基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法，在隧道襯砌表面掛設纖維編織網(wǎng)，向纖維編織網(wǎng)噴射快凝復合砂漿，快凝復合砂漿迅速凝結(jié)在纖維編織網(wǎng)上形成厚度為1～2cm的加固薄層，纖維編織網(wǎng)位于加固薄層中間位置，通過快凝復合砂漿的迅速凝結(jié)，實現(xiàn)纖維編織網(wǎng)對隧道襯砌的早強加固。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能保證加固層與襯砌結(jié)構(gòu)的牢固粘結(jié)，在不采用額外錨固措施的條件下，有效防止界面破壞；實現(xiàn)隧道襯砌的迅速早強加固，可以有效應用于寒冷地區(qū)，施工便捷迅速，急劇地減小因隧道襯砌加固維修施工及加固層養(yǎng)護對交通的影響，具有有效提高隧道襯砌承載能力、控制裂縫擴展、改善裂縫形式、耐腐蝕能力強等優(yōu)點。
【專利說明】基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道襯砌加固補強【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及用纖維編織網(wǎng)和快凝復合砂漿早強快速加固隧道襯砌的方法。
背基技術(shù)
[0002]改革開放以來，隨著國家加強對基礎設施建設的投入，我國交通建設事業(yè)取得了迅猛地發(fā)展，我國隧道建設取得了長足的進步。目前，我國已經(jīng)成為世界上隧道工程數(shù)量最多、最復雜、發(fā)展最快的國家。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2012年底，我國已建成運營的公路隧道達5600余座，總里程接近4000公里。在鐵路隧道方面，截止2009年底，我國已建成鐵路隧道總長度已經(jīng)超過7000公里，規(guī)劃到2020前，長度超過9000公里。這些隧道普遍采用新奧法設計施工，結(jié)構(gòu)的主流形式是以錨噴支護作為初期支護，以模筑混凝土作為二次永久襯砌的復合襯砌結(jié)構(gòu)。然而，由于隧道是修建在地下巖土介質(zhì)中的半隱蔽工程，而且我國隧道是在不同時期、不同地質(zhì)條件和不同技術(shù)水平下修建的，經(jīng)過多年運營，許多隧道已出現(xiàn)多種病害，如變形侵限、裂縫、滲漏水、錯臺、掉塊、坍塌、底鼓、襯砌背后空洞等，這些病害給隧道運營安全造成了一定威脅。由隧道病害導致的事故屢見不鮮。如2000年9月興安嶺隧道出現(xiàn)襯砌掉塊，2001年10月達成鐵路萬山寺隧道出現(xiàn)襯砌大范圍掉塊，2001年12月寶中線清涼山隧道襯砌掉塊，這些事故都險些造成嚴重的行車事故。
[0003]由于襯砌病害產(chǎn)生后會破壞結(jié)構(gòu)的美觀，導致隧道襯砌鋼筋銹蝕及結(jié)構(gòu)混凝土腐蝕等多種耐久性不足的病害產(chǎn)生，進而破壞結(jié)構(gòu)的完整性并降低它們的耐久性。隧道襯砌病害嚴重威脅隧道內(nèi)行車的安全，縮短隧道的維護周期和使用壽命，如果對它不進行及時治理，會對襯砌結(jié)構(gòu)造成進ー步的損壞，極端不利情況下甚至可能導致結(jié)構(gòu)整體崩潰。在運轉(zhuǎn)迅速的當今社會，交通的流暢順通對保證人民正常生活、經(jīng)濟的平穩(wěn)發(fā)展和社會的安定起著至關(guān)重要的作用，因此為了減小因隧道襯砌加固維修施工及加固層養(yǎng)護對交通的影響，當今社會下的隧道襯砌加固補強將賦予“早強迅速”的新特點。
[0004]面對隧道襯砌病害，科技工作者、工程師等通過實踐，提出了各種的病害治理方法或措施，常用的隧道襯砌補強方法有外部圍巖注漿，増大襯砌截面、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)混凝土，増加額外構(gòu)件等。這些補強方法施工都比較復雜，除外部圍巖注漿外，其他的幾種方法還存在危害著隧道建筑限界的缺點。
[0005]隨著各種優(yōu)質(zhì)建筑結(jié)構(gòu)膠的面市，外貼鋼板片法和粘貼FRP布法在隧道襯砌加固中逐漸得到推祟。對外貼鋼板法，由于鋼板高密度的特點，増加了襯砌結(jié)構(gòu)的自重，同時施エ時需要大型的機械設備，對施工場地的要求比較高。另外，由于采用的鋼板往往有一定的厚度，因此在成型方面具有一定的限制，往往需要根據(jù)被修復結(jié)構(gòu)的形狀來預制鋼板。對于粘貼FRP布法，主要存在防火性能差、難以用干潮濕環(huán)境，容易發(fā)生界面剝離破壞等主要缺點。除此之外，這兩類方法耐高溫能極差(通常采用環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)劑，環(huán)氧樹脂的熔點約為60°C )，一旦隧道中發(fā)生火災，加固層迅速失效，這對隧道襯砌補強來說是不能接受的。[0006]德意志研究聯(lián)合會于1999年提出了纖維編織網(wǎng)增強混凝土(Textile ReinforcedConcrete,簡稱TRC)對混凝土結(jié)構(gòu)進行加固。TRC是多軸纖維編織網(wǎng)和精細混凝土的結(jié)合，纖維編織網(wǎng)主要采用碳纖維和耐堿玻璃纖維，精細混凝土為骨料粒度很小的混凝土，主要成為為水泥、硅灰、粉煤灰和砂等材料組成，具有良好的流動、滲透、粘結(jié)、保水和耐久性能。但是，研究機構(gòu)自己也指出，在一定的受カ狀態(tài)下，由于TRC加固層和原構(gòu)件的界面剪應カ大于界面粘結(jié)力，從而導致界面剝離破壞，進而不能有效地保證加固層與被加固構(gòu)件之間的協(xié)同受力。
