【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道新建及加固，尤其涉及一种基于钢-frp网格增强的喷射uhpc隧道套衬结构及其施工方法。
技术介绍
1、
2、在新建隧道与加固隧道的工程建设中，对施工工期有着严格要求，尤其是隧道加固工程。常见的混凝土衬砌建设，具有施工工期长、建设成本高的缺点，且在隧道所处的湿润地下环境中，由混凝土渗水引发的衬砌增强钢筋的锈蚀严重威胁着隧道的安全服役。对于隧道加固工程中，常见的加固手段为混凝土增大截面法、钢结构套衬加固法和粘贴frp(纤维增强复合材料，fiberreinforcedpolymers/plastics)板/布法。然而，混凝土增大截面法侵占隧道使用空间且施工周期长，钢结构套衬加固法施工复杂、耐久性差，粘贴frp板/布法施工复杂、耐高温性能差、结构刚度提升不明显。
3、此外，frp网格具有节点刚度高、耐腐蚀和双向受力的优点，但受限于玄武岩纤维的线弹性特征和较低的工艺水平引起的frp网格整体纤维含量较少，导致frp网格弹性模量较低且整体呈现脆性破坏，将其直接应用于隧道工程难以取得理想效果。
4、因此，亟需一种基于frp网格材料并可同时满足隧道新建/加固工程要求的且短周期、不侵占空间、结构性能优异的新型隧道结构。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种由钢-frp复合网格增强超高性能混凝土组成的，满足隧道新建和加固工程快速施工、刚耐久性高和使用空间要求的钢-frp复合网格增强的喷射uhpc隧道套衬结构及其施工方法，解决了现有隧道衬砌新建
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于钢-frp网格增强的喷射uhpc隧道套衬结构的施工方法，包括以下步骤：
4、步骤一、对待施工隧道内壁进行清洗、凿毛，并充分湿润；
5、步骤二、按设计位置标定、放样，通过锚固组件沿隧道方向安装u型工字钢，使u型工字钢的一侧翼板紧贴隧道内壁；
6、步骤三、通过紧固组件将第一层钢-frp复合网格预紧并固定在u型工字钢上，使紧固组件紧贴u型工字钢靠近隧道内壁一侧的翼板；
7、步骤四、在第一层钢-frp复合网格上喷涂喷射型uhpc，形成第一层uhpc层，喷涂厚度为设计套衬厚度的三分之一至二分之一；
8、步骤五、继续通过紧固组件将第二层钢-frp复合网格预紧并固定在u型工字钢上，使紧固组件紧贴第一层uhpc层；
9、步骤六、在第二钢-frp复合网格上继续喷涂喷射型uhpc，形成第二层uhpc层，且两层uhpc层的总厚度比u型工字钢的高度至少高出2cm。
10、进一步，钢-frp复合网格为由若干个相互垂直的横枝和纵枝连接构成的双向刚性节点网格，横枝和纵枝形成多个正方形的网孔，横枝和纵枝均包括位于内部的钢芯以及包裹在钢芯外部的frp包裹层。
11、进一步，横枝和纵枝的横截面一样，钢芯的横截面面积为横枝或纵枝的横截面面积的三分之一至二分之一。
12、进一步，网孔的边长大于喷射型uhpc中所用纤维长度的三倍。
13、进一步，frp包裹层的成型材料为cfrp、bfrp、gfrp或afrp中的任意一种。
14、进一步，喷射型uhpc的抗压强度等级大于或等于120mpa。
15、进一步，所述紧固组件包括两个对称分布的锁合件以及连接两个锁合件的螺栓螺母组件，所述锁合件包括c字形抱箍以及位于c字形抱箍两端的锁合板，u型工字钢的腹板设有供螺栓螺母组件穿插的定位孔。通过c字形抱箍锁住钢-frp复合网格的纵枝，从而将钢-frp复合网格牢固地固定在u型工字钢上。
16、进一步，所述锚固组件包括锚杆，所述u型工字钢靠近隧道内壁一侧的翼板开设有用于锚杆穿插的插孔；或者，所述锚固组件包括锚杆和锚固件，所述锚固件由一体弯折连接的定位板、连接板和压板构成，所述连接板的两端分别与所述定位板和所述压板垂直连接，所述定位板设有供锚杆穿插的插孔。
17、进一步，所述锚杆为钢锚杆或frp锚杆。
18、进一步，在完成喷射型uhpc的第二次喷涂后，采用塑料膜覆盖密封24h养护uhpc。
19、第二方面，本专利技术提供了一种基于钢-frp网格增强的喷射uhpc隧道套衬结构，采用上述的施工方法制得，所述喷射uhpc隧道套衬结构包括若干个u型工字钢、固定在u型工字钢上的两层钢-frp复合网格以及uhpc层，所述u型工字钢通过锚固组件沿隧道方向安装，两层钢-frp复合网格分别通过紧固组件预紧并固定在u型工字钢上，通过在u型工字钢、两层钢-frp复合网格上喷涂喷射型uhpc形成uhpc层，且最终喷涂形成的uhpc层的总厚度比u型工字钢的高度至少高出2cm。
20、与现有技术相比，本专利技术提供了一种，具备以下有益效果：
21、(1)本专利技术所采用的钢-frp复合网格综合发挥了钢材与frp网格的性能优势，将其应用于隧道新建与加固中，一方面克服了传统衬砌因增强钢筋锈蚀导致的耐久性问题，提升了隧道的服役寿命，并降低了隧道衬砌全生命周期成本；另一方面克服了传统frp材料脆性破坏的问题，大幅提升了frp增强混凝土结构的延性。
22、(2)本专利技术采用钢-frp复合网格增强喷射超高性能混凝土的结构形式。首先，喷射超高性能混凝土的施工方式可大幅提升隧道衬砌的施工速度；其次，超高性能混凝土(uhpc)的早强特性可使得套衬快速获得结构强度，进一步缩短工程工期；再次，超高性能混凝土超高强度和刚度可大幅降低套衬或套衬加固层的厚度，减少隧道使用空间的侵占；最后，超高性能混凝土的超高韧性和钢-frp复合网格的二次刚度可大幅提升整体套衬的塑性耗能能力。
