[发明专利]一种预埋钢板抗横椭圆变形盾构隧道加固结构及施工方法

权利要求书

1.一种预埋钢板抗横椭圆变形盾构隧道加固结构，其特征在于：包括管片(1)、预埋钢板(2)、连接钢板(3)、锚筋(4)、拉索(9)、连接槽钢(10)、液压千斤顶(11)、临时注浆通道(12)和壁外填筑固化土(13)；管片(1)内弧面设置预埋钢板(2)，相邻预埋钢板(2)之间设置连接钢板(3)，连接钢板(3)两端分别与预埋钢板(2)连接固定；预埋钢板(2)外侧等间距垂直焊接有锚筋(4)，锚筋(4)一端设在预埋钢板(2)上,另一端连接固定在管片(1)主筋上；预埋钢板(2)上设置预埋连接装置，预埋连接装置包括内置螺孔(5)、螺杆(6)和外连接头，内置螺孔(5)贯穿预埋钢板(2)设于管片(1)中，内置螺孔(5)内设有螺杆(6)，螺杆(6)一端设有外连接头，外连接头露在预埋钢板(2)内弧表面；外连接头包括牛腿状外连接头(7)和拉环状外连接头(8)，盾构隧道两侧腰部设置拉环状外连接头(8)，两侧拉环之间设置预应力拉索(9)，盾构隧道顶拱和底拱部位对称设置牛腿状外连接头(7)，两个等高的牛腿状外连接头(7)之间架设连接槽钢(10)进行支撑，顶部的连接槽钢(10)上设置液压千斤顶(11)对顶部管片(1)进行顶升；拉环状外接头(8)上下紧靠的内置螺孔(5)设置成临时注浆通道(12)用于注浆填充壁外空隙形成壁外填筑固化土(13)。

2.根据权利要求1所述的预埋钢板抗横椭圆变形盾构隧道加固结构，其特征在于：所述预埋钢板(2)紧贴管片(1)内弧面，并分布于每一块管片(1)正中央，并与管片(1)长边相平行。

3.根据权利要求1所述的预埋钢板抗横椭圆变形盾构隧道加固结构，其特征在于：所述连接钢板(3)固定在相邻两块管片(1)之间，两端分别与预埋钢板(2)通过螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的预埋钢板抗横椭圆变形盾构隧道加固结构，其特征在于：所述预埋连接装置分布在预埋钢板(2)中轴线上；内置螺孔(5)由空心螺纹套构成；螺杆(6)与外连接头为一整体。

5.根据权利要求1所述的预埋钢板抗横椭圆变形盾构隧道加固结构，其特征在于：所述拉索(9)两端连接在靠近盾构隧道水平直径的两个拉环状外连接头(8)上并对其两侧的管片(1)形成张拉固定。

6.根据权利要求1所述的预埋钢板抗横椭圆变形盾构隧道加固结构，其特征在于：所述连接槽钢(10)架设在靠近隧道顶部和底部零弯矩位置的牛腿状外连接头(7)上。

7.根据权利要求1所述的预埋钢板抗横椭圆变形盾构隧道加固结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预埋钢板(2)的制作与加工：依据管片(1)内弧面的弧度和长度对钢板进行裁剪，垂直于短边画出钢板平面的中轴线，沿着中轴线钻孔，并依次将空心螺纹套塞入并固定在孔洞内，空心螺纹套一端与预埋钢板(2)表面平齐，另一端垂直露出表面；之后对预埋钢板(2)进行弯曲加工，空心螺纹套与预埋钢板(2)表面平齐的一面为内弧面，另一侧弯曲成外弧面；待预埋钢板(2)制作加工完毕后，在空心螺纹套内塞入布料进行堵塞，并用胶带封闭两端洞口；

2)钢筋结构的焊接：按照管片(1)的尺寸搭接好钢筋架，并将加工后的预埋钢板(2)紧贴钢筋架内弧面布置，之后在预埋钢板(2)外侧等间距焊接锚筋(4)，锚筋(4)另外一端与管片(1)主筋进行焊接固定，将预埋钢板(2)充分固定在钢筋架上；

3)管片(1)的浇筑与养护：采用管片(1)模具固定钢筋骨架，之后将管片砼倒入模具内部，整体振捣成型；浇砼后管片(1)采用无压蒸养约6～8小时后拆模；拆模后采用吊具脱模，再经翻转后运至喷淋降温区进行喷淋降温，待管片温差与水池温差不大于20℃时，运到养护池进行养护；管片养护完毕即转至堆放场堆放，待达到龄期后运输到盾构施工现场使用；

4)焊接连接钢板(3)：在管片(1)主体拼接完成后，将相邻管片(1)内弧面接缝附近的混凝土壁凿除一小部分，露出预埋钢板(2)，在进行简单的清洗表面后，将连接槽钢(3)固定在内嵌的预埋钢板(2)上，表面与管片(1)内弧面平齐，之后利用螺栓将连接钢板(3)两端与预埋钢板(2)进行连接固定，之后利用环氧树脂填补缝隙；

5)隧道结构内加固施工：待隧道通车运营后，遇到隧道结构需要进行加固时，利用已经预埋在管片(1)内部的预埋钢板(2)等部件进行快速加固；首先，选择最靠近水平直径的两个内置螺孔(5)，将封口的胶带及内部塞入的布料取出，并对内置螺孔(5)内部进行简单清洗，将拉环状外连接头(8)通过螺杆(6)旋进内置螺孔(5)内，进行临时固定；接着在拉环状外连接头(8)处选择紧靠的上下两个内置螺孔(5)进行钻洞改装，在原本内置螺孔(5)的基础上将其钻穿，形成临时注浆通道(12)；之后在仰拱和底拱零弯矩点附近选择等高的两处内置螺孔(5)，以同样的方式将牛腿状外连接头(7)旋紧固定；之后在仰拱和底拱的两个等高牛腿状外连接头(7)上架设连接槽钢(10)进行硬支撑，在水平直径两端的拉环状外连接头(8)之间拉设预应力拉索(9)进行张拉固定；在顶拱处的连接槽钢(10)上布置1～2个液压千斤顶(11)对顶部管片(1)进行顶升；在对管片(1)进行水平张拉和竖向顶升后，对水平直径两端附近的管片(1)及接缝进行注浆加固以防止管片(1)出现反弹；

6)加固结构的拆卸回收：待隧道结构稳定之后，首先卸除水平拉设的预应力拉索(9)，之后依次拆除液压千斤顶(11)、连接槽钢(10)，牛腿状外连接头(7)和拉环状外连接头(8)等构件进行整理回收；同时在使用过的内置螺孔(5)处再次塞入布料并封闭孔口以防止异物进入堵塞孔道。