[0007]中國專利ZL2009100102593的專利公開了ー種用纖維編織網(wǎng)和水泥基材料加固補強混凝土的方法，公開了為了防止界面破壞，在加固層與被加固構(gòu)件之間添加U型抗剪銷釘，可以有效地防止界面剝離破壞。但是該措施會對混凝土結(jié)構(gòu)造成二次損傷。同時該專利還公開了為了提高纖維編織網(wǎng)網(wǎng)束之間的協(xié)同受力，在施工過程中采用環(huán)氧樹脂對纖維網(wǎng)束進行浸潰。但是該エ序降低了加固層的耐火性能。
[0008]以上加固方法除了所述的主要缺點之外，它們還存在ー個共同缺點，不能實現(xiàn)隧道襯砌的早強迅速加固。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法。該方法具備TRC加固技術(shù)改善裂縫形式、カロ固薄層幾乎不改變構(gòu)件截面尺寸等特點，同時還具備施工便捷，避免界面粘結(jié)破壞，加固效果好，耐火，能早強迅速地實現(xiàn)隧道襯砌的加固補強。
[0010]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0011]一種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法，簡稱RTMTS(Rapidly Textile-reinforced mortar for tunnel strengthening),在_道襯砌表面掛設纖維編織網(wǎng)，向纖維編織網(wǎng)噴射快凝復合砂衆(zhòng)(簡稱為RCM, Rapidly compositemortar),快凝復合砂楽;迅速凝結(jié)在纖維編織網(wǎng)上形成厚度為I?2cm的加固薄層,纖維編織網(wǎng)位于加固薄層中間位置，以纖維編織網(wǎng)為增強材料，以快凝復合砂漿為凝結(jié)劑和保護層，通過快凝復合砂漿的迅速凝結(jié)，實現(xiàn)纖維編織網(wǎng)對隧道襯砌的早強加固。
[0012]該方法具體包括以下步驟:
[0013](I)采用高壓氣錘對待加固隧道襯砌表面進行粗糙處理，清洗并去除混凝土粉塵及松動顆粒，隧道襯砌的粗糙度要求為0.5?Icm ;
[0014](2)在襯砌待加固表面的端部及中部均布打上掛網(wǎng)釘，掛網(wǎng)釘端部至被加固襯砌表面距離為5?IOmm ；
[0015](3)將纖維編織網(wǎng)掛于掛網(wǎng)釘上，使用干浄水，采用噴霧器將待加固襯砌表面及纖維編織網(wǎng)濕潤；
[0016](4)采用噴射法，將預先攪拌好的快凝復合砂漿均勻噴射至被加固區(qū)域，保證快凝復合砂漿均勻覆蓋住纖維編織網(wǎng)，形成厚度為I?2cm的加固薄層；
[0017](5)隧道運營條件下，自然養(yǎng)護2?4小吋。
[0018]對待加固隧道襯砌表面進行粗糙處理，清洗并去除混凝土粉塵及松動顆粒，能夠有效地提高加固薄層與隧道襯砌之間的界面粘結(jié)性能，避免因界面破壞而造成不能充分利用纖維編織網(wǎng)高強度特性和材料的浪費。通過大量實驗，當加固界面的粗糙度在0.5?Icm之間時，加固薄層與隧道襯砌之間的界面不再是薄弱環(huán)節(jié)。與采用外部錨固措施(如U型抗剪銷釘)相比，采用粗糙度指標來提高界面的粘結(jié)性能可以有效地避免因采用錨固措施打孔對隧道襯砌所造成的二次損傷。
[0019]在襯砌待加固表面的端部及中部均布布置掛網(wǎng)釘，掛網(wǎng)釘起到固定纖維編織網(wǎng)的作用。掛網(wǎng)釘端部至襯砌被加固表面的距離為5mm，可以有效地保證纖維編織網(wǎng)位于加固層中部。
[0020]所述的快凝復合砂漿由氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、五氧化ニ磷、氧化鉀、氧化鐵、碳纖維絲、水、粗砂和細砂組成，其中粗砂的粒徑為0.6mm?1.2mm,細砂的粒徑小于0.6mm,各組分的具體配合比為氧化鎂:氧化鋁:氧化硅:五氧化ニ磷:氧化鉀:氧化鐵:碳纖維絲:水:粗砂:細砂=(0.30 ?0.35): (0.20 ?025): (0.15 ?0.20):
[0021](0.08 ?0.15): (0.05 ?0.10): (0.04 ?0.07): (0.005 ?0.007): (0.18 ?
