【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道工程，特别涉及基于先验信息的大变形段支护衬砌及方法。
技术介绍
1、我国幅员辽阔，山岭众多，21世纪以来，伴随我国高速公路迅猛发展，越来越多的隧道建设在高地应力软岩大变形地层中。高地应力软岩大变形地层段隧道拱肩(或拱脚等)位置常因弯矩过大，出现二衬混凝土受压区过小，隧道内侧二衬被压溃，外侧被拉裂的病害。
2、针对以上病害，设计阶段常采用加厚二衬、加强二衬配筋等，运营阶段常采用内侧粘贴碳纤维板、薄钢板等措施。设计阶段的加厚二衬、加强二衬配筋等措施，虽能解决以上病害，但针对局部病害，采取全断面加强的措施，其经济性较差。运营阶段的内侧粘贴碳纤维板、薄钢板等措施，从受力状态上讲，其实质是为隧道二衬混凝土增加约束，压榨其剩余抗压强度，并未从本质上约束外侧混凝土开裂，增大混凝土受压区宽度，随着围岩荷载的进一步释放，外侧二衬开裂后受拉钢筋锈蚀等，内侧压应力有突破二衬混凝土极限抗压强度，再次出现破坏的风险，加固效果一般。
技术实现思路
1、基于目前存在的问题，本专利技术提供一种基于先验信息的大变形段支护衬砌及方法，在设计和施工阶段，结合地勘资料、计算分析、现场监测和工程经验，在二衬拱肩(或拱脚等)或其它先验外侧受拉、内侧受压破坏部位外侧小范围间隔预先布设带肋碳纤维板，以增大二衬外侧抗拉承载力，约束外侧开裂变形，增大内侧二衬混凝土受压区宽度。本专利技术为局部加强措施，经济性较好，同时还能防止二衬因受拉侧二衬开裂，钢筋锈蚀而再次出现病害，并从本质上改善了断面受力状态，整体
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于先验信息的大变形段支护衬砌施工方法，包括：进行大变形判断及对应支护衬砌安全性验算；
4、在设计阶段，在二衬拱肩或拱脚外侧小范围或其它先验外侧受拉、内侧受压破坏部位，间隔预先布设带肋碳纤维板，增大二衬外侧抗拉承载力，约束外侧开裂变形，增大内侧二衬混凝土受压区宽度，减小二衬内侧混凝土应力，控制衬砌应力始终处于0～0.5fc范围内，防止衬砌出现开裂病害。
5、进一步地，二衬拱肩或拱脚外侧小范围为环向2.0m；衬砌开裂后荷载影响范围约为衬砌厚度的3倍。
6、进一步地，间隔具体是纵向间隔0.6m。
7、进一步地，大变形判断如下：(1)设计阶段：
8、
9、
10、λ--侧压力系数；
11、sh，av-平均水平主应力；
12、sh-最大水平主应力；
13、sh-最小水平主应力；
14、sv-垂直主应力；
15、
16、α-综合系数；
17、e-弹性模量；
18、rb-岩石单轴抗压强度；
19、按综合系数的变形等级划分如表1所示：
20、表1
21、 大变形等级 i级 ii级 iii级 α 60～30 30～15 ＜15
22、(2)施工阶段：按表2进行分级：
23、表2大变形分级表
24、 大变形分级 名称 判据 i级 轻微大变形 <![cdata[2≤u<sub>a</sub>/a＜3]]> ii级 中等大变形 <![cdata[3≤u<sub>a</sub>/a＜5]]> iii级 强烈大变形 <![cdata[5≤u<sub>a</sub>/a]]>
25、注：ua为变形量；a为隧道宽度；
26、判断是否是在i、ii级大变形段。
27、进一步地，支护衬砌安全性验算如下：
28、n≤fc0bx+f′y0a′g0-fy0ag0-ffaf
29、
30、n-设计断面轴力设计值，kn；
31、fc0-衬砌混凝土轴心抗压强度设计值，mpa；
32、b-衬砌截面宽度，mm；
33、x-混凝土受压区高度，mm；
34、fy0、f′y0-衬砌受力主筋的抗拉强度设计值和抗压强度设计值，mpa；
35、ag0、a′g0-衬砌受拉区和受压区受力主筋的截面面积，mm2；
36、af-加肋碳纤维板的截面面积，mm2；
37、ff-加肋碳纤维板的抗拉强度设计值，mpa；
38、h1-衬砌混凝土截面高度，mm；
39、h01-衬砌混凝土截面有效高度，mm，为衬砌受拉区受力主筋ag0合力点至截面受压区边缘的距离；
40、a′0-衬砌受压区受力主钢筋至截面近边的距离，mm；
41、e-偏心距，mm，为轴向压力设计值n的作用点至衬砌受拉区受力主钢筋和受拉加肋碳纤维板合力点的距离；
42、
43、ei＝e0+ea
44、
45、
46、ei-初始偏心距，mm；
