[发明专利]一种PVA‑ECC套衬结构及施工方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道工程加固技术领域，具体涉及一种PVA-ECC套衬结构及施工方法。

背景技术

截至2015年底，我国大陆运营铁路隧道有13400座，总长超过13000km；运营公路隧道14006座，总长12683.9km。我国隧道运营总里程已居世界首位。隧道建设取得了巨大成就，但受限于施工及管理水平，有相当比例运营隧道都存在衬砌背后空洞、衬砌厚度不足、渗漏水以及衬砌开裂等质量缺陷及病害，服役状况堪忧。由于隧道缺陷、病害的隐蔽性，隧道病害发生的突然性，隧道病害整治干扰大等问题，致使隧道病害日趋严重，治理严重不足，已严重危及隧道运营安全。

针对隧道病害问题，目前国内外隧道工程者已开展了一些工作，对不同类型和严重程度的隧道病害，初步形成了“因地制宜、技术可行、经济合理、高效安全、彻底整治”的病害整治原则和分类整治技术。隧道衬砌裂损、衬砌厚度不足是常见的衬砌病害问题，对于衬砌裂损严重和极严重、衬砌厚度不足1/2时，当隧道内净空允许的情况，常采用套衬加固方法；当隧道内净空受限的情况，常采用如W型钢带加固、嵌入钢架加固等加固技术。但由于整治材料的耐久性不好，加固方法不合理等原因，一些隧道的整治效果不佳，病害易出现反复，如云南地区的小丫口隧道，由于混凝土界面间的连接问题、混凝土材料本身的脆性特点，采用混凝土套衬加固后，仍出现严重开裂掉块，不得不拆除重建。可见，上述传统的混凝土套衬加固技术还存在一些问题，如混凝土套衬加固易出现界面翘曲、剥离，不能有效抑制既有混凝土裂缝，而且，其柔性不足，若采用厚度较大的套衬，易受净空限制，若采用较薄的套衬，易变现开裂，整治效果不理想。

因此，针对现有混凝土套衬加固技术存在的不足，亟需提供一种PVA-ECC套衬结构及施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由PVA-ECC（聚乙烯醇纤维增韧水泥基复合材料，Polyvinyl alcohol Fiber-Engineered CementitiousComposites，简称PVA-ECC）构成的结构抗裂性能好、变形和承载能力强、与既有混凝土的粘结性能好，显著提高隧道结构加固效果的套衬加固结构。

具体技术方案如下：在衬砌1内侧设置套衬结构6，所述套衬结构6包括凹槽4、钢拱架5、PVA-ECC套衬2和锚固连接筋3，所述衬砌1上开设凹槽4，所述凹槽4内设置钢拱架5，所述凹槽4和衬砌1内侧浇筑PVA-ECC套衬2，所述衬砌1与PVA-ECC套衬2之间设置锚固连接筋3。

进一步的，所述凹槽4沿隧道纵向开设，纵向间距为1.0~2.0m，凹槽4深度的15~20cm，所述锚固连接筋3沿隧道环向和纵向呈梅花形布置，环向间距为0.5~1.0m，纵向间距为0.2~0.5m，采用φ22~32mm钢筋或M18~M22高强化学锚栓。通过所述锚固连接筋3和所述凹槽4的设置加强了PVA-ECC套衬2与既有衬砌1的协同受力变形能力，有效防止界面处的翘曲和剥落破坏。

进一步的，所述钢拱架5沿隧道纵向设置，嵌入切槽形成的凹槽4内，纵向间距为1.0~2.0m，可根据需要采用I12~I20的工字型钢拱架、H100~H175的H型钢拱架、钢筋格栅拱架或波形腹板工字型拱架等。

进一步的，所述PVA-ECC套衬2采用PVA-ECC材料浇筑而成，所述PVA-ECC材料的组分为水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂和PVA纤维，其中，按质量比计，水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂=1：（1.0~1.2）：（0.6~0.8）：（0.42~0.57）：（0.001~0.003）；以水泥、粉煤灰、砂和减水剂混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的掺量为13~20kg/m³。

进一步的，所述水泥为P.O.42.5硅酸盐水泥，所述粉煤灰为一级粉煤灰，所述砂的粒径在0.2mm~0.4mm，所述PVA纤维的长度为12mm，直径大于30μm，抗拉强度大于1200MPa，弹性模量大于30GPa，断裂伸长率大于6%，所述减水剂为减水率40%以上的聚羧酸高效减水剂。

本发明所述PVA-ECC套衬2厚度介于10~30cm，沿隧道环向各截面厚度相同，保持各连接处圆顺。

本发明所述PVA-ECC材料的制备方法为：将水泥、粉煤灰、砂按权利要求4的所述质量比加入搅拌机搅拌均匀后，按权利要求4的所述质量比加入PVA纤维搅拌均匀，之后按权利要求4的所述质量比再加入水、减水剂湿拌均匀即可得到高韧性PVA-ECC材料。

其中上述PVA-ECC套衬结构的施工方法，具体施工步骤如下：