0.25): (0.15 ?0.20):
[0022](0.30?0.37)，具有高流動性、優(yōu)異自密實、高滲透性、優(yōu)異保水性、耐久性、優(yōu)異的抗開裂、韌性和防火性能，攪拌過程釋放大量的熱量，可以用于寒冷地區(qū)。
[0023]快凝復合砂漿中加入氧化鎂、氧化鋁、五氧化ニ磷和氧化鉀，這些組分在水化過程中釋放大量的熱量，可以保證本發(fā)明方法有效地應用于寒冷地區(qū)隧道的早強加固。快凝復合砂漿中加入碳纖維絲，可以有效地改善加固層裂縫的分布和限制裂縫的發(fā)展。
[0024]快凝復合砂漿可以不局限于上述材料，只需要滿足早強、具有優(yōu)異的耐腐蝕、粘結(jié)性能、耐高溫、滲透性、流通性能和自密實性能即可。
[0025]快凝復合砂漿的攪拌噴射方法為:先將氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、五氧化ニ磷、氧化鉀、氧化鐵、碳纖維絲、粗砂和細砂按比例稱重，放入攪拌機中攪拌均勻。待襯砌被加固表面處理、纖維編織網(wǎng)掛網(wǎng)和表面潤濕完成后，加入比例水攪拌，采用紅外線溫度測量儀量測混合復合材料溫度，當溫度上升至60°C時，將復合材料送入混凝土噴射罐，采用高壓均勻噴射至被加固區(qū)域。噴射過程應迅速完成，不易中斷。噴射完成之后應及時清洗噴射儀器設備，以防止快凝復合砂漿凝結(jié)堵塞儀器設備。
[0026]采用噴射方式澆筑快凝復合砂漿，具有施工便捷，防止快凝復合砂漿流下，有效保證施工質(zhì)量的特點，這可以便于RTMTS方法在隧道襯砌加固修復中的大規(guī)模應用。
[0027]根據(jù)偏壓構(gòu)件抗彎加固原理建立加固強度與纖維編織網(wǎng)用量關(guān)系，所述的纖維編織網(wǎng)采用網(wǎng)束間距為I?IOcm和橫截面積為6.6?26.4mm2的纖維材料，或根據(jù)隧道襯砌的主受カ方向，纖維編織網(wǎng)的徑向和緯向分別采用不同強度的纖維材料，所述的纖維材料包括碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或其他新型纖維材料。纖維編織網(wǎng)作為加筋材料具有耐腐蝕性能，防腐蝕的保護層不再需要，可以有效減小加固層厚度，加筋材料選用纖維編織網(wǎng)具有優(yōu)異的強質(zhì)比(強度質(zhì)量比)，可以有效減小加固層的質(zhì)量。
[0028]所述的纖維編織網(wǎng)采用經(jīng)固化劑固化處理過的纖維網(wǎng)束，具體處理方式為采用耐高溫類樹脂將纖維絲均勻浸潰，然后在0.1?0.5MPa壓カ下壓制成型。經(jīng)過固化處理的纖維編織網(wǎng)可以有效地提高纖維束的協(xié)同受力。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的加固方法具有有效提高隧道襯砌承載能力、控制裂縫擴展、改善裂縫形式、耐腐蝕能力強、加固層薄、不增加隧道襯砌結(jié)構(gòu)自重等優(yōu)點；能保證加固層與襯砌結(jié)構(gòu)的牢固粘結(jié)，在不采用額外錨固措施的條件下，有效防止界面破壞；實現(xiàn)隧道襯砌的迅速早強加固，可以有效應用于寒冷地區(qū)，施工便捷迅速，急劇地減小因隧道襯砌加固維修施工及加固層養(yǎng)護對交通的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為隧道襯砌結(jié)構(gòu)加固示意圖；
[0031]圖2為圖1中A處的局部放大示意圖；
[0032]圖3為纖維編織網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中I為掛網(wǎng)釘，2為纖維編織網(wǎng)，3為快凝復合砂漿，4為隧道襯砌，5為加固薄層。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0035]實施例1
[0036]一種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法，簡稱RTMTS(Rapidly Textile-reinforced mortar for tunnel strengthening),在道襯砌表面掛設纖維編織網(wǎng)，向纖維編織網(wǎng)噴射快凝復合砂漿，快凝復合砂漿迅速凝結(jié)在纖維編織網(wǎng)上形成厚度為Icm的加固薄層，纖維編織網(wǎng)位于加固薄層中間位置，以纖維編織網(wǎng)為增強材料，以快凝復合砂漿為凝結(jié)劑和保護層，通過快凝復合砂漿的迅速凝結(jié)，實現(xiàn)纖維編織網(wǎng)對隧道襯砌的早強加固。
[0037]該方法具體包括以下步驟:
[0038](I)采用高壓氣錘對待加固隧道襯砌表面進行粗糙處理，清洗并去除混凝土粉塵及松動顆粒，隧道襯砌的粗糙度要求為0.5?1cm。
[0039]對待加固隧道襯砌表面進行粗糙處理，清洗并去除混凝土粉塵及松動顆粒，能夠有效地提高加固薄層與隧道襯砌之間的界面粘結(jié)性能，避免因界面破壞而造成不能充分利用纖維編織網(wǎng)高強度特性和材料的浪費。通過大量實驗，當加固界面的粗糙度在0.5?Icm之間時，加固薄層與隧道襯砌之間的界面不再是薄弱環(huán)節(jié)。與采用外部錨固措施(如U型抗剪銷釘)相比，采用粗糙度指標來提高界面的粘結(jié)性能可以有效地避免因采用錨固措施打孔對隧道襯砌所造成的二次損傷。
[0040](2)在襯砌待加固表面的端部及中部均布打上掛網(wǎng)釘，掛網(wǎng)釘端部至被加固襯砌表面距離為5mm。
