本發(fā)明涉及一種隧道增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種拼裝式隧道增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著城市地鐵隧道運(yùn)營(yíng)年限的增長(zhǎng)，隧道病害逐漸增多。日常監(jiān)測(cè)中主要存在滲漏水，開(kāi)裂損傷和縱橫向變形三種病害，以上三種病害同時(shí)存在，互相影響最終會(huì)導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形甚至失穩(wěn)破壞，極大地影響隧道的安全運(yùn)營(yíng)和結(jié)構(gòu)的可靠度。

目前，針對(duì)隧道出現(xiàn)的較大變形問(wèn)題，工程中采用粘貼纖維片材和內(nèi)張鋼圈(分為半環(huán)增強(qiáng)和整環(huán)增強(qiáng)法)的方式對(duì)管片結(jié)構(gòu)進(jìn)行后期補(bǔ)強(qiáng)。其中纖維片材無(wú)法大幅提高結(jié)構(gòu)剛度。而內(nèi)張鋼圈增強(qiáng)又面臨自重過(guò)大，施工復(fù)雜等問(wèn)題，以整環(huán)增強(qiáng)為例，鋼圈增強(qiáng)過(guò)程主要包括拱底塊牛腿鑿除、鋼板定位及環(huán)氧樹(shù)脂灌注等步驟?，F(xiàn)今較為新型的增強(qiáng)方法如復(fù)合腔體增強(qiáng)雖然在一定程度上減輕了增強(qiáng)體的重量，其破壞形式仍舊為粘結(jié)面的剪切破壞，未能充分發(fā)揮材料的特性且加固增強(qiáng)效果無(wú)法動(dòng)態(tài)獲知及調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種拼裝式隧道增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，用于解決隧道增強(qiáng)過(guò)程中施工復(fù)雜、材料特性發(fā)揮不充分和無(wú)法動(dòng)態(tài)獲知及調(diào)整增強(qiáng)效果等問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種拼裝式隧道增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，包括多根連桿、測(cè)量桿、形狀記憶合金桿、阻尼桿以及多個(gè)與隧道管片內(nèi)壁固定的連接節(jié)點(diǎn)，相鄰連接節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)連桿、測(cè)量桿、形狀記憶合金桿或阻尼桿中的一種連接，所有連接節(jié)點(diǎn)和所有連桿、測(cè)量桿、形狀記憶合金桿及阻尼桿在隧道內(nèi)形成沿隧道內(nèi)壁延伸的網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)為蜂窩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、矩形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或三角形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述連接節(jié)點(diǎn)包括鋼螺桿和置于所述隧道管片內(nèi)壁上的預(yù)埋孔洞內(nèi)的預(yù)埋件，所述預(yù)埋件為具有內(nèi)螺紋的管狀件，所述鋼螺桿螺紋固定在所述預(yù)埋件內(nèi)，所述鋼螺桿與所述連桿、測(cè)量桿、形狀記憶合金桿或阻尼桿固定相連。

優(yōu)選地，所述鋼螺桿上具有多個(gè)由所述鋼螺桿的外周面徑向向外延伸的突出連接部，每個(gè)突出連接部上具有固定孔，所述連桿、測(cè)量桿、形狀記憶合金桿及阻尼桿的端部具有兩段平行間隔設(shè)置的夾設(shè)部，且所述夾設(shè)部上具有螺栓孔，所述連桿、測(cè)量桿、形狀記憶合金桿或阻尼桿通過(guò)兩段夾設(shè)部將所述突出連接部夾住，且通過(guò)螺栓穿設(shè)在螺栓孔和固定孔內(nèi)將所述連桿、測(cè)量桿、形狀記憶合金桿或阻尼桿和鋼螺桿固定。

優(yōu)選地，所述連接節(jié)點(diǎn)包括預(yù)制鋼板和連接端頭，所述預(yù)制鋼板固定粘接于所述隧道管片的內(nèi)壁上，所述連接端頭固定設(shè)置在所述預(yù)制鋼板上，所述連接端頭與所述連桿、測(cè)量桿、形狀記憶合金桿或阻尼桿固定連接。

優(yōu)選地，所述連桿為定長(zhǎng)式或伸縮式連桿。

優(yōu)選地，所述測(cè)量桿內(nèi)設(shè)置有應(yīng)力傳感器、應(yīng)變傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、傾角傳感器、振動(dòng)傳感器或者溫度傳感器中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述形狀記憶合金桿內(nèi)設(shè)置有形狀記憶合金絞線，所述形狀記憶合金絞線的兩端錨固在所述形狀記憶合金桿的內(nèi)壁上。

