一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法与流程

本发明涉隧道工程，特别涉及一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法。

背景技术：

1、在城市修建地下隧道时，通常采用盾构法。盾构法修建的隧道衬砌结构由多块管片拼装而成，管片间通过螺栓连接，块与块之间、环与环之间，形成纵缝、环缝。管片与接缝共同构成了盾构隧道衬砌结构。随运营年限增加，部分盾构隧道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，在修建或运营不久出现了类似病害。这些病害的产生位置主要位于隧道内力较大位置，同时由于纵缝较薄弱，多数破坏发生在纵缝处。病害的产生不利于隧道安全。目前，对隧道结构进行加固是处理病害隧道的主要方法之一，通过加固增强结构承载力和刚度以及安全储备。

2、已有加固方法包括：粘贴碳纤维布、芳纶布加固法，粘贴钢环加固法，复合构件加固法，钢拱架加固法，钢板-混凝土组合结构加固法，超高性能混凝土加固法等。目前较常用的加固方式为粘贴钢环加固法，加固钢环由多块曲形钢板拼接焊接而成。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。为了解决以上缺点，有学者提出了超高性能混凝土加固法(专利号cn202010330643.8)，即使用uhpc加固，但该加固方法并未对结构不同区域进行区分。

3、以上加固方法均为按照原有隧道断面形状加固，即等截面加固，加固后隧道内部空间仍为圆形。然而，隧道结构存在薄弱部位，等截面加固时，受限于隧道净空要求，薄弱部位加固厚度受限，而非薄弱部位加固厚度可能偏厚，因此等截面加固不仅浪费材料，也不能最大程度加固结构薄弱部位，不能使得加固后的隧道获得最理想的力学性能。

技术实现思路

1、本发明提供一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，用以解决背景技术提出的情况。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，包括以下步骤：

3、a、基于隧道受力和隧道内车辆限界将隧道截面划分出多个加固区域；

4、b、在划分出加固区域后综合隧道的破损状况，计算隧道的加固厚度；

5、c、基于隧道的加固厚度，选取uhpc作为加固材料对隧道进行加固处理。

6、优选的是，所述隧道由盾构通道内的多个隧道环逐个连接组成，隧道环由多个隧道管片首尾相连拼接而成。

7、优选的是，所述基于隧道受力、隧道破损和隧道内车辆限界将隧道截面划分为多个加固区域时，加固区域通过管片弧度范围与纵缝位置进行划分。

8、优选的是，所述加固区域包括：第一区域、第二区域、第三区域、第四区域和第五区域。

9、优选的是，所述第一区域的弧度范围为0°～22.5°和337.5°～360°，第二区域的弧度范围为22.5°～67.5°和292.5°～337.5°，第三区域的弧度范围为67.5°～135°和225°～292.5°，第四区域的弧度范围为135°～158°和202°～225°，第五区域的弧度范围为158°～202°，隧道内若存在道床，则第四区域的弧度范围为135°～225°。

10、优选的是，所述纵缝的位置在临近隧道截面腰部的90°和270°附近。

11、优选的是，所述隧道环内的各个区域的隧道环内的加固厚度分别为第一区域50mm或60mm、第二区域40mm、第三区域40mm～90mm、第四区域40mm、第五区域50mm或60mm。

12、优选的是，所述在对第一区域至第五区域进行加固前，首先对纵缝进行加固。

13、优选的是，所述隧道内存在道床时，第四区域的隧道环内的加固厚度为40mm。

14、优选的是，所述步骤c、基于隧道的加固厚度，选取uhpc作为加固材料对隧道进行加固处理。的具体方法为：

15、a、对隧道进行凿毛；

16、b、对凿毛后的隧道进行植筋3的植入，基于隧道环内的加固厚度调节植筋3留在隧道环内壁外的长度；

17、c、基于植筋3留在隧道环内壁外的长度，获取隧道环加固截面；

18、d、根据隧道加固截面制作模板；

19、e、将模板插入至隧道内；

20、f、向模板与隧道之间灌注uhpc4；

21、g、待uhpc4固结后完成隧道的加固。

22、本发明的有益效果如下：

23、在本发明的方案中：

24、1.基于精确计算得出的隧道加固厚度，使用uhpc加固后的隧道具有强度高、刚度大、耐久性好、界面粘结性强、渗透性低、抗火性能良好的特点，相比现有的盾构隧道结构加固技术，同时可增加衬砌结构强度和刚度以及有效控制裂缝的效果；

25、2.利用了uhpc中的钢纤维杂乱分布并桥接裂缝的特点，可通过纤维防止混凝土掉块，从而在施工中不必挂设钢筋网，缩短了施工工期；

26、3.通过控制植筋长度进而控制加固截面厚度，实现对不同隧道位置采用不同加固厚度的变截面加固，在加固时充分考虑隧道内限界和结构薄弱部位，对空间充足且为薄弱部位处增加加固厚度，同时避免对本身安全部位的过度加固，不仅节省了加固材料，也使得加固后结构力学性能提升更大。

技术特征：

1.一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述隧道由盾构通道内的多个隧道环逐个连接组成，隧道环由多个隧道管片(1)首尾相连拼接而成。

3.根据权利要求2所述的一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述基于隧道受力、隧道破损和隧道内车辆限界将隧道截面划分为多个加固区域时，加固区域通过管片(1)弧度范围与纵缝(2)位置进行划分。

4.根据权利要求3所述的一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述加固区域包括：第一区域、第二区域、第三区域、第四区域和第五区域。

5.根据权利要求4所述的一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述第一区域的弧度范围为0°～22.5°和337.5°～360°，第二区域的弧度范围为22.5°～67.5°和292.5°～337.5°，第三区域的弧度范围为67.5°～135°和225°～292.5°，第四区域的弧度范围为135°～158°和202°～225°，第五区域的弧度范围为158°～202°，隧道内若存在道床，则第四区域的弧度范围为135°～225°。

6.根据权利要求3所述的一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述纵缝(2)的位置在临近隧道截面腰部的90°和270°附近。

7.根据权利要求4所述的一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述隧道环内的各个区域的加固厚度分别为第一区域50mm或60mm、第二区域40mm、第三区域40mm～90mm、第四区域40mm、第五区域50mm或60mm。

8.根据权利要求7所述的一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述在对第一区域至第五区域进行加固前，首先对纵缝(2)进行加固。

9.根据权利要求1所述的一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述隧道内存在道床时，隧道环内的第四区域的加固厚度为40mm。

10.根据权利要求9所述的一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，其特征在于，所述步骤c、基于隧道的加固厚度，选取uhpc(4)作为加固材料对隧道进行加固处理的具体方法为：

技术总结本发明涉隧道工程技术领域，特别涉及一种采用超高性能混凝土加固盾构隧道衬砌结构的方法，包括以下步骤：基于隧道受力和隧道内车辆限界将隧道截面划分为出多个加固区域；在划分出加固区域后综合隧道的破损状况，计算隧道的加固厚度；基于隧道的加固厚度，选取UHPC4作为加固材料对隧道进行加固处理，基于精确计算得出的隧道加固厚度，使用UHPC加固后的隧道具有强度高、刚度大、耐久性好、界面粘结性强、渗透性低、抗火性能良好的特点，相比现有的盾构隧道结构加固技术，同时可增加衬砌结构强度和刚度以及有效控制裂缝的效果。技术研发人员：姜叶翔,毛海和,张戈,柳献,张帆,羊逸君,徐秀峰,段玉振,李伟,张文涛受保护的技术使用者：北京城建设计发展集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18