[0041 ] 在襯砌待加固表面的端部及中部均布布置掛網(wǎng)釘，掛網(wǎng)釘起到固定纖維編織網(wǎng)的作用。掛網(wǎng)釘端部至襯砌被加固表面的距離為5mm，可以有效地保證纖維編織網(wǎng)位于加固層中部。
[0042](3)將纖維編織網(wǎng)掛于掛網(wǎng)釘上，使用干浄水，采用噴霧器將待加固襯砌表面及纖維編織網(wǎng)濕潤。
[0043]根據(jù)隧道襯砌的主受カ方向，纖維編織網(wǎng)的徑向和緯向分別采用不同強度的纖維材料，纖維材料包括碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或其他新型纖維材料。纖維編織網(wǎng)作為加筋材料具有耐腐蝕性能，防腐蝕的保護層不再需要，可以有效減小加固層厚度，加筋材料選用纖維編織網(wǎng)具有優(yōu)異的強質(zhì)比(強度質(zhì)量比)，可以有效減小加固層的質(zhì)量。纖維編織網(wǎng)采用經(jīng)固化劑固化處理過的纖維網(wǎng)束，經(jīng)過固化處理的纖維編織網(wǎng)可以有效地提高纖維束的協(xié)同受力。
[0044](4)采用噴射法，將預先攪拌好的快凝復合砂漿均勻噴射至被加固區(qū)域，保證快凝復合砂漿均勻覆蓋住纖維編織網(wǎng)，形成厚度為Icm的加固薄層。
[0045]快凝復合砂漿由氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、五氧化ニ磷、氧化鉀、氧化鐵、碳纖維絲、水、粗砂和細砂組成,其中粗砂的粒徑為0.6mm?1.2mm，細砂的粒徑小于0.6mm，各組分的具體配合比為氧化鎂:氧化鋁:氧化硅:五氧化ニ磷:氧化鉀:氧化鐵:碳纖維絲:水:粗砂:細砂=0.33:0.22:0.17:0.11:0.07:0.04:0.005:0.2:0.17:0.35。快凝復合砂漿具有高流動性、優(yōu)異自密實、高滲透性、優(yōu)異保水性、耐久性、優(yōu)異的抗開裂、韌性和防火性能，攪拌過程釋放大量的熱量，可以用于寒冷地區(qū)。
[0046]快凝復合砂漿中加入氧化鎂、氧化鋁、五氧化ニ磷和氧化鉀，這些組分在水化過程中釋放大量的熱量，可以保證本發(fā)明方法有效地應用于寒冷地區(qū)隧道的早強加固。快凝復合砂漿中加入碳纖維絲，可以有效地改善加固層裂縫的分布和限制裂縫的發(fā)展。
[0047]快凝復合砂漿可以不局限于上述材料，只需要滿足早強、具有優(yōu)異的耐腐蝕、粘結(jié)性能、耐高溫、滲透性、流通性能和自密實性能即可。
[0048]快凝復合砂漿的攪拌噴射方法為:先將氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、五氧化ニ磷、氧化鉀、氧化鐵、碳纖維絲、粗砂和細砂按比例稱重，放入攪拌機中攪拌均勻。待襯砌被加固表面處理、纖維編織網(wǎng)掛網(wǎng)和表面潤濕完成后，加入比例水攪拌，采用紅外線溫度測量儀量測混合復合材料溫度，當溫度上升至60°C時，將復合材料送入混凝土噴射罐，采用高壓均勻噴射至被加固區(qū)域。噴射過程應迅速完成，不易中斷。噴射完成之后應及時清洗噴射儀器設備，以防止快凝復合砂漿凝結(jié)堵塞儀器設備。
[0049]采用噴射方式澆筑快凝復合砂漿，具有施工便捷，防止快凝復合砂漿流下，有效保證施工質(zhì)量的特點，這可以便于RTMTS方法在隧道襯砌加固修復中的大規(guī)模應用。
[0050](5)隧道運營條件下，自然養(yǎng)護2小吋。
[0051]隧道襯砌加固后結(jié)構(gòu)如圖1?3所示，加固薄層5粘結(jié)在隧道襯砌4的表面，加固薄層5由纖維編織網(wǎng)2及快凝復合砂漿3形成，纖維編織網(wǎng)2掛設在掛網(wǎng)釘I上，掛網(wǎng)釘I嵌入隧道襯砌4內(nèi)。
[0052]實施例2
[0053]用本發(fā)明的方法加固一座雙向兩車道山嶺隧道襯砌。隧道二次襯砌頂拱單圓半徑為5700_，隧道二次襯砌厚度為350_，混凝土強度等級為C30，軸心抗壓強度設計值f。=14.3N / mm2。經(jīng)現(xiàn)場實地勘察表明，在距離隧道洞ロ 200m處，山體表面局部塌陷，造成隧道襯砌頂拱處產(chǎn)生了大量的張ロ型縱向裂縫。為了保證隧道的安全穩(wěn)定運營，采用本發(fā)明的方法對隧道進行快速加固。
[0054]第一歩:確定纖維編織網(wǎng)截面尺寸和間距
[0055]由于本發(fā)明的加筋材料為纖維編織網(wǎng)，其強度遠遠高于快凝復合砂漿，同時快凝復合砂漿噴射厚度非常小，因此可以忽略其抗拉強度。隧道截面發(fā)生破壞主要存在拉破壞和壓破壞兩類形式，因此依據(jù)現(xiàn)有的隧道內(nèi)表面加固理論，采用隧道截面軸力和彎矩的平衡方程來確定纖維編織網(wǎng)截面尺寸和間距。[0056]由于沿隧道縱向和橫向均受力，從安全角度出發(fā)，擬采用經(jīng)緯向均為碳纖維材料的纖維編織網(wǎng)，其抗拉強度為ft = 4100MPa,極限拉應變?yōu)閑 fu=0.025，弾性模量為Ef =230GPa，設計加固層厚度為1cm。
[0057]依據(jù)隧道襯砌頂拱截面的彎矩及軸カ平衡方程，確定采用纖維編織網(wǎng)網(wǎng)束間距為10cm，橫截面積為13.5mm2的碳纖維編織網(wǎng)。
[0058]第二步，臨時封閉交通
[0059]為了保證施工人員的安全，申請有關(guān)部門臨時封閉隧道。
[0060]第三步:被加固隧道襯砌表面處理及掛網(wǎng)釘施工