優(yōu)選地，所述阻尼桿內(nèi)設(shè)置有阻尼裝置。

如上所述，本發(fā)明提供的拼裝式隧道增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：

沿隧道內(nèi)壁延伸的網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳力路徑明確，各受力構(gòu)件主要受軸向作用力，可充分發(fā)揮材料特性，對(duì)盾構(gòu)隧道縱縫環(huán)縫均可增強(qiáng)，增強(qiáng)效果可靠；網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不遮擋襯砌表面，便于觀察結(jié)構(gòu)表面滲漏水、開(kāi)裂等病害，配合增強(qiáng)系統(tǒng)中設(shè)置的測(cè)量桿、形狀記憶合金桿及阻尼桿，可動(dòng)態(tài)獲知增強(qiáng)效果并及時(shí)調(diào)整增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)達(dá)到減振消能的效果。

增強(qiáng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)不同內(nèi)徑的盾構(gòu)隧道，對(duì)于隧道不均勻變形的適應(yīng)能力強(qiáng)。相比內(nèi)張鋼圈增強(qiáng)法，本方法省去鋼板定位，鑿除牛腿，表面處理等步驟，施工快捷。施作增強(qiáng)體系后，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可適應(yīng)隧道結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步變形，通過(guò)調(diào)整增強(qiáng)結(jié)構(gòu)各桿件，可實(shí)增強(qiáng)效果的持續(xù)保持。

附圖說(shuō)明

圖1為拼裝式隧道增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體矩形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為拼裝式隧道增強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部矩形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為拼裝式隧道增強(qiáng)結(jié)構(gòu)區(qū)域矩形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為沿隧道縱向方向矩形網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為沿隧道縱向方向蜂窩網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為沿隧道縱向方向三角形網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為預(yù)埋式連接節(jié)點(diǎn)示意圖。

圖8為粘貼式連接節(jié)點(diǎn)示意圖。

圖9為鋼螺桿與連桿連接示意圖。

圖10為普通定長(zhǎng)連桿示意圖。

圖11為伸縮式連桿剖面圖。

圖12為測(cè)量桿示意圖

圖13為形狀記憶合金桿示意圖

圖14為阻尼桿示意圖

元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明

1 連接節(jié)點(diǎn)

2 連桿

21 主要受力區(qū)段

211 伸縮式連桿主要受力區(qū)段左段

212 伸縮式連桿主要受力區(qū)段右段

213 伸縮式連桿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)環(huán)

214 伸縮式連桿螺紋

22 夾設(shè)部

23 螺栓孔

3 管片接縫

31 管片縱向接縫

32 管片環(huán)向接縫

4 襯砌管片

5 損傷管片

51 增強(qiáng)區(qū)域

6 隧道縱向方向

7 手孔

8 預(yù)留孔洞

9 預(yù)埋件

10 預(yù)制鋼板

11 連接端頭

12 鋼螺桿

13 突出連接部

14 測(cè)量桿

15 傳感器

16 形狀記憶合金桿

17 形狀記憶合金絞線

18 形狀記憶合金絞線錨固端

19 阻尼桿

20 阻尼裝置

具體實(shí)施方式

以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。

須知，本說(shuō)明書所附圖中所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容所能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

本發(fā)明提供一種拼裝式隧道增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，包括多根連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16、阻尼桿19以及多個(gè)與隧道管片4內(nèi)壁固定的連接節(jié)點(diǎn)1，相鄰連接節(jié)點(diǎn)1之間通過(guò)連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16或阻尼桿19中的一種連接，所有連接節(jié)點(diǎn)1與所有連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16及阻尼桿19在隧道內(nèi)形成沿隧道內(nèi)壁延伸的網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

如圖1、圖2、圖3所示，針對(duì)隧道不同的損害程度，上述沿隧道內(nèi)壁延伸的網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可靈活地施工為覆蓋隧道局部的網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)、覆蓋隧道區(qū)域的網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)及覆蓋隧道整體的網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。局部網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在局部損傷管片5的破損位置設(shè)置網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，形成局部增強(qiáng)區(qū)域51，提高襯砌局部位置的剛度；區(qū)域網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在因周邊堆載、基坑開(kāi)挖等原因引起的隧道部分區(qū)段變形的區(qū)域設(shè)置整環(huán)的區(qū)域網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，提高隧道特定區(qū)段的剛度；整體網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)是對(duì)隧道整體進(jìn)行增強(qiáng)，即沿隧道內(nèi)弧面整體設(shè)置網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

如圖4至圖6、圖12至圖14所示，上述網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以根據(jù)連接節(jié)點(diǎn)1的不同，在隧道縱向方向6上形成矩形網(wǎng)格狀、蜂窩網(wǎng)狀、或三角形網(wǎng)格狀等增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，連接節(jié)點(diǎn)1避開(kāi)管片環(huán)線接縫32和管片縱向接縫31固定于管片內(nèi)壁上。相鄰的連接節(jié)點(diǎn)1之間根據(jù)工程需要通過(guò)螺栓固定安裝連桿2、測(cè)量桿14、阻尼桿19、形狀記憶合金桿16。測(cè)量桿14內(nèi)設(shè)置有應(yīng)力傳感器、應(yīng)變傳感器、位移傳感器、加速傳感器、傾角傳感器、振動(dòng)傳感器或者溫度傳感器15中的一種或多種，用于監(jiān)測(cè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、位移、加速度、傾角、振動(dòng)或溫度，反饋結(jié)構(gòu)信息，對(duì)特殊情況及時(shí)做出回應(yīng)；阻尼桿19內(nèi)設(shè)置有阻尼裝置20，用于地鐵隧道中，實(shí)現(xiàn)消能減振的功能，提高結(jié)構(gòu)魯棒性和使用壽命；形狀記憶合金桿16即SMA桿，其內(nèi)部設(shè)置有形狀記憶合金絞線17，并錨固于形狀記憶合金桿16的內(nèi)壁上，其通電加熱到特定溫度時(shí)可回復(fù)原狀，可用于改善結(jié)構(gòu)受力情況，也可用作阻尼桿實(shí)現(xiàn)遲滯消能。連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16、阻尼桿19共同作用于增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，可動(dòng)態(tài)獲知本增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)效果，并可及時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的增強(qiáng)效果。

