一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构的制作方法

1.本发明涉及隧道与地下工程领域，具体涉及一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构。


背景技术：

2.隧道衬砌加固目前多采用粘贴纤维复合材料、粘贴钢板（带）等方法。粘贴纤维复合材料、粘贴钢板（带）两种加固方法由于加固厚度较小，所以不能显著提高衬砌结构的抗压、抗弯、抗剪刚度和抗压承载能力，仅能提高一部分抗弯承载能力，而且对施工工艺要求很高，否则加固效果较差。实际工程中采用该方法加固隧道衬砌后，也发现了纤维布、钢板和混凝土之间发生了剥离，钢板发生了屈曲变形等失效现象。利用预制构件进行加固可解决上述问题，但如何进行预制构件的连接是需要解决的问题。
3.发明目的本发明的目的是为了解决现有技术隧道衬砌加固中存在的问题，提供了一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构。
4.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，包括用于连接相邻预制构件的第一连接装置，还包括用于连接预制构件与隧道衬砌结构的第二连接装置或第三连接装置或第二连接装置和第三连接装置；所述第一连接装置包括板型构件，板型构件的一面可设置预埋件，板型构件通过预埋件或与钢筋网焊接预制在预制构件端头，板型构件的另一面设置有第一插入构件，第一插入构件安装在设置于相邻预制构件端头的凹槽内，且第一插入构件与相邻预制构件安装连接处均对应设有销钉孔，销钉孔中装有第一销钉。
5.进一步地，第二连接装置的一侧插入到靠近隧道衬砌墙脚处预制构件端头的凹槽内并通过第二销钉连接，第二连接装置的另一侧与既有电缆槽内侧壁之间通过第三连接件连接，第二连接装置与隧道衬砌内侧通过第二连接件连接。
6.进一步地，第二连接装置包括u型构件，u型构件的中部开有用于安装第二连接件的安装孔，u型构件与电缆槽连接的一侧开有用于安装第三连接件的安装孔，u型构件与预制构件连接的一侧间隔穿设有第二插入构件，第二插入构件插入在预制构件的凹槽内，且第二插入构件与预制构件插装连接处均对应设有销钉孔，销钉孔中装有第二销钉。
7.进一步地，u型构件的凹槽内侧间隔装有多个第一加劲肋。
8.进一步地，第三连接装置与局部加固环向范围内始末位置的预制构件端头通过销钉连接，第三连接装置与隧道衬砌内侧通过第三连接件连接。
9.进一步地，第三连接装置包括l型构件，l型构件靠近既有衬砌的一侧开有用于安装第三连接件的安装孔，l型构件靠近预制构件的一侧间隔穿设有第三插入构件，第三插入构件插装于预制构件的凹槽内，且第三插入构件与预制构件插装连接处均对应设有销钉孔，销钉孔中装有第三销钉。
10.进一步地，l型构件的直角内侧间隔设置有多个第二加劲肋。
11.进一步地，板型构件与第一插入构件的组合截面呈t型或u型。
12.进一步地，第一插入构件沿板型构件的长度方向并列设置，且第一插入构件插入预制构件端头的凹槽后通过长螺杆和紧固螺母紧固。
13.本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本发明采用销钉组件连接，制造容易，连接强度高，施工简便，很好地解决了相邻预制构件之间、预制构件与隧道衬砌之间的连接问题。
14.本发明的板型构件与插入构件组合形成t型或u型结构，并通过销钉进行连接，连接方式简单可行，施工快速简便，对交通运输影响小，安全性高，对环境影响小，后期可维修更换，后期更换时，只需拆掉销钉即可进行维修更换。
附图说明
15.图1为本发明第一连接装置采用间隔设置的开孔t型构件连接形式的结构示意图。
16.图2为本发明第一连接装置采用间隔设置的开孔u型插入构件连接形式的结构示意图。
17.图3为本发明第一连接装置采用连续设置的开孔t型构件、u型插入构件连接形式的结构示意图。
18.图4为本发明第一连接装置采用若干带孔板+穿孔杆件连接形式的结构示意图。
19.图5为本发明应用于公路隧道衬砌加固的结构示意图。
20.图6为图5中a处局部放大示意图。