[0061]采用高壓氣錘將隧道襯砌頂拱至拱腰范圍的襯砌內(nèi)表面鑿粗，采用便攜式巖石表面形貌儀量測粗糙度，保證襯砌表面粗糙度達到0.5cm。在待加固區(qū)域端部及頂拱部均布鉆孔，布置掛網(wǎng)釘。由于掛網(wǎng)釘起到臨時固定纖維編織網(wǎng)的作用，因此掛網(wǎng)釘數(shù)量及其鉆孔深度可以依據(jù)植筋錨固抗拔カ理論，結(jié)合纖維編織網(wǎng)質(zhì)量加以確定。為了保證纖維編織網(wǎng)位于加固層中部，控制錨固釘端部至被加固表面的距離為5mm。最后，采用高壓水槍將被加固襯砌表面區(qū)域清洗干凈,并沖掉松動顆粒。
[0062]第四歩，纖維編織網(wǎng)布置及表面潤濕
[0063]將纖維編織網(wǎng)掛于掛網(wǎng)釘上，并采用噴霧器將待加固襯砌表面及纖維編織網(wǎng)潤濕。
[0064]第五歩，快凝復合砂漿攪拌
[0065]按照氧化鎂:氧化鋁:氧化硅:五氧化ニ磷:氧化鉀:氧化鐵:碳纖維絲:水:粗砂:細砂=0.33:0.22:0.17:0.11:0.07:0.04:0.005:0.2:0.17:0.35 的配比稱量各組分，倒
入攪拌機中攪拌。采用紅外線溫度量測儀控制混合材料溫度，當溫度上升至60°C時，停止攪拌并送入高壓混凝土噴射儀中。
[0066]第六步，噴射攪拌完成的快凝復合砂漿
[0067]將攪拌好的快凝復合砂漿均勻噴射至隧道襯砌表面與纖維編織網(wǎng)之間，以及纖維編織網(wǎng)表面，在纖維編織網(wǎng)表面噴射的快凝復合砂漿厚度為5_。噴射完成后，及時清洗噴射設備。
[0068]第七部，恢復交通。
[0069]當噴射作業(yè)完成2小時后，恢復交通。
[0070]實驗室試驗
[0071]以上述隧道為原型工程，依據(jù)縮尺理論，對隧道襯砌、加固層和纖維編織網(wǎng)尺寸進行縮尺。依據(jù)隧道的受力，在隧道頂拱表面進行均布加載，其余范圍安裝受カ彈簧模擬隧道圍巖抗力。試驗機采用500KN的液壓伺服試驗機，分級加載控制。
[0072]在隧道襯砌內(nèi)表面布置應變片及位移傳感器，量測開裂應變及襯砌內(nèi)表面收斂值。頂拱加載均布荷載由微機自動記錄。
[0073]按照本發(fā)明的步驟，進行加固層施工。加固施工完成兩小時后，進行加載。與無加固件相比，加固件兩小時之后的隧道承載能力提高了 20.36%，隧道襯砌頂拱收斂值降低了17.62%。整個試驗過程中，加固層與襯砌表面粘結(jié)完好，沒有出現(xiàn)界面破壞。加固構(gòu)件的頂拱主裂縫擴展速率明顯降低，最大寬度也顯著減小。試驗結(jié)果證明了，本發(fā)明的加固方法可以實現(xiàn)對隧道襯砌的早強快速加固，加固效果安全可靠。[0074]實施例3
[0075]—種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法，簡稱RTMTS(Rapidly Textile-reinforced mortar for tunnel strengthening),在 1?道襯砌表面掛設纖維編織網(wǎng)，向纖維編織網(wǎng)噴射快凝復合砂漿，快凝復合砂漿迅速凝結(jié)在纖維編織網(wǎng)上形成厚度為2cmm的加固薄層，纖維編織網(wǎng)位于加固薄層中間位置，以纖維編織網(wǎng)為增強材料，以快凝復合砂漿為凝結(jié)劑和保護層，通過快凝復合砂漿的迅速凝結(jié)，實現(xiàn)纖維編織網(wǎng)對隧道襯砌的早強加固。
[0076]該方法具體包括以下步驟:
[0077](I)采用高壓氣錘對待加固隧道襯砌表面進行粗糙處理，清洗并去除混凝土粉塵及松動顆粒，隧道襯砌的粗糙度要求為0.5~1cm。
[0078]對待加固隧道襯砌表面進行粗糙處理，清洗并去除混凝土粉塵及松動顆粒，能夠有效地提高加固薄層與隧道襯砌之間的界面粘結(jié)性能，避免因界面破壞而造成不能充分利用纖維編織網(wǎng)高強度特性和材料的浪費。通過大量實驗，當加固界面的粗糙度在0.5~Icm之間時，加固薄層與隧道襯砌之間的界面不再是薄弱環(huán)節(jié)。與采用外部錨固措施(如U型抗剪銷釘)相比，采用粗糙度指標來提高界面的粘結(jié)性能可以有效地避免因采用錨固措施打孔對隧道襯砌所造成的二次損傷。
[0079](2)在襯砌待加固表面的端部及中部均布打上掛網(wǎng)釘，掛網(wǎng)釘端部至被加固襯砌表面距離為8mm。
[0080]在襯砌待加固表面的端部及中部均布布置掛網(wǎng)釘，掛網(wǎng)釘起到固定纖維編織網(wǎng)的作用。掛網(wǎng)釘端部至襯砌被加固表面的距離為8mm，可以有效地保證纖維編織網(wǎng)位于加固層中部。
[0081](3)將纖維編織網(wǎng)掛于掛網(wǎng)釘上，使用干浄水，采用噴霧器將待加固襯砌表面及纖維編織網(wǎng)濕潤。
[0082]根據(jù)偏壓構(gòu)件抗彎加固原理建立加固強度與纖維編織網(wǎng)用量關(guān)系，纖維編織網(wǎng)可采用網(wǎng)束間距為Icm和橫截面積為6.6mm2纖維材料，纖維編織網(wǎng)作為加筋材料具有耐腐蝕性能，防腐蝕的保護層不再需要，可以有效減小加固層厚度，加筋材料選用纖維編織網(wǎng)具有優(yōu)異的強質(zhì)比(強度質(zhì)量比)，可以有效減小加固層的質(zhì)量。纖維編織網(wǎng)采用經(jīng)固化劑固化處理過的纖維網(wǎng)束，具體處理方式為采用耐高溫類樹脂將纖維絲均勻浸潰，然后在0.1MPa壓カ下壓制成型，經(jīng)過固化處理的纖維編織網(wǎng)可以有效地提高纖維束的協(xié)同受力。
