[发明专利]一种利用拱环加固隧道的结构及加固隧道的方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道加固技术领域，具体涉及一种利用拱环加固隧道的结构及加固隧道的方法。

背景技术

随着我国对交通营运的要求日益增长，轨道交通越来越体现出其重要性，其每年完成的旅客周转量占全社会旅客周转量的1/3以上，完成货物周转量占全社会货物周转量的55％以上，在城市中地铁更是缓解城市交通压力的最有效的交通工具。

隧道是轨道交通的重要通道，而隧道在使用过程中，难免会出现超载、卸载、腐蚀、沉降、上浮等问题，不仅会出现裂缝渗水等现象，且当新增荷载过大或隧道损坏程度过大时还将导致隧道承载力不够引起大变形，致使轨道交通无法正常营运。为使轨道交通能充分的、有效的、持续的发挥其功能，对隧道进行支撑加固是十分必要的。目前，对隧道进行支撑加固常采用钢板环，但其加固隧道的效果有限，且用钢量大，成本高。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种可提高隧道承载力、抵御变形的能力和节省钢材的利用拱环加固隧道的结构。同时，本发明还提供了一种加固隧道的方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本利用拱环加固隧道的结构，包括固定于隧道的道床两侧的牛腿、至少2个拱环和连接件，所述拱环底部的两端分别固定于与此拱环对应的且位于道床两侧的牛腿，所述拱环沿隧道的纵向分布，同时，所述相邻的2个拱环通过连接件连接；

所述拱环包括至少2段弧形钢管，所述弧形钢管的内腔填充满混凝土，所述弧形钢管的截面呈多边形或圆形；所述弧形钢管依次连接形成与隧道的内壁表面紧贴的拱环；当所述弧形钢管的截面呈多边形时，所述弧形钢管的各边管壁的壁厚根据各边管壁的受力情况确定。由于弧形钢管的各边管壁的厚度是根据其受力情况确定，则弧形钢管的各边管壁的厚度可能完全相等，也可能部分相等，还也可能完全不一致。此设计采用了优化设计，即采用最少的钢材提供足够的支撑力，从而降低加固成本。

为方便相邻2个弧形刚管的连接，所述弧形钢管的两端均设有法兰，相邻2段所述弧形钢管通过法兰连接。

为提高拱环的稳定性，所述牛腿中预埋有钢板，所述牛腿通过钢板与拱环底部固定连接。

所述弧形钢管的段数为7段。在实际中，弧形钢管的段数根据隧道的曲率大小确定。如弧形钢管的段数为2、3、4、5、6中任意一种。

作为一种优选，相邻所述2个拱环之间具有间距，此间距的大小为100mm～500mm。间距的大小根据隧道实际受力情况和损伤程度确定。采用此设计可保证支撑强度的情况下减少材料的使用。

所述的加固隧道的方法，包括以下步骤：

A、勘察隧道：对隧道变形进行勘察；

B、测量曲率：在隧道的道床两侧设置牛腿，测量牛腿上方隧道内壁的曲率；

C、制作弧形钢管：根据测量的曲率制作至少2段与隧道内壁曲率对应的弧形钢管，所述弧形钢管的内腔填充满混凝土；所述弧形钢管的截面呈多边形或圆形；当所述弧形钢管的截面呈多边形时，所述弧形钢管的各边管壁的壁厚根据各边管壁的受力情况确定；

D、拱环的安装：所述弧形钢管与其曲率对应的隧道内壁表面贴紧，所述弧形钢管自位于隧道的道床两侧且相对的2个牛腿向隧道的顶端依次连接，当所有的弧形钢管连接完成，形成用于加固隧道的拱环，所述拱环的底部两端分别与位于隧道的道床两侧且相对的2个牛腿固定连接；

E、隧道的加固：根据步骤A的勘察结果，重复步骤B、C和D，沿隧道纵向在隧道内安装多个拱环，且相邻的2个拱环通过连接件连接，从而完成隧道的加固。

为进一步提高加固作用，在步骤C与步骤D之间时，所述弧形钢管与隧道内壁表面的接触部位涂有粘结材料。

为更进一步提高加固作用，在步骤D与步骤E之间，在所述拱环的外凸面与隧道内壁之间补注粘结材料。

为提高拱环与隧道之间的紧密性及稳定性，沿拱环的环向设有多个固定箍，所述固定箍呈Ω形，所述固定箍的两端固定于隧道的内壁，且所述固定箍的中部压着拱环。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、本发明通过利用主要由多段弧形钢管构成的拱环加固隧道，此拱环具有承载力高及抵御变形能力强等特点，从而提高隧道的承载能力和抵御变形的能力，同时，也减少了隧道裂缝渗水等现象的发生。

2、本发明中弧形钢管的各边管壁的厚度根据其受力情况而确定，使各边厚度在提供核心混凝土足够约束力的情况下尽量减少钢材的使用量，这降低了成本。