域内设置由加固材料浆浇筑而成的加固层4，并与定位钢筋2相连；其中，加固材料浆采用UHPC材料。

根据本发明提供的一种既有盾构管片1结构加固方法，在保持隧道已有变形条件下进行，加固层4仅在结构变形继续发展时产生应变，而传统加固方法中，为先整形然后采用钢材和FRP等加固材料进行加固，因此传动的作业方法使得钢材和FRP等加固材料的高强性能无法充分发挥；

UHPC具有明显的材料性能优势：UHPC可视裂缝抗拉强度能达到30MPa以上，介于一般混凝土与钢材之间。在管片1内侧受拉区UHPC可以承受远超管片1混凝土能够承受的拉应力，可以充分发挥UHPC材料性能；

带有UHPC加固材料浆的加固层4能有效控制管片1持续变形，加固层4有一定厚度，能有效提高管片1内侧受压区截面高度，控制内侧受压部位变形，继而间接控制了内侧受拉部位变形，从而提高管片1整体刚度和承载力；

UHPC自身与管片1混凝土有较好的粘结力，保证了两者之间的变形协调能力，不需要再额外采取措施以提高加固界面的粘结能力，通过将定位钢筋2直接植入相邻的管片1连接缝隙处，可最大程度的降低对管片1结构二次损伤；

通过选定至少一个的覆盖区域，可根据隧道内不同的损伤程度进行针对性的施工设置，可分段进行也可单独段进行，使得整体的施工作业更加灵活，能够应对不同的作业需求，且避免了单一过大的施工段对整体施工造成困扰。

具体地，加固材料浆为(ultrahighperformanceconcrete，UHPC)，是一种超高性能混凝土，由水泥、石英砂、硅灰、石英粉、钢纤维、高效减水剂等细骨料按最大密度理论级配而成的水泥基复合材料，具有超高抗拉/压强度、超高韧性和超强耐久性。

具体地，覆盖区域可以为管片内壁或者管片与管片之间变形的区域，覆盖区域沿轨道内壁周向的宽度和沿隧道内壁轴向的长度可根据破损程度具体设定，但为了保证覆盖区域的牢固性，具体为不小于一个管片内壁的面积。

上述任一实施例中，如图1-2所示，管片1变形包括破损、开裂和外凸；当管片1变形为破损时，对破损的位置注入加固材料浆直至与管片1内壁齐平，并在冷却凝固后形成修补层5；当管片1变形为开裂时，对开裂的缝隙对破损的位置注入加固材料浆直至开裂处完全封堵；当管片1变形为外凸时，不对外凸的位置注入加固材料浆。

在该实施例中，管片1在受损时会具有不同的表现形式，可根据不同的表现形式进行分别的施工预先准备；

在管片1变形为破损时，此时管片1内壁会有成面积的破损内凹，对管片1内壁一体性的完整造成了很大的破坏，若直接施工不仅后期的修复效果很难达到预期，而且加固层4也很难与管片1牢固配合，通过注入带有UHPC的加固材料浆，可度管片1内部进行先行的修补，保证了后续施工的顺利进行和预期效果准确实现；

当管片1内壁出现裂缝时，若不进行修补，会造成后续施加的加固层4难以与裂缝处进行联系，造成加固层4与管片1的符合体内部出现狭小的空腔，不仅失去了加固层4的加固作用，而且不能对裂缝的进一步扩大进行抑制，通过工人进行单独点位的注入加固材料浆可对开裂的裂缝处进行预先的填充和管片1内部断裂壁的粘合，使得管片1内部的狭小空腔消失，以及使得管片1再次整体化；

当管片1内壁出现向外的凸出时，则不进行任何的整形和平整处理，尽量保证管片1的结构稳定和一体化，使得管片1在继续变形时能够对加固层4带动，使得加固层4的UHPC材料的材料性能充分发挥。

上述任一实施例中，如图1-2所示，选定至少一个覆盖区域的步骤，具体包括：沿隧道的周向方向上，对具有变形的管片1及其周围的内壁划分出覆盖区域；沿隧道的轴向方向上，对至少一个覆盖区域依次划分。

在该实施例中，采用分段式的加工，使得本方法能够应对隧道内的不同范围、不同程度和不同大小的受损，并且对不同的受损进行分别的覆盖区域划分，覆盖区域沿隧道的周向进行划分，多个覆盖区域沿隧道的轴向设置，使得在每次加工后工人和设置能够沿隧道行进和不同覆盖区域的分别处理，有助于施工的顺利进行。

上述任一实施例中，如图1-2所示，在覆盖区域内配置由加固材料浆浇筑而成的加固层4，并与定位钢筋2相连的步骤，具体包括：在覆盖区域内架设加固钢筋网3，将加固钢筋网3与定位钢筋2靠近管片1内壁一端相连；在覆盖区域内浇筑加固材料浆，并包裹加固钢筋网3；其中，加固材料浆在冷却后与管片1相粘合。

在该实施例中，通过在覆盖区域内预先设置加固钢筋网3，可对浇筑的加固材料浆起到骨架支撑的作用，有助于进一步提高加固层4的整体强度，避免加固材料浆在固定后整体受力耐久过低，通过将加固钢筋网3与定位钢筋2相连，使得整体的加固层4能够固定和定位的更加稳定，有助于加固层4和管片1的一体化设置。