21.图7为图5中b处局部放大示意图。
22.图8为本发明第二连接装置的结构三视图。
23.图9为本发明的拼装示意图及加强网、预留孔道和预埋件的布置示意图。
24.图10为本发明应用于铁路隧道衬砌加固的结构示意图。
25.图11为本发明应用于盾构隧道衬砌加固的结构示意图。
26.图12为本发明局部加固公路隧道衬砌的结构示意图。
27.图13为图12中c处局部放大示意图。
28.图14为本发明第三连接装置的结构三视图。
29.图15为本发明局部加固铁路隧道衬砌的结构示意图。
30.图16为本发明局部加固盾构隧道衬砌的结构示意图。
31.附图标记含义如下：1. 第一连接装置；11. 板型构件；12.第一插入构件；13.第一销钉；14.紧固螺母；15.长螺杆；2. 第一连接件；21.第一连接杆；22.第一螺母；23.第一托盘；3. 加强网；4.预制构件；5.第二连接装置；51. u型构件；52.第一加劲肋；53.第二插入构件；54.第二销钉；6.粘接层；7.灌浆料填充层；8.第二连接件；81.第二连接杆；82.第二螺母；83. 第二托盘；9.第三连接件；91.第三连接杆；92.第三螺母；10.第三连接装置；101.l型构件；102.第二加劲肋；103.第三插入构件；104.第三销钉。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
33.实施例1：隧道衬砌全断面加固。
34.如图1-4所示，一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，包括用于连接相邻预制构件4的第一连接装置1，还包括用于连接预制构件4与隧道衬砌结构的第二连接装置5，第一连接装置1包括板型构件11，板型构件11的一面可设置预埋件，板型构件11通过预埋件或与钢筋网焊接预制在预制构件4端头，板型构件11的另一面设置有第一插入构件12，第一插入构件12安装在设置于相邻预制构件4端头的凹槽内，且第一插入构件12与相邻预制构件4安装连接处均对应设有销钉孔，销钉孔中装有第一销钉13。板型构件11与第一插入构件12的组合截面呈t型或u型。
35.或者第一插入构件12沿板型构件11的长度方向并列设置，且第一插入构件12插入安装在预制构件4后通过长螺杆15和紧固螺母14紧固（如图4所示）。
36.第一连接装置1与预制构件4通过在板型构件11的一侧焊接预埋件或与钢筋焊接网焊接连接增强两者间的连接强度。
37.如图5所示，预制构件4环向拼装时，按照由拱顶向两侧安装的顺序安装。
38.如图6-7所示，相邻环向预制构件4之间通过预制构件4环向端头第一连接装置1的第一插入构件12沿隧道环向插入相邻环向预制构件4环向端头的凹槽后通过第一销钉13连接。预制构件4与墙脚处的第二连接装置5通过第二连接装置5的第二插入构件53沿隧道环向插入预制构件4环向端头的凹槽后通过第二销钉54连接。
39.如图8所示，第二连接装置5包括u型构件51、第一加劲肋52、第二插入构件53和第二销钉54，u型构件51的中部开有用于安装第二连接件8的安装孔，u型构件51与电缆槽连接的一侧开有用于安装第三连接件9的安装孔。u型构件51凹槽内侧间隔装有多个第一加劲肋52。u型构件51靠近预制构件4的一侧开孔，第二插入构件53可以穿过孔并插入到预制构件4环向端头的凹槽内。第二销钉54插（拧）入预制构件4环向端头预留的孔道和第二插入构件53的孔洞使得第二连接装置5与预制构件4连接。
40.如图9所示，预制构件4可设加强网3，加强网3可由金属材料制成，比如钢筋焊接网、钢丝网等，也可由非金属材料制成，比如土工格栅、纤维网等。预制构件4与隧道衬砌通过按照一定间距分布在预制构件4上的第一连接件2连接。第一连接件2在预制构件4上的布置方式可以采用梅花形、矩形、一字形等。第一连接件2之间的环向和纵向间距应根据实际情况进行调整。生产预制构件4时，应预留安装第一连接件2的孔道、注浆孔、安装孔、用于插入第一（二、三）连接装置的凹槽和孔道。其中一块预制构件4的两侧环向端头都预制有可插入第一连接装置1或第二连接装置5的凹槽和销钉孔。