上述網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)1的結(jié)構(gòu)體系、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16及阻尼桿19的尺寸及數(shù)量，可直接依據(jù)隧道尺寸及工程需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化制定。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而言可節(jié)省鋼材、施工便捷，且無(wú)須對(duì)襯砌表面進(jìn)行預(yù)處理；該網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)傳力路徑明確，主要受力形式為軸向受力，可以充分發(fā)揮拉桿的強(qiáng)度潛力，從而起到很好的加固增強(qiáng)效果。

如圖7所示，所述連接節(jié)點(diǎn)1為預(yù)埋式連接節(jié)點(diǎn)，該連接節(jié)點(diǎn)主要用于新建隧道，包括預(yù)留孔洞8、預(yù)埋件9和鋼螺桿12。預(yù)留孔洞8在制作襯砌之前預(yù)留，可以在手孔7封堵位置預(yù)留，用于放置預(yù)埋件9。預(yù)埋件9內(nèi)置螺紋，固定于預(yù)留孔洞8中用于安裝所述鋼螺桿12。如圖9所示，鋼螺桿12包括與預(yù)埋件9連接的外螺紋和與連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16、或阻尼桿19螺栓連接的突出連接部13，突出連接部13為由鋼螺桿的外周面徑向向外延伸的部分。鋼螺桿12作為拉桿2的連接中心，其突出連接部13可以為三部分、四部分或者六部分設(shè)置。且每個(gè)突出連接部上具有固定孔。使用有三個(gè)突出連接部13的多個(gè)鋼螺桿12與多根連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16或阻尼桿19連接可形成蜂窩網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)；使用有四個(gè)突出連接部13的多個(gè)鋼螺桿12與多根連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16或阻尼桿19連接可形成矩形網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)；使用有六個(gè)突出連接部13的多個(gè)鋼螺桿12與多根連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16或阻尼桿19連接可形成三角形網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。上述三種網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單統(tǒng)一，節(jié)點(diǎn)及桿件長(zhǎng)度可標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，安裝施工便捷，受力路徑明確，增強(qiáng)效果顯著，可較好滿足隧道結(jié)構(gòu)整體、局部及區(qū)域增強(qiáng)的不同需求。

如圖10、12至14所示，所述連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16或阻尼桿19的兩端部均設(shè)有兩段平行間隔設(shè)置的夾設(shè)部22，夾設(shè)部上設(shè)置有螺栓孔23，所述連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16或阻尼桿19通過(guò)兩段夾設(shè)部22將所述突出連接部13夾住，且通過(guò)螺栓穿設(shè)在螺栓孔23和突出連接部上的固定孔內(nèi)將多根連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16或阻尼桿19和鋼螺桿固定。連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16或阻尼桿19通過(guò)與鋼螺桿12的固定連接形成受力體系，其中主要受力區(qū)段為21。為了方便安裝，并調(diào)節(jié)連桿2的預(yù)緊力，所述連桿2除采用圖10所示的定長(zhǎng)式連桿外，還可采用如圖11所示的伸縮式連桿2。伸縮式連桿2通過(guò)帶有內(nèi)螺紋的伸縮連桿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)環(huán)213和與其配合的伸縮連桿螺紋214進(jìn)行連桿預(yù)緊力的調(diào)節(jié)。伸縮式連桿2的受力區(qū)段分為左右兩個(gè)受力區(qū)段211、212，連桿2的形狀可以為圓柱形、長(zhǎng)方體形、或工字形等。

如圖8所示，所述連接節(jié)點(diǎn)1為粘貼式連接節(jié)點(diǎn)，該連接節(jié)點(diǎn)可用于增強(qiáng)既有隧道或者新建隧道，包括預(yù)制鋼板10和連接端頭11。預(yù)制鋼板10固定粘接在隧道管片的內(nèi)壁上。連接端頭11的功能與鋼螺桿12的功能相似，可以為鋼螺桿，也可以是其他功能相似的結(jié)構(gòu)，用于與連桿2、測(cè)量桿14、形狀記憶合金桿16、阻尼桿19固定連接。連接端頭11與預(yù)制鋼板10之間固定連接。

所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。