[0083](4)采用噴射法，將預先攪拌好的快凝復合砂漿均勻噴射至被加固區(qū)域，保證快凝復合砂漿均勻覆蓋住纖維編織網(wǎng)，形成厚度為1.5cm的加固薄層。
[0084]快凝復合砂漿由氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、五氧化二磷、氧化鉀、氧化鐵、碳纖維絲、水、粗砂和細砂組成,其中粗砂的粒徑為0.6mm~1.2mm，細砂的粒徑小于0.6mm，各組分的具體配合比為氧化鎂:氧化鋁:氧化硅:五氧化二磷:氧化鉀:氧化鐵:碳纖維絲:水:粗砂:細砂=0.30:0.20:0.15:0.08:0.05:0.04:0.005:0.18:0.15:0.30。快凝復合砂漿具有高流動性、優(yōu)異自密實、高滲透性、優(yōu)異保水性、耐久性、優(yōu)異的抗開裂、韌性和防火性能，攪拌過程釋放大量的熱量，可以用于寒冷地區(qū)。
[0085]快凝復合砂漿中加入氧化鎂、氧化鋁、 五氧化二磷和氧化鉀，這些組分在水化過程中釋放大量的熱量，可以保證本發(fā)明方法有效地應用于寒冷地區(qū)隧道的早強加固。快凝復合砂漿中加入碳纖維絲，可以有效地改善加固層裂縫的分布和限制裂縫的發(fā)展。
[0086]快凝復合砂漿可以不局限于上述材料，只需要滿足早強、具有優(yōu)異的耐腐蝕、粘結(jié)性能、耐高溫、滲透性、流通性能和自密實性能即可。
[0087]快凝復合砂漿的攪拌噴射方法為:先將氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、五氧化ニ磷、氧化鉀、氧化鐵、碳纖維絲、粗砂和細砂按比例稱重，放入攪拌機中攪拌均勻。待襯砌被加固表面處理、纖維編織網(wǎng)掛網(wǎng)和表面潤濕完成后，加入比例水攪拌，采用紅外線溫度測量儀量測混合復合材料溫度，當溫度上升至60°C時，將復合材料送入混凝土噴射罐，采用高壓均勻噴射至被加固區(qū)域。噴射過程應迅速完成，不易中斷。噴射完成之后應及時清洗噴射儀器設備，以防止快凝復合砂漿凝結(jié)堵塞儀器設備。
[0088]采用噴射方式澆筑快凝復合砂漿，具有施工便捷，防止快凝復合砂漿流下，有效保證施工質(zhì)量的特點，這可以便于RTMTS方法在隧道襯砌加固修復中的大規(guī)模應用。
[0089](5)隧道運營條件下，自然養(yǎng)護2小吋。
[0090]隧道襯砌加固后結(jié)構(gòu)如圖1?3所示，加固薄層5粘結(jié)在隧道襯砌4的表面，加固薄層5由纖維編織網(wǎng)2及快凝復合砂漿3形成，纖維編織網(wǎng)2掛設在掛網(wǎng)釘I上，掛網(wǎng)釘I嵌入隧道襯砌4內(nèi)。
[0091]實施例4
[0092]一種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法，簡稱RTMTS(Rapidly Textile-reinforced mortar for tunnel strengthening),在道襯砌表面掛設纖維編織網(wǎng)，向纖維編織網(wǎng)噴射快凝復合砂漿，快凝復合砂漿迅速凝結(jié)在纖維編織網(wǎng)上形成厚度為2cm的加固薄層，纖維編織網(wǎng)位于加固薄層中間位置，以纖維編織網(wǎng)為增強材料，以快凝復合砂漿為凝結(jié)劑和保護層，通過快凝復合砂漿的迅速凝結(jié)，實現(xiàn)纖維編織網(wǎng)對隧道襯砌的早強加固。
[0093]該方法具體包括以下步驟:
[0094](I)采用高壓氣錘對待加固隧道襯砌表面進行粗糙處理，清洗并去除混凝土粉塵及松動顆粒，隧道襯砌的粗糙度要求為0.5?1cm。
[0095]對待加固隧道襯砌表面進行粗糙處理，清洗并去除混凝土粉塵及松動顆粒，能夠有效地提高加固薄層與隧道襯砌之間的界面粘結(jié)性能，避免因界面破壞而造成不能充分利用纖維編織網(wǎng)高強度特性和材料的浪費。通過大量實驗，當加固界面的粗糙度在0.5?Icm之間時，加固薄層與隧道襯砌之間的界面不再是薄弱環(huán)節(jié)。與采用外部錨固措施(如U型抗剪銷釘)相比，采用粗糙度指標來提高界面的粘結(jié)性能可以有效地避免因采用錨固措施打孔對隧道襯砌所造成的二次損傷。
[0096](2)在襯砌待加固表面的端部及中部均布打上掛網(wǎng)釘，掛網(wǎng)釘端部至被加固襯砌表面距離為10mm。
[0097]在襯砌待加固表面的端部及中部均布布置掛網(wǎng)釘，掛網(wǎng)釘起到固定纖維編織網(wǎng)的作用。掛網(wǎng)釘端部至襯砌被加固表面的距離為10mm，可以有效地保證纖維編織網(wǎng)位于加固層中部。
[0098](3)將纖維編織網(wǎng)掛于掛網(wǎng)釘上，使用干浄水，采用噴霧器將待加固襯砌表面及纖維編織網(wǎng)濕潤。
[0099]根據(jù)偏壓構(gòu)件抗彎加固原理建立加固強度與纖維編織網(wǎng)用量關(guān)系，纖維編織網(wǎng)可采用網(wǎng)束間距為IOcm和橫截面積為26.4mm2纖維材料。纖維編織網(wǎng)作為加筋材料具有耐腐蝕性能，防腐蝕的保護層不再需要，可以有效減小加固層厚度，加筋材料選用纖維編織網(wǎng)具有優(yōu)異的強質(zhì)比(強度質(zhì)量比)，可以有效減小加固層的質(zhì)量。纖維編織網(wǎng)采用經(jīng)固化劑固化處理過的纖維網(wǎng)束，具體處理方式為采用耐高溫類樹脂將纖維絲均勻浸潰，然后在
0.3MPa壓カ下壓制成型，經(jīng)過固化處理的纖維編織網(wǎng)可以有效地提高纖維束的協(xié)同受力。