23、(3)本专利技术满足隧道新建、加固需求，钢-frp复合网格、uhpc以及喷射施工的有机结合，在满足隧道套衬快速施工的同时，实现了钢、frp网格以及uhpc三种材料的性能互补。相对于传统套衬结构，在满足套衬设计要求的基础上，大幅降低了衬砌厚度，拓展了隧道空间，显著提升了套衬抗渗、控裂和耐久性能，有效的提升了隧道套衬的安全使用年限。
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1.一种基于钢-FRP网格增强的喷射UHPC隧道套衬结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，钢-FRP复合网格为由若干个相互垂直的横枝和纵枝连接构成的双向刚性节点网格，横枝和纵枝形成多个正方形的网孔，横枝和纵枝均包括位于内部的钢芯以及包裹在钢芯外部的FRP包裹层。
3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，横枝和纵枝的横截面一样，钢芯的横截面面积为横枝或纵枝的横截面面积的三分之一至二分之一；网孔的边长大于喷射型UHPC中所用纤维长度的三倍。
4.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，FRP包裹层的成型材料为CFRP、BFRP、GFRP或AFRP中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，喷射型UHPC的抗压强度等级大于或等于120MPa。
6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述紧固组件包括两个对称分布的锁合件以及连接两个锁合件的螺栓螺母组件，所述锁合件包括C字形抱箍以及位于C字形抱箍两端的锁合板，U型工字钢的腹板设有供螺栓螺母组件穿插
7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述锚固组件包括锚杆，所述U型工字钢靠近隧道内壁一侧的翼板开设有用于锚杆穿插的插孔；或者，所述锚固组件包括锚杆和锚固件，所述锚固件由一体弯折连接的定位板、连接板和压板构成，所述连接板的两端分别与所述定位板和所述压板垂直连接，所述定位板设有供锚杆穿插的插孔。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述锚杆为钢锚杆或FRP锚杆。
9.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在完成喷射型UHPC的第二次喷涂后，采用塑料膜覆盖密封24h养护UHPC。
10.一种基于钢-FRP网格增强的喷射UHPC隧道套衬结构，其特征在于，采用权利要求1所述的施工方法制得，所述喷射UHPC隧道套衬结构包括若干个U型工字钢、固定在U型工字钢上的两层钢-FRP复合网格以及UHPC层，所述U型工字钢通过锚固组件沿隧道方向安装，两层钢-FRP复合网格分别通过紧固组件预紧并固定在U型工字钢上，通过在U型工字钢、两层钢-FRP复合网格上喷涂喷射型UHPC形成UHPC层，且最终喷涂形成的UHPC层的总厚度比U型工字钢的高度至少高出2cm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于钢-frp网格增强的喷射uhpc隧道套衬结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，钢-frp复合网格为由若干个相互垂直的横枝和纵枝连接构成的双向刚性节点网格，横枝和纵枝形成多个正方形的网孔，横枝和纵枝均包括位于内部的钢芯以及包裹在钢芯外部的frp包裹层。
3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，横枝和纵枝的横截面一样，钢芯的横截面面积为横枝或纵枝的横截面面积的三分之一至二分之一；网孔的边长大于喷射型uhpc中所用纤维长度的三倍。
4.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，frp包裹层的成型材料为cfrp、bfrp、gfrp或afrp中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，喷射型uhpc的抗压强度等级大于或等于120mpa。
6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述紧固组件包括两个对称分布的锁合件以及连接两个锁合件的螺栓螺母组件，所述锁合件包括c字形抱箍以及位于c字形抱箍两端的锁合板，u型工字钢的腹板设有供螺栓螺母组件穿插的定位孔。
...【专利技术属性】
技术研发人员：林敬辉，汪昕，李达，陈志远，严宗雪，吴智深，
申请(专利权)人：广州公路工程集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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