一种碳纤维复合材料的隧道支护结构件及其安装方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维复合材料的隧道支护结构件及其安装方法，该结构件拟合标准的隧道管片的形状，紧贴隧道管片的内表面设置，能覆盖隧道管片的接缝部，其包含：上部衬砌条；分别布置在隧道管片的内表面的上部两侧衬砌条、中部两侧衬砌条，该中部两侧衬砌条的底部与隧道管片的道床连接。本发明专利技术的结构件用于城市轨道交通隧道维护支撑，在隧道管片内表面利用粘结胶和预埋螺栓膨胀管固定结构，采用工厂预制的碳纤维复合型材的高强度、高刚度的支撑结构，使隧道管片不再沿连接部位变形，维持地铁车辆的安全运行限界。本发明专利技术提供的隧道管片衬砌补强结构经济实惠，能够解决隧道内支撑钢结构的腐蚀和强度不足的技术问题，占用空间小，且施工快速。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料的隧道支护结构件及其安装方法
本专利技术涉及一种碳纤维复合材料的隧道支护结构件及其安装方法，属于建筑
中新材料应用，同时也类属于新型复合材料

技术介绍
盾构法隧道结构以单层衬砌为主，即完全以预制拼装管片经螺栓连接形成隧道结构主体，这种结构形式可描述为地层约束下的多铰圆环结构。经过长期的地铁运行发现存在隧道变形的情况，特别是在地铁隧道的外部地面高层建筑的增多，在交叉点的隧道安全状态，引起了人们对安全的极大关注。这主要是在交叉节点部位的相互作用会同时影响既有隧道和新建地下结构的受力变形，隧道外部岩土环境因新建工程而出现约束条件变化，其在后期运营荷载或外部作用下的变形因节点局部刚度强化而呈现不均匀特征。上述节点将成为盾构隧道安全运营的敏感点，其在新建工程的施工和后期运营中均表现为隧道安全保障的薄弱环节。然而，对已经变形的隧道进行维护的“天窗”时间（地铁运营时间每天是固定的，如早5:30至晚11:30，随后在夜间留出轨道检查与维护的时间，业内称为“天窗”时间）是有限的，几乎不可能展开较大的施工作业。早期的专利申请CA1179515A1、US4465405公开了利用型钢与混凝土并用（不是复合材料）的支护方法。虽然可以形成较为安全的隧道支护结构，但实施的维护支护结构占用空间较大，会影响列车的安全运行限界。中国专利CN2921279Y提出利用隧道内的结构重新浇铸衬砌层，这样的施工方法在维持列车运行的隧道内是不可行的，即使是利用“天窗”时间也很难甚至无法完成作业。美国专利US20120009024A1提出利用钢板弯制成相互扣紧的支撑结构，维持隧道不再变形。这种方法可以形成较为坚固的隧道支撑结构，但钢板的耐腐蚀问题，和施工周期较长的问题无法在城市地铁隧道中解决。还有中国专利CN102536260A提出利用钢方管型材在工厂内预制成型，在隧道现场内组装，其内填充高强度混凝土增加刚度。问题是如何拟合已经变形的隧道管片拼装结构，方管型钢的支撑强度是否满足要求，还有方管型钢外部的复合材料层是否能够参与承载。如果方管型钢的尺寸太大，就会影响列车运行安全限界，还会影响已经敷设的电缆及消防管线的空间。关键是这种方法的施工期过长，无法提高工作效率以满足“天窗”时间。中国专利CN103061780A提出利用芳纶布粘结在隧道管片内，待固化后再利用焊接成型的钢材作为支护层。在占用空间上该方法可以满足列车安全运行限界要求，但钢材的防腐、施工时间较长等问题还是存在不足。中国专利CN103775106A提出了利用钢筋混凝土重新筑起内衬层的支护结构，显然也无法适应城市轨道交通隧道对列车安全运行限界的要求，还增加了施工的难度，这种方法在维持运行隧道内施工是不允许的。作为工程项目全寿命周期内的安全使用要求，对于敏感节点中单层衬砌隧道易变形的弱点，亟需一种满足高强度、大刚度，快速施工，兼顾耐久性与消防安全的加固方法，对原衬砌结构进行预先加强或变形后加固修复措施。该结构能在空间狭窄、允许加固时间短等苛刻条件下，实现隧道的快速加固，并大幅提高隧道整体刚度和承载力，占用空间小、不影响列车的安全运行限界。
技术实现思路
针对存在的技术不足，本专利技术的目的在于提供一种碳纤维复合材料结构件作为变形隧道管片衬砌支撑的，满足高强度与刚度，快速施工，兼顾耐久性与消防安全的维护加固方法。为达到上述目的，本专利技术提供了一种碳纤维复合材料的隧道支护结构件，该结构件拟合标准的隧道管片的形状，紧贴隧道管片的内表面设置，能覆盖隧道管片的接缝部，该结构件包含：上部衬砌条；分别布置在隧道管片的内表面上部两侧的上部两侧衬砌条；分别布置在隧道管片的内表面中部两侧的中部两侧衬砌条，其底部与隧道管片的道床连接。上述的碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其中，所述的结构件的厚度为30-60mm。上述的碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其中，所述的结构件与隧道管片之间通过涂布高粘度粘结胶填补隧道管片的不平整且能增加碳纤维复合材料与混凝土粘结强度，该粘结胶的剪切应力达20-30N/mm2，线性热膨胀系数小于30×10-6K。上述的碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其中，所述的结构件在隧道管片拼装接缝的位置，形成局部加厚的形状，并在接缝两边固定有膨胀螺栓。