[0100](4)采用噴射法，將預先攪拌好的快凝復合砂漿均勻噴射至被加固區(qū)域，保證快凝復合砂漿均勻覆蓋住纖維編織網(wǎng)，形成厚度為2cm的加固薄層。
[0101]快凝復合砂漿由氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、五氧化ニ磷、氧化鉀、氧化鐵、碳纖維絲、水、粗砂和細砂組成,其中粗砂的粒徑為0.6mm?1.2mm，細砂的粒徑小于0.6mm，各組分的具體配合比為氧化鎂:氧化鋁:氧化硅:五氧化ニ磷:氧化鉀:氧化鐵:碳纖維絲:水:粗砂:細砂=0.35:0.25:0.20:0.15:0.10:0.07:0.007:0.25:0.20:0.37?？炷龔秃仙皾{具有高流動性、優(yōu)異自密實、高滲透性、優(yōu)異保水性、耐久性、優(yōu)異的抗開裂、韌性和防火性能，攪拌過程釋放大量的熱量，可以用于寒冷地區(qū)。
[0102]快凝復合砂漿中加入氧化鎂、氧化鋁、五氧化ニ磷和氧化鉀，這些組分在水化過程中釋放大量的熱量，可以保證本發(fā)明方法有效地應用于寒冷地區(qū)隧道的早強加固?？炷龔秃仙皾{中加入碳纖維絲，可以有效地改善加固層裂縫的分布和限制裂縫的發(fā)展。
[0103]快凝復合砂漿可以不局限于上述材料，只需要滿足早強、具有優(yōu)異的耐腐蝕、粘結(jié)性能、耐高溫、滲透性、流通性能和自密實性能即可。
[0104]快凝復合砂漿的攪拌噴射方法為:先將氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、五氧化ニ磷、氧化鉀、氧化鐵、碳纖維絲、粗砂和細砂按比例稱重，放入攪拌機中攪拌均勻。待襯砌被加固表面處理、纖維編織網(wǎng)掛網(wǎng)和表面潤濕完成后，加入比例水攪拌，采用紅外線溫度測量儀量測混合復合材料溫度，當溫度上升至60°C時，將復合材料送入混凝土噴射罐，采用高壓均勻噴射至被加固區(qū)域。噴射過程應迅速完成，不易中斷。噴射完成之后應及時清洗噴射儀器設備，以防止快凝復合砂漿凝結(jié)堵塞儀器設備。
[0105]采用噴射方式澆筑快凝復合砂漿，具有施工便捷，防止快凝復合砂漿流下，有效保證施工質(zhì)量的特點，這可以便于RTMTS方法在隧道襯砌加固修復中的大規(guī)模應用。
[0106](5)隧道運營條件下，自然養(yǎng)護3小吋。
[0107]實施例5
[0108]一種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法，簡稱RTMTS
[0109](Rapidly Textile-reinforced mortar for tunnel strengtheningノ，在隧道f寸砌表面掛設纖維編織網(wǎng)，向纖維編織網(wǎng)噴射快凝復合砂漿，快凝復合砂漿迅速凝結(jié)在纖維編織網(wǎng)上形成厚度為2cm的加固薄層，纖維編織網(wǎng)位于加固薄層中間位置，以纖維編織網(wǎng)為增強材料，以快凝復合砂漿為凝結(jié)劑和保護層，通過快凝復合砂漿的迅速凝結(jié)，實現(xiàn)纖維編織網(wǎng)對隧道襯砌的早強加固。
[0110]該方法具體包括以下步驟:
[0111](I)采用高壓氣錘對待加固隧道襯砌表面進行粗糙處理，清洗并去除混凝土粉塵及松動顆粒，隧道襯砌的粗糙度要求為0.5?1cm。
[0112]對待加固隧道襯砌表面進行粗糙處理，清洗并去除混凝土粉塵及松動顆粒，能夠有效地提高加固薄層與隧道襯砌之間的界面粘結(jié)性能，避免因界面破壞而造成不能充分利用纖維編織網(wǎng)高強度特性和材料的浪費。通過大量實驗，當加固界面的粗糙度在0.5?Icm之間時，加固薄層與隧道襯砌之間的界面不再是薄弱環(huán)節(jié)。與采用外部錨固措施(如U型抗剪銷釘)相比，采用粗糙度指標來提高界面的粘結(jié)性能可以有效地避免因采用錨固措施打孔對隧道襯砌所造成的二次損傷。
[0113](2)在襯砌待加固表面的端部及中部均布打上掛網(wǎng)釘，掛網(wǎng)釘端部至被加固襯砌表面距離為10mm。
[0114]在襯砌待加固表面的端部及中部均布布置掛網(wǎng)釘，掛網(wǎng)釘起到固定纖維編織網(wǎng)的作用。掛網(wǎng)釘端部至襯砌被加固表面的距離為10mm，可以有效地保證纖維編織網(wǎng)位于加固層中部。
[0115](3)將纖維編織網(wǎng)掛于掛網(wǎng)釘上，使用干浄水，采用噴霧器將待加固襯砌表面及纖維編織網(wǎng)濕潤。
[0116]根據(jù)偏壓構(gòu)件抗彎加固原理建立加固強度與纖維編織網(wǎng)用量關(guān)系，纖維編織網(wǎng)可采用網(wǎng)束間距為5cm和橫截面積為15_2纖維材料。纖維編織網(wǎng)作為加筋材料具有耐腐蝕性能，防腐蝕的保護層不再需要，可以有效減小加固層厚度，加筋材料選用纖維編織網(wǎng)具有優(yōu)異的強質(zhì)比(強度質(zhì)量比)，可以有效減小加固層的質(zhì)量。
[0117]纖維編織網(wǎng)采用經(jīng)固化劑固化處理過的纖維網(wǎng)束，具體處理方式為采用耐高溫類樹脂將纖維絲均勻浸潰，然后在0.5MPa壓カ下壓制成型，經(jīng)過固化處理的纖維編織網(wǎng)可以有效地提聞纖維束的協(xié)同受:力。
[0118](4)采用噴射法，將預先攪拌好的快凝復合砂漿均勻噴射至被加固區(qū)域，保證快凝復合砂漿均勻覆蓋住纖維編織網(wǎng)，形成厚度為2cm的加固薄層。