47、e0-轴向压力对截面中心的偏心距，mm，取m为设计断面弯矩设计值，kn.m；
48、ea-附加偏心距，mm，按偏心方向截面最大尺寸h1确定，当h1≤600mm时，ea＝20mm，当h1＞600mm时，ea＝h1/30；
49、η-偏心增大系数，应乘以修正系数ψη；
50、ψη-偏心增大系数修正系数，取值如下：
51、当时，取ψη＝1.2；
52、当时，取ψη＝1.3；
53、a0-衬砌受拉区受力主钢筋至截面近边的距离，mm；
54、a1-加肋碳纤维板和衬砌受拉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于先验信息的大变形段支护衬砌施工方法，其特征在于：包括：进行大变形判断及对应支护衬砌安全性验算；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：二衬拱肩或拱脚外侧小范围为环向2.0m；衬砌开裂后荷载影响范围约为衬砌厚度的3倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：间隔具体是纵向间隔0.6m。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：大变形判断如下：(1)设计阶段：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：支护衬砌安全性验算如下：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：带肋碳纤维板纵横向正交布设加劲肋，加劲肋交叉位置预留未贯穿连接钢筋孔；加劲肋仅布设在靠近二衬侧，另一侧为平整面；带肋碳纤维板通过L形钢筋与二衬钢筋骨架连接；L形钢筋一端插入加带肋碳纤维板预留孔中，且灌入黏钢胶，另一端与二衬环向钢筋焊接连接。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：带肋碳纤维板的布设，及与二衬钢筋的连接在二衬混凝土浇筑前完成。
8.一种大变形段支护衬砌，其特征在于：根据权利要求1～7任一项所述的方
9.根据权利要求8所述的大变形段支护衬砌，其特征在于：包括在钢筋混凝土二衬和在二衬拱肩或拱脚或其它先验外侧受拉、内侧受压破坏部位外侧纵向间隔布设的带肋碳纤维板；带肋碳纤维板外侧为平整面，面对二衬钢筋骨架一侧设有碳纤维板环向加劲肋和碳纤维板纵向加劲肋，加劲肋交叉位置预留未贯穿连接钢筋孔，L形钢筋一端插入加带肋碳纤维板预留孔中，另一端与二衬环向钢筋焊接连接。
10.根据权利要求8所述的大变形段支护衬砌，其特征在于：带肋碳纤维板平面尺寸为2.0×0.6m。
...【技术特征摘要】
1.一种基于先验信息的大变形段支护衬砌施工方法，其特征在于：包括：进行大变形判断及对应支护衬砌安全性验算；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：二衬拱肩或拱脚外侧小范围为环向2.0m；衬砌开裂后荷载影响范围约为衬砌厚度的3倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：间隔具体是纵向间隔0.6m。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：大变形判断如下：(1)设计阶段：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：支护衬砌安全性验算如下：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：带肋碳纤维板纵横向正交布设加劲肋，加劲肋交叉位置预留未贯穿连接钢筋孔；加劲肋仅布设在靠近二衬侧，另一侧为平整面；带肋碳纤维板通过l形钢筋与二衬钢筋骨架连接；l形钢筋一端插入加带肋碳纤维板预留孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：王安民，何俊，陈星宇，李志厚，段晓彬，陈树汪，张涛，白国权，郑欣，陈俊武，
申请(专利权)人：云南省交通规划设计研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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