一种隧道衬砌病害的波纹钢板加固系统及施工方法与流程

本发明涉及滚针装配技术领域，具体涉及一种隧道衬砌病害的波纹钢板加固系统及施工方法。

背景技术：

随着国家的发展及交通技术的发展以及基础设施的建设，我国的隧道里程数不断增长，截至2016年底全国公路隧道数量为：15181座，全国公路隧道里程长度为：14039.7公里。因地质勘察、设计、施工、养护等各方面因素导致的隧道结构变形、开裂、渗漏水等病害时常发生，运营隧道病害数量逐年增多。隧道病害的大量出现也使得隧道病害处置与结构加固的需求与市场不断扩大。现阶段，对于衬砌裂损、变形等常见衬砌病害，普遍采用的加固方法为套拱、外贴钢带等方法。套拱加固结构一体性较差，补喷混凝土与型钢结构联结强度较弱，型钢结构腹板两侧空洞难以充填密实，地下水进入后难以排出易使得型纲快速腐蚀老化，影响承载力。外贴钢带属于柔性加固，对结构承载力提升较小，加之锚固要求高、美观性耐久性相对较差，在衬砌病害较为严重区段适用性较弱。

目前隧道衬砌结构的修复和加固方法，大多施工较为困难，需要中断交通，耗时较长、费用较高。而现实中，业主对于保证交通具有较高的要求。即使交通，留给实施加固的时间也很短。在国庆、春节、清明等重要节假日也必须保证通车，无法进行修复、加固作业。为此，我们有必要需求一种技术可靠、施做简便、作业时间短、灵活、不中断交通或中断交通时间短的隧道结构加固及修复技术。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种隧道衬砌病害的波纹钢板加固系统及施工方法，节约了成本，缩短了作业时间，提高了加固效果，可实现作业时不中断交通或中断交通时间短。

本发明提供了一种隧道衬砌病害的波纹钢板加固系统，包括拱形波纹钢板结构和辅助小车；所述辅助小车安装有至少一个支撑装置，支撑装置包括处于同一平面的第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸，第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸均安装在辅助小车上，第二液压缸与辅助小车呈垂直布置，第一液压缸和第三液压缸分布在第二液压缸的两侧且呈倾斜布置，第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸的活塞杆的端头连接有支撑板；使用时，第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸的活塞杆的支撑板与拱形波纹钢板结构的周向上的内侧面接触。

优选地，所述支撑板呈外凸弧形。

优选地，所述辅助小车安装有两个支撑装置。

优选地，所述第一液压缸的上端和第二液压缸的上端通过连接杆连接，第三液压缸的上端和第二液压缸的上端通过连接杆连接。

优选地，所述拱形波纹钢板结构包括多张拱形波纹钢板，相邻两张拱形波纹钢板的长度方向的边部搭合固定连接；拱形波纹钢板包括多张连接波纹钢板，相邻两张连接波纹钢板的端部搭合固定连接；且相邻两张拱形波纹钢板的连接波纹钢板固定连接处呈错开布置。

一种隧道衬砌病害的波纹钢板加固系统的施工方法，使用如上所述的隧道衬砌病害的波纹钢板加固系统，包括如下步骤：

s1：采用隧道检测车对待加固隧道进行三维扫描，获得隧道病害展布图；

s2：根据隧道病害展布图对需要加固的区域进行筛选，对需要加固的区域进行分块编号，块与块之间采用错缝分割，纪录每块编号的几何尺寸；

s3：预制与分块区域几何尺寸适配的连接波纹钢板，相邻连接波纹钢板之间采用螺栓连接，获得拱形波纹钢板结构的平铺状态；

s4：将平铺状态的拱形波纹钢板结构采用助力机械手配合人工吊装，拱形波纹钢板结构中的连接波纹钢板分别与对应各自的分块区域，拱形波纹钢板结构的拱脚处与隧道两侧的预制槽钢连接；

s5：支撑装置的第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸的活塞杆伸出，三个液压缸的活塞杆的支撑板与拱形波纹钢板结构的周向上的内侧面接触；

s6：向拱形波纹钢板结构与隧道的待加固内壁形成的区域内注浆，待混泥土初凝后收起支撑装置；

s7：将锚杆穿过拱形波纹钢板结构打入隧道边墙的围岩深处，固定拱形波纹钢板结构。

优选地，步骤s3中，每块连接波纹钢板的搭接端预留搭接长度80mm-120mm，且连接波纹钢板的搭接端设有螺栓连接孔。

优选地，步骤s5中，辅助小车上配设有采集装置，采集装置用于实时监测第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸的活塞杆的支撑点受力和位移变化。

本发明的有益效果：

本发明通过对隧道病害处进行测定尺寸，再预制尺寸适配的拱形波纹钢板结构，将预制的拱形波纹钢板结构运至隧道病害处，再通过吊装到指定位置，将辅助小车开到指定位置，启动辅助小车的支撑装置，使第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸的活塞杆的支撑板与拱形波纹钢板结构的周向上的内侧面接触且对拱形波纹钢板结构形成良好的支撑，便于向拱形波纹钢板结构与隧道病害处形成空间进行浇筑混泥土，拱形波纹钢板结构即作为浇筑模板也作为承载结构，提高了加固强度和效果，同时，节约了成本，缩短了作业时间，可实现作业时不中断交通或中断交通时间短。

附图说明

图1为本实施例的结构示意图；

图2为本实施例辅助小车的结构示意图；

图3为本实施例拱形波纹钢板结构的结构示意图。

附图标记：1-拱形波纹钢板结构，11-拱形波纹钢板，111-连接波纹钢板，2-辅助小车，21-支撑装置，211-第一液压缸，212-第二液压缸，213-第三液压缸，214-支撑板，215-连接杆