上述的碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其中，所述的结构件还包括膨胀螺栓，用于加强隧道管片与结构件之间的固定连接。上述的碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其中，所述的结构件还包括膨胀螺栓钢孔板，该膨胀螺栓钢孔板上设置有安装孔，该安装孔与隧道管片上的孔相对应，膨胀螺栓经该膨胀螺栓钢孔板上的安装孔与隧道管片上的孔连接固定。上述的碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其中，所述的隧道管片中还预埋有膨胀螺栓管；所述的预埋是指在管片内表面钻孔，然后填进环氧树脂后，安装膨胀螺栓管。本专利技术还提供了一种根据上述的碳纤维复合材料的隧道支护结构件的安装方法，该方法为：临时移开隧道内的电缆及管线，并处理隔断的逃生平台，留出安装空间；在变形隧道管片内表面预定位置钻孔，填进环氧树脂后预埋膨胀螺栓，待环氧树脂完全固化后，清洗隧道管片内表面，涂高粘度粘结胶；然后将拟合隧道管片标准形状预制的碳纤维复合材料结构件粘结在隧道管片内表面的预定加固支撑空间的部位上；然后恢复所有隧道内电缆与管线的安装位置，待完全固化后便可形成满足支撑强度与刚度，维持列车安全运行限界的隧道衬砌支撑结构。上述的安装方法，其中，所述的结构件还包含膨胀螺栓及膨胀螺栓孔板，通过该膨胀螺栓及膨胀螺栓孔板加强结构件与管片之间的固定连接。所述的碳纤维复合材料结构件的两端结构内预埋有膨胀螺栓孔板（这里的预埋是在碳纤维复合材料结构件制造过程中将金属板埋进复合材料中，看起来是金属部件，但埋在复合材料中是作为螺栓紧固的支撑体），利用碳纤维复合材料与钢材的结合技术保证碳纤维复合材料结构件能够在膨胀螺栓压紧固定状态下的强度要求。本专利技术的结构件的安装使用时，在工厂预制的碳纤维复合型材，在隧道管片内表面利用粘结胶和预埋螺栓膨胀管固定结构，采用碳纤维复合型材的高强度与刚度的支撑结构，使隧道顶部楔形管片、上部两侧管片、中部两侧管片，以及下部道床管片不再沿连接部位变形，维持由于隧道外部载荷不均匀时发生的变形不再延续，以维持地铁车辆的安全运行限界。本专利技术提供的碳纤维复合材料的隧道支护结构件，结构简单，用于城市轨道交通隧道维护支撑，占用空间小，且使用方法简便，能在很短的“天窗”时间内完成施工；支撑强度与刚度良好，相对于钢结构支撑方法成本较低，能安全地维持列车安全运行限界。附图说明图1为地铁隧道车辆安全运行限界示意。图2为地铁隧道管片在外部不均匀载荷下的变形示意。图3为本专利技术的碳纤维复合材料衬砌加固条4的平面示意图。图4为本专利技术的一种碳纤维复合材料的隧道支护结构件的上部衬砌条401的安装示意图。图5为本专利技术的一种碳纤维复合材料的隧道支护结构件的上部两侧衬砌条402的安装示意图。图6为本专利技术的一种碳纤维复合材料的隧道支护结构件的中部两侧衬砌条403的安装示意图。图7a为本专利技术的一种碳纤维复合材料的隧道支护结构件与隧道管片安装完成的立体图。图7b为沿着图7a的A-A’线的剖视图。具体实施方式以下结合附图本对专利技术的实施方式做进一步地说明。如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其特征在于，该结构件拟合标准的隧道管片（1）的形状，紧贴隧道管片（1）的内表面设置，能覆盖隧道管片（1）的接缝部，该结构件包含：上部衬砌条（401）；分别布置在隧道管片（1）的内表面上部两侧的上部两侧衬砌条（402）；分别布置在隧道管片（1）的内表面中部两侧的中部两侧衬砌条（403），其底部与隧道管片（1）的道床（105）连接。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其特征在于，该结构件拟合标准的隧道管片（1）的形状，紧贴隧道管片（1）的内表面设置，能覆盖隧道管片（1）的接缝部，该结构件包含：上部衬砌条（401）；分别布置在隧道管片（1）的内表面上部两侧的上部两侧衬砌条（402）；分别布置在隧道管片（1）的内表面中部两侧的中部两侧衬砌条（403），其底部与隧道管片（1）的道床（105）连接；及膨胀螺栓（405），用于加强隧道管片与结构件之间的固定连接。2.如权利要求1所述的碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其特征在于，所述的结构件的厚度为30-60mm。3.如权利要求1所述的碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其特征在于，所述的结构件与隧道管片之间通过涂布高粘度粘结胶填补隧道管片的不平整且能增加碳纤维复合材料与混凝土粘结强度，该粘结胶的剪切应力达20-30N/mm2，线性热膨胀系数小于30×10-6K。4.如权利要求1所述的碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其特征在于，所述的结构件在隧道管片（1）拼装接缝的位置，形成局部加厚的形状，并在接缝两边固定有膨胀螺栓。5.如权利要求1所述的碳纤维复合材料的隧道支护结构件，其特征在于，所述的结构件还包括膨胀螺栓孔板（404）...

【专利技术属性】
技术研发人员：何大海，莫凡，张衍，万敏，宿文德，
申请(专利权)人：上海友德节能技术发展有限公司，上海隧道工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31