41.具体实施时：首先，在工厂生产预制构件4、第一连接装置1和第二连接装置5，本实施例中预制构件4优选采用超高性能混凝土（uhpc）预制而成。预制构件4还可以采用普通混凝土、高强混凝土、超高强混凝土、高延性混凝土、树脂、沥青、橡胶等胶凝材料预制而成，预制构件4也可以用金属、非金属等材料预制而成。第一连接装置1和第二连接装置5可以用金属或非金属材料制作而成。在预制构件4上沿隧道环向和纵向预留安装第一连接件2的孔道和注浆孔。若既有结构为钢筋混凝土结构，应事先采用钢筋探测仪对钢筋的分布情况进行探明，可以适当移动孔位避开钢筋。预制构件4可加设加强网3。预制构件4沿隧道环向的一侧端头预制第一连接装置1，另一侧端头预制可以插入第一连接装置1的凹槽和销钉孔，其中一块预制构件4沿隧道环向的两端头都预制成可以插入第一连接装置1的凹槽。
42.其次，对隧道待加固段落进行基面处理，安装预制构件4时，应保证结构表面干燥、
清洁。
43.接着，在既有衬砌结构上标定好预制构件4的安装位置及安装第一连接件2和第二连接件8的孔位对应的位置，并进行钻孔和清孔。然后，处理边墙墙脚并安装第三连接件9。
44.接着，在粘接层6的位置涂胶并粘贴第二连接装置5，然后通过安装第二连接件8对其加压、固定，使粘接层6固化。
45.接着，按照从拱顶向两侧墙脚的安装顺序，通过拼装机、人力或其它装置将预制构件4移动到预定位置并沿隧道环向相互插入连接安装，并通过第一连接件2将预制构件4固定在隧道衬砌内侧。安装完全环的预制构件4后，将第二插入构件53穿过第二连接装置5插入到预制构件4环向端头的凹槽内，第二销钉54插（拧）入预制构件4环向端头预留的孔道和第二插入构件53的孔洞使得第二连接装置5与预制构件4连接。
46.最后，采用封边胶将预制构件4沿隧道纵向的两端与隧道衬砌之间的缝隙进行封堵，并预留注浆孔和出气孔，然后按照自下而上的顺序，在预留的注浆孔压注灌浆料，直至预制构件4与既有衬砌之间的缝隙被灌浆料填充密实。
47.为了提高加固结构的防水性能，可在纵向相邻预制构件4之间的接缝处设置止水条或其它止水措施，在第一连接件2、第二连接件8和第三连接件9的螺母与构件之间设置防水垫圈。
48.本发明提供的技术方案既适用于公路隧道衬砌加固，又适用于铁路隧道衬砌加固（如图10），还适用于盾构隧道衬砌加固（如图11）。
49.实施例2：隧道衬砌局部加固。
50.如图12-13所示，隧道衬砌局部加固时，第三连接装置10与隧道衬砌内侧通过第三连接件9连接，第三连接装置10插入到局部加固环向范围内起始和结束位置的预制构件4环向端头的凹槽内进行销钉连接。
51.如图14所示，所述第三连接装置10包括l型构件101、第二加劲肋102、第三插入构件103和第三销钉104，l型构件101靠近既有衬砌的一侧开有用于安装第三连接件9的安装孔，l型构件101直角内侧间隔设置多个第二加劲肋102。l型构件101靠近预制构件4的一侧开孔，第三插入构件103可以穿过孔并插入到预制构件4环向端头的凹槽内。第三销钉104插（拧）入预制构件4环向端头预留的孔道和第三插入构件103的孔洞使得第三连接装置10与预制构件4连接。
52.本发明提供的技术方案既适用于公路隧道衬砌局部加固，又适用于铁路隧道衬砌局部加固（如图15），还适用于盾构隧道衬砌局部加固（如图16）。根据上述说明书的揭示,本技术所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的修改。因此,本技术并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式。凡在本技术的原则之内做出的任何修改或等同替换也应当落入本技术的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，其特征是：包括用于连接相邻预制构件（4）的第一连接装置（1），还包括用于连接预制构件（4）与隧道衬砌结构的第二连接装置（5）或第三连接装置（10）或第二连接装置（5）和第三连接装置（10）；所述第一连接装置（1）包括板型构件（11），板型构件（11）的一面预制在预制构件（4）端头，板型构件（11）的另一面设置有第一插入构件（12），第一插入构件（12）安装在设置于相邻预制构件（4）端头的凹槽内，且第一插入构件（12）与相邻预制构件（4）安装连接处均对应设有销钉孔，销钉孔中装有第一销钉（13）。