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至图3所示，本发明公开了一种隧道衬砌病害的波纹钢板加固系统，包括拱形波纹钢板结构1和辅助小车2；辅助小车2安装有至少一个支撑装置21，支撑装置21包括处于同一平面的第一液压缸211、第二液压缸212和第三液压缸213，第一液压缸211、第二液压缸212和第三液压缸213均安装在辅助小车2上，第二液压缸212与辅助小车2呈垂直布置，第一液压缸211和第三液压缸213分布在第二液压缸212的两侧且呈倾斜布置，第一液压缸211、第二液压缸212和第三液压缸213的活塞杆的端头连接有支撑板214；使用时，第一液压缸211、第二液压缸212和第三液压缸213的活塞杆的支撑板214与拱形波纹钢板结构1的周向上的内侧面接触。通过对隧道病害处进行测定尺寸，再预制尺寸适配的拱形波纹钢板结构1，将预制的拱形波纹钢板结构1运至隧道病害处，再通过吊装到指定位置，将辅助小车2开到指定位置，启动辅助小车2的支撑装置21，使第一液压缸211、第二液压缸212和第三液压缸213的活塞杆的支撑板214与拱形波纹钢板结构1的周向上的内侧面接触且对拱形波纹钢板结构1形成良好的支撑，便于向拱形波纹钢板结构1与隧道病害处形成空间进行浇筑混泥土，拱形波纹钢板结构1即作为浇筑模板也作为承载结构，提高了加固强度和效果，同时，节约了成本，缩短了作业时间，可实现作业时不中断交通或中断交通时间短。

具体的，支撑板214呈外凸弧形，提高了支撑板214与拱形波纹钢板结构1内侧的接触面积，保证了支撑板214对拱形波纹钢板结构的有效支撑。辅助小车2安装有两个支撑装置21，提高了支撑装置21对拱形波纹钢板结构支撑时的稳定性。此外，第一液压缸211的上端和第二液压缸212的上端通过连接杆215连接，第三液压缸213的上端和第二液压缸212的上端通过连接杆215连接，提高了第一液压缸211、第二液压缸212和第三液压缸213使用时的结构强度和支撑强度。

本实施例中，拱形波纹钢板结构1包括多张拱形波纹钢板11，相邻两张拱形波纹钢板11的长度方向的边部搭合固定连接；拱形波纹钢板11包括多张连接波纹钢板111，相邻两张连接波纹钢板111的端部搭合固定连接；且相邻两张拱形波纹钢板11的连接波纹钢板111固定连接处呈错开布置。相邻两张拱形波纹钢板11的连接波纹钢板111固定连接处呈错开布置，避免了连接波纹钢板111连接处出现应力集中的现象，从而提高了拱形波纹钢板结构1的承载强度。

一种隧道衬砌病害的波纹钢板加固系统的施工方法，使用如上所述的隧道衬砌病害的波纹钢板加固系统，包括如下步骤：

s1：采用隧道检测车对待加固隧道进行三维扫描，获得隧道病害展布图；

s2：根据隧道病害展布图对需要加固的区域进行筛选，对需要加固的区域进行分块编号，块与块之间采用错缝分割，纪录每块编号的几何尺寸；

s3：预制与分块区域几何尺寸适配的连接波纹钢板111，相邻连接波纹钢板111之间采用螺栓连接，获得拱形波纹钢板结构1的平铺状态；

s4：将平铺状态的拱形波纹钢板结构1采用助力机械手配合人工吊装，拱形波纹钢板结构1中的连接波纹钢板111分别与对应各自的分块区域，拱形波纹钢板结构1的拱脚处与隧道两侧的预制槽钢连接；

s5：支撑装置的第一液压缸211、第二液压缸212和第三液压缸213的活塞杆伸出，三个液压缸的活塞杆的支撑板214与拱形波纹钢板结构1的周向上的内侧面接触；

s6：向拱形波纹钢板结构1与隧道的待加固内壁形成的区域内注浆，待混泥土初凝后收起支撑装置21；

s7：将锚杆穿过拱形波纹钢板结构1打入隧道边墙的围岩深处，固定拱形波纹钢板结构1。

本发明的加固方法，利用波纹钢板，拼接成拱，形成一定的刚度强度，减少了目前市场加固方案中频繁焊接，部件繁多等一系列问题。采用三维扫面技术与加固设计相结合，有效利用了三维扫描技术在实际工程中的运用，设计中直接在隧道病害展布图上进行分块编号，将波纹板几何尺寸参数记录，在工厂预制。若没有隧道检测车的，可以采用其他扫描方式，或者人工检测，根据病害展布图拟定需加固区域分块几何参数。拱脚支撑可以采用混凝土基础，预制波纹钢板拱脚处预制向拱圈内向折角90度，长度0.3m，形成支撑平面。而拱脚预制槽钢与基础连接方式也可采用预留槽灌浆连接。

其中，步骤s3中，每块连接波纹钢板111的搭接端预留搭接长度80mm-120mm，且连接波纹钢板11的搭接端设有螺栓连接孔。连接波纹钢板111的预留搭接长度便于连接波纹钢板111的相互连接，避免连接后出现尺寸不对应的现象。步骤s5中，辅助小车2上配设有采集装置，采集装置用于实时监测第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸的活塞杆的支撑点受力和位移变化。通过对支撑点受力和位移变化的实时监测，可以观察到拱形波纹钢板结构1外侧与隧道病害处的注浆情况，以此更好的把控注浆过程；若遇见某一支撑点受力或者位移过大，可以提前停止注浆，并采取相关措施，避免了在该支撑点处发生注浆撑爆的现象，导致投入更大的人力物力，从而进一步提高了实用性。

最后应说明的是：以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。