上述任一实施例中，如图1-2所示，在覆盖区域内浇筑加固材料浆的步骤，具体包括：在覆盖区域对应的隧道内架设钢模，并与管片1内壁之间形成浇筑腔；对浇筑腔内部注入加固材料浆，并包裹加固钢筋网3。

在该实施例中，通过钢模与管片1纵向相对，形成了覆盖区域内的浇筑腔，保证了加固材料浆的稳定凝固和定性，可进行更大厚度的加固层4在管片1内壁的成型，有助于管片1的稳定加固，能够增加整体的加固寿命。

具体地，钢模为带有支架的盒体结构，盒体结构端口朝上设置，盒体为弧形结构，盒体的相对面的侧壁为可拆卸的板材，以便对外部的加固钢筋网和已成型的加固层进行适配，降低彼此之间的干涉，以便钢模在成型加固层后能够移动，板材上端设置有凹槽以便加固材料浆的导入。

上述任一实施例中，如图1-2所示，在覆盖区域对应的隧道内架设钢模的步骤，具体包括：当覆盖区域为一个时，在覆盖区域对应的隧道地面上放置钢模；当覆盖区域为两个以上时，沿隧道的轴线方向上的地面放置导轨，将钢模可滑动的安装在导轨上，并在相邻的覆盖区域之间移动；其中，钢模的外壁与管片1的内壁同轴设置。

在该实施例中，由于隧道内部的抢修需求程度不同，因此会有一个以及两个以上的覆盖区域设立；

在隧道内部的受损程度和面积小时，可设立一个覆盖区域，此时可直接将钢模放置在覆盖区域内管片1的下方，施工完毕后可直接运输走；

在隧道内部的受损程度和面积大时，可设立两个以上的覆盖区域，可预先放置导轨并与钢模滑动连接，并且导轨沿着隧道的轴线方向设置，使得钢模能够在隧道内部持续移动，以便能够应对两个以上的覆盖区域施工需求；

钢模的外壁与管片1的内壁同轴设置，使得之间的浇筑腔厚度更加均匀，保证了成型后的加固层4的厚度能够相等，避免了抗变形的能力不同，造成整体受力后的偏置。

上述任一实施例中，如图1-2所示，将钢模可滑动的安装在导轨上，并在相邻的覆盖区域之间移动的步骤，包括：当相邻的覆盖区域之间具有间隔时，沿着导轨方向移动钢模，并将钢模纵向对应覆盖区域；当相邻的覆盖区域之间没有间隔时，沿着导轨方向移动钢模，将钢模沿导轨方向的后端停留在相邻的覆盖区域连接处下方；其中，钢模的纵向投影大于覆盖区域的纵向投影。

在该实施例中，由于隧道内部可能出现不同位置的受损部位，且彼此之间的距离不可控，为保证不对管片1造成过大的承载以及降低材料的应用缩减成本，依次可设立两个以上的间隔或者没有间隔的覆盖区域；

当相邻的覆盖区域之间具有间隔时，成型后的加固层4之间也会有间隔，这样可直接进行不同覆盖区域的加固层4施加；

当相邻的覆盖区域之间没有间隔时，为了增强相邻之间的加固层4之间的联系，使得钢模在移动后，后端的一部分停留在已经施工定性的加固层4下方，然后在进行下一个加固层4的施工，保证了下一个加固层4的加固材料浆直接与前一个的加固层4接触，避免了相邻的加固层4之间出现缝隙，提高了在成型后两个以上的覆盖区域的联系和稳定。

上述任一实施例中，如图1-2所示，在覆盖区域内架设加固钢筋网3的步骤，具体包括：沿管片1的内壁周向方向上，将多个钢筋相互捆扎，并形成十字交叉且带有网孔的加固钢筋网3；其中，在隧道的径向方向上，任一加固钢筋网3与管片1的对应点之间距离相等。

在该实施例中，加固钢筋网3为多个钢筋捆扎后形成的弧形网状结构，一方面能够方面加固材料浆完全的包裹和加固钢筋网3另一方面能够降低钢材的使用，降低整体重量和施工成本；

任一加固钢筋网3与管片1的对应点之间距离相等，使得加固层4钢筋能够置于加固层4的中部，保证了对加固材料浆的稳定支撑和固定。

上述任一实施例中，如图1-2所示，一种既有盾构管片1结构加固方法还包括：对覆盖区域内的管片1内壁进行凿毛处理，然后再对凿毛后的管片1内壁注入砂浆。

在该实施例中，通过对覆盖区域内的管片1内壁进行凿毛处理，可增大管片1内壁的不平整度，有助于加固层4与管片1的借助面粘合力度，然后在喷射砂浆，可进一步提高加固层4与管片1的粘合力度。

具体的实施步骤：

第1步：对管片1严重开裂位置灌注UHPC进行修补；

第2步：对管片1内表面进行喷砂、凿毛等处理；

第3步：在管片1与管片1之间接缝处植入适当直径的定位钢筋2(以不破坏原管片1为原则，用于固定与之垂直的加固钢筋网3)，并在管片1内壁施作加固钢筋网3(HRB400钢筋，绑扎成十字交叉钢筋网，配筋率3％以上)；

第4步：预先沿隧道轴线方向设计导轨并制作滑动钢模，安装好后，往钢模和原管片1之间的空腔内注射UHPC加固材料浆体并充满，厚度5cm以上(实际根据加固设计图纸)。

第5步：第二天即可拆模完成本覆盖区域加固，并将钢模滑移至隧道内下一覆盖区域施工。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。