2.根据权利要求1所述的一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，其特征是：所述第二连接装置（5）的一侧插入到靠近隧道衬砌墙脚处预制构件（4）端头的凹槽内并通过第二销钉（54）连接，第二连接装置（5）的另一侧与既有电缆槽内侧壁之间通过第三连接件（9）连接，第二连接装置（5）与隧道衬砌内侧通过第二连接件（8）连接。3.根据权利要求2所述的一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，其特征是：所述第二连接装置（5）包括u型构件（51），u型构件（51）的中部开有用于安装第二连接件（8）的安装孔，u型构件（51）与电缆槽连接的一侧开有用于安装第三连接件（9）的安装孔，u型构件（51）与预制构件（4）连接的一侧间隔穿设有第二插入构件（53），第二插入构件（53）插入在预制构件（4）的凹槽内，且第二插入构件（53）与预制构件（4）插装连接处均对应设有销钉孔，销钉孔中装有第二销钉（54）。4.根据权利要求3所述的一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，其特征是：所述u型构件（51）的凹槽内侧间隔装有多个第一加劲肋（52）。5.根据权利要求1或4所述的一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，其特征是：所述第三连接装置（10）与局部加固环向范围内始末位置的预制构件（4）端头通过销钉连接，第三连接装置（10）与隧道衬砌内侧通过第三连接件（9）连接。6.根据权利要求5所述的一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，其特征是：所述第三连接装置（10）包括l型构件（101），l型构件（101）靠近既有衬砌的一侧开有用于安装第三连接件（9）的安装孔，l型构件（101）靠近预制构件（4）的一侧间隔穿设有第三插入构件（103），第三插入构件（103）插装于预制构件（4）的凹槽内，且第三插入构件（103）与预制构件（4）插装连接处均对应设有销钉孔，销钉孔中装有第三销钉（104）。7.根据权利要求6所述的一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，其特征是：所述l型构件（101）的直角内侧间隔设置有多个第二加劲肋（102）。8.根据权利要求1所述的一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，其特征是：所述板型构件（11）与第一插入构件（12）的组合截面呈t型或u型。9.根据权利要求1所述的一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，其特征是：所述第一插入构件（12）沿板型构件（11）的长度方向并列设置，且第一插入构件（12）插入预制构件（4）端头的凹槽后通过长螺杆（15）和紧固螺母（14）紧固。

技术总结
本发明属于隧道与地下工程领域，公开了一种用于隧道衬砌加固中预制构件的销钉式连接结构，以解决现有技术隧道衬砌加固中存在的问题，该销钉式连接结构包括用于连接相邻预制构件的第一连接装置，还包括用于插入连接预制构件的端头与隧道衬砌内侧的第二连接装置或第三连接装置或第二连接装置和第三连接装置；第一连接装置包括板型构件，板型构件的一面预制在预制构件端头，板型构件的另一面设置有第一插入构件，第一插入构件安装在设置于相邻预制构件端头的凹槽内，本发明采用销钉连接，制造容易，连接强度高，施工简便，很好地解决了相邻预制构件之间、预制构件与隧道衬砌之间的连接问题。问题。问题。


技术研发人员：高刚刚 朱小明 杨小森 刘剑 李晓民 余小龙 李玉平 艾杰 魏定邦 冯勇 刘宏 蒲建军 杜诚诚
受保护的技术使用者：甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司
技术研发日：2022.03.10
技术公布日：2023/9/20