[0119]快凝復合砂漿由氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、五氧化ニ磷、氧化鉀、氧化鐵、碳纖維絲、水、粗砂和細砂組成,其中粗砂的粒徑為0.6mm?1.2mm，細砂的粒徑小于0.6mm，各組分的具體配合比為氧化鎂:氧化鋁:氧化硅:五氧化ニ磷:氧化鉀:氧化鐵:碳纖維絲:水:粗砂:細砂=0.32:0.22:0.17:0.11:0.07:0.05:0.006:0.2:0.17:0.35?？炷龔秃仙皾{具有高流動性、優(yōu)異自密實、高滲透性、優(yōu)異保水性、耐久性、優(yōu)異的抗開裂、韌性和防火性能，攪拌過程釋放大量的熱量，可以用于寒冷地區(qū)。
[0120]快凝復合砂漿中加入氧化鎂、氧化鋁、五氧化ニ磷和氧化鉀，這些組分在水化過程中釋放大量的熱量，可以保證本發(fā)明方法有效地應用于寒冷地區(qū)隧道的早強加固?？炷龔秃仙皾{中加入碳纖維絲，可以有效地改善加固層裂縫的分布和限制裂縫的發(fā)展。
[0121]快凝復合砂漿可以不局限于上述材料，只需要滿足早強、具有優(yōu)異的耐腐蝕、粘結(jié)性能、耐高溫、滲透性、流通性能和自密實性能即可。
[0122]快凝復合砂漿的攪拌噴射方法為:先將氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、五氧化ニ磷、氧化鉀、氧化鐵、碳纖維絲、粗砂和細砂按比例稱重，放入攪拌機中攪拌均勻。待襯砌被加固表面處理、纖維編織網(wǎng)掛網(wǎng)和表面潤濕完成后，加入比例水攪拌，采用紅外線溫度測量儀量測混合復合材料溫度，當溫度上升至60°C時，將復合材料送入混凝土噴射罐，采用高壓均勻噴射至被加固區(qū)域。噴射過程應迅速完成，不易中斷。噴射完成之后應及時清洗噴射儀器設備，以防止快凝復合砂漿凝結(jié)堵塞儀器設備。
[0123]采用噴射方式澆筑快凝復合砂漿，具有施工便捷，防止快凝復合砂漿流下，有效保證施工質(zhì)量的特點，這可以便于RTMTS方法在隧道襯砌加固修復中的大規(guī)模應用。 [0124] (5)隧道運營條件下，自然養(yǎng)護4小吋。
【權(quán)利要求】
1.一種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法，其特征在于，在隧道襯砌表面掛設纖維編織網(wǎng)，向纖維編織網(wǎng)噴射快凝復合砂漿，快凝復合砂漿迅速凝結(jié)在纖維編織網(wǎng)上形成厚度為I?2cm的加固薄層，纖維編織網(wǎng)位于加固薄層中間位置，通過快凝復合砂漿的迅速凝結(jié)，實現(xiàn)纖維編織網(wǎng)對隧道襯砌的早強加固。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟: (1)采用高壓氣錘對待加固隧道襯砌表面進行粗糙處理，清洗并去除混凝土粉塵及松動顆粒，隧道襯砌的粗糙度要求為0.5?Icm ; (2)在襯砌待加固表面的端部及中部均布打上掛網(wǎng)釘，掛網(wǎng)釘端部至被加固襯砌表面距離為5?10謹； (3)將纖維編織網(wǎng)掛于掛網(wǎng)釘上，使用干浄水，采用噴霧器將待加固襯砌表面及纖維編織網(wǎng)濕潤； (4)采用噴射法，將預先攪拌好的快凝復合砂漿均勻噴射至被加固區(qū)域，保證快凝復合砂漿均勻覆蓋住纖維編織網(wǎng)，形成厚度為I?2cm的加固薄層； (5)隧道運營條件下，自然養(yǎng)護2?4小吋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的ー種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法，其特征在于，所述的快凝復合砂漿由氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、五氧化ニ磷、氧化鉀、氧化鐵、碳纖維絲、水、粗砂和細砂組成，其中粗砂的粒徑為0.6mm?1.2mm,細砂的粒徑小于0.6mm，各組分的具體配合比為氧化鎂:氧化鋁:氧化硅:五氧化ニ磷:氧化鉀:氧化鐵:碳纖維絲:水:粗砂:細砂=(0.30?0.35):(0.20?025):(0.15?0.20):(0.08?0.15): (0.05 ?0.10): (0.04 ?0.07): (0.005 ?0.007): (0.18 ?0.25): (0.15 ?0.20):(0.30 ?0.37)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的ー種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法，其特征在于，所述的纖維編織網(wǎng)采用網(wǎng)束間距為I?IOcm和橫截面積為6.6?26.4mm2的纖維材料，或根據(jù)隧道襯砌的主受カ方向，纖維編織網(wǎng)的徑向和緯向分別采用不同強度的纖維材料，所述的纖維材料包括碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或其他新型纖維材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種基于快凝復合砂漿和纖維編織網(wǎng)的隧道早強快速加固方法，其特征在于，所述的纖維編織網(wǎng)采用經(jīng)固化劑固化處理過的纖維網(wǎng)束，具體處理方式為采用耐高溫類樹脂將纖維絲均勻浸潰，然后在0.1?0.5MPa壓カ下壓制成型。
【文檔編號】E21D11/10GK103498683SQ201310459411
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】黃宏偉, 劉德軍, 薛亞東, 王明卓 申請人:同濟大學