[發明專利]一種PVA?ECC套襯結構及施工方法

在審

• 申請號: 201710511102.3
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107269295A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 丁祖德;李曉琴;杜茜;杜婷
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于隧道工程加固技術領域，具體涉及一種PVA-ECC套襯結構及施工方法。

背景技術

截至2015年底，我國大陸運營鐵路隧道有13400座，總長超過13000km；運營公路隧道14006座，總長12683.9km。我國隧道運營總里程已居世界首位。隧道建設取得了巨大成就，但受限于施工及管理水平，有相當比例運營隧道都存在襯砌背后空洞、襯砌厚度不足、滲漏水以及襯砌開裂等質量缺陷及病害，服役狀況堪憂。由于隧道缺陷、病害的隱蔽性，隧道病害發生的突然性，隧道病害整治干擾大等問題，致使隧道病害日趨嚴重，治理嚴重不足，已嚴重危及隧道運營安全。

針對隧道病害問題，目前國內外隧道工程者已開展了一些工作，對不同類型和嚴重程度的隧道病害，初步形成了“因地制宜、技術可行、經濟合理、高效安全、徹底整治”的病害整治原則和分類整治技術。隧道襯砌裂損、襯砌厚度不足是常見的襯砌病害問題，對于襯砌裂損嚴重和極嚴重、襯砌厚度不足1/2時，當隧道內凈空允許的情況，常采用套襯加固方法；當隧道內凈空受限的情況，常采用如W型鋼帶加固、嵌入鋼架加固等加固技術。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，病害易出現反復，如云南地區的小丫口隧道，由于混凝土界面間的連接問題、混凝土材料本身的脆性特點，采用混凝土套襯加固后，仍出現嚴重開裂掉塊，不得不拆除重建。可見，上述傳統的混凝土套襯加固技術還存在一些問題，如混凝土套襯加固易出現界面翹曲、剝離，不能有效抑制既有混凝土裂縫，而且，其柔性不足，若采用厚度較大的套襯，易受凈空限制，若采用較薄的套襯，易變現開裂，整治效果不理想。

因此，針對現有混凝土套襯加固技術存在的不足，亟需提供一種PVA-ECC套襯結構及施工方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種由PVA-ECC（聚乙烯醇纖維增韌水泥基復合材料，Polyvinyl alcohol Fiber-Engineered CementitiousComposites，簡稱PVA-ECC）構成的結構抗裂性能好、變形和承載能力強、與既有混凝土的粘結性能好，顯著提高隧道結構加固效果的套襯加固結構。

具體技術方案如下：在襯砌1內側設置套襯結構6，所述套襯結構6包括凹槽4、鋼拱架5、PVA-ECC套襯2和錨固連接筋3，所述襯砌1上開設凹槽4，所述凹槽4內設置鋼拱架5，所述凹槽4和襯砌1內側澆筑PVA-ECC套襯2，所述襯砌1與PVA-ECC套襯2之間設置錨固連接筋3。

進一步的，所述凹槽4沿隧道縱向開設，縱向間距為1.0~2.0m，凹槽4深度的15~20cm，所述錨固連接筋3沿隧道環向和縱向呈梅花形布置，環向間距為0.5~1.0m，縱向間距為0.2~0.5m，采用φ22~32mm鋼筋或M18~M22高強化學錨栓。通過所述錨固連接筋3和所述凹槽4的設置加強了PVA-ECC套襯2與既有襯砌1的協同受力變形能力，有效防止界面處的翹曲和剝落破壞。

進一步的，所述鋼拱架5沿隧道縱向設置，嵌入切槽形成的凹槽4內，縱向間距為1.0~2.0m，可根據需要采用I12~I20的工字型鋼拱架、H100~H175的H型鋼拱架、鋼筋格柵拱架或波形腹板工字型拱架等。

進一步的，所述PVA-ECC套襯2采用PVA-ECC材料澆筑而成，所述PVA-ECC材料的組分為水泥、粉煤灰、砂、水、減水劑和PVA纖維，其中，按質量比計，水泥：粉煤灰：砂：水：減水劑=1：（1.0~1.2）：（0.6~0.8）：（0.42~0.57）：（0.001~0.003）；以水泥、粉煤灰、砂和減水劑混合均勻后的總體積為基數，PVA纖維的摻量為13~20kg/m³。

進一步的，所述水泥為P.O.42.5硅酸鹽水泥，所述粉煤灰為一級粉煤灰，所述砂的粒徑在0.2mm~0.4mm，所述PVA纖維的長度為12mm，直徑大于30μm，抗拉強度大于1200MPa，彈性模量大于30GPa，斷裂伸長率大于6%，所述減水劑為減水率40%以上的聚羧酸高效減水劑。

本發明所述PVA-ECC套襯2厚度介于10~30cm，沿隧道環向各截面厚度相同，保持各連接處圓順。

本發明所述PVA-ECC材料的制備方法為：將水泥、粉煤灰、砂按權利要求4的所述質量比加入攪拌機攪拌均勻后，按權利要求4的所述質量比加入PVA纖維攪拌均勻，之后按權利要求4的所述質量比再加入水、減水劑濕拌均勻即可得到高韌性PVA-ECC材料。

其中上述PVA-ECC套襯結構的施工方法，具體施工步驟如下：