CN104389621A - 盾构隧道环向智能化加固结构及加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构隧道环向智能化加固结构及加固方法，通过沿隧道内侧表面环向布设的内置分布式光纤传感器的智能纤维复合筋，形成加固和监测一体化的结构。该方法是通过粘结材料将智能FRP筋与隧道内侧粘结在一起，形成具有良好力学性能的结构层；利用监测的环向应变计算结构的环向收敛，并判别结构加固后的性能变化。本发明设施简单，便于工程实施，可解决现有盾构隧道加固、监测一体化的难题，市场竞争力强，适合大规模推广。

Description

盾构隧道环向智能化加固结构及加固方法

技术领域

本发明涉及一种隧道加固方法，具体涉及一种盾构隧道环向智能化加固结构及加固方法。

背景技术

近年来,随着经济的快速发展,全国各地区开始了城市地铁的大建设时期。盾构隧道因其施工过程对周围环境影响小，几乎成为了修建地铁的必选项。盾构隧道结构是典型的拼装结构，采用高强螺栓将一块块的混凝土预制块进行纵横向连接，形成具有承载能力的结构体。然而地下条件复杂，地下水位等变化对结构外荷载影响较大，盾构隧道结构在这些影响下会发生变形，如横向截面收敛。考虑到材料、结构的老化，隧道结构的加固将具有非常大的市场。在加固中，需要考虑到材料的长期耐久性能，而目前常用的基于钢材料的加固法技术显著存在不足；同时，对加固后结构性能的变化也是业主与工程人员关心的问题。开发一种兼具加固和监测功能的盾构隧道环向智能化加固方法已成为亟待解决的技术问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种盾构隧道环向智能化加固结构及加固方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的盾构隧道环向智能化加固结构，包括智能纤维复合筋和粘接材料，所述智能纤维复合筋沿隧道管片内壁环向布设，所述粘接材料敷设于隧道管片内壁并覆盖所述智能纤维复合筋；所述智能纤维复合筋内置分布式长标距光纤传感器，每个传感标距包括套设于光纤光栅外部的隔胶管和两端的锚固段。

具体地，所述粘接材料优选为环氧沙浆或环氧混凝土。

具体地，所述标距的长度为隔胶管的长度，取0.2~0.5m。

具体地，所述分布式长标距光纤传感器的传感机理是布里渊散射机理，其传感精度大于10με，空间分辨率不低于10cm。

本发明同时提出上述盾构隧道环向智能化加固结构的加固方法，包括以下步骤：

1）将内置分布式光纤传感器的智能纤维复合筋沿隧道管片内壁布设，然后涂抹粘稠度较高的粘结材料，形成良好的结构层；

2）在加固后的正常使用过程中，利用智能纤维复合筋监测的结构环向应变分布，通过结构力学模型，计算结构的收敛，判别结构的性能变化。

具体地，所述结构力学模型为考虑轴压的共轭梁模型。

有益效果：本发明复合了传感器的纤维复合（FRP）筋，同时实现了隧道的加固和监测，相比现有技术具备以下显著的进步：

1、本发明中采用了纤维复合筋加高耐久性粘结材料的体系，大幅提升了加固性能的长期有效性，适应于隧道工程的使用特点，提高了隧道的使用寿命；

2、本发明中采用了基于分布式光纤传感的智能纤维复合筋，在结构加固后可实施长期健康监测，提升了结构的安全使用性能，减少工程事故的发生，保障了人民的人身财产安全；

3、本发明中设备、设施简单，市场竞争力强，也为日后隧道结构的加固和监测一体化提供了技术储备。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的盾构隧道环向智能化加固结构及加固方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2图1中智能纤维复合筋的结构示意图图；

图中：1混凝土管片，2管片拼缝，3智能纤维复合筋，4粘结材料，5传感器、6隔胶管，7锚固段。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，盾构隧道由混凝土管片1和管片拼缝2组成，将智能纤维复合筋3沿隧道内壁布设，然后涂抹粘稠度较高的粘结材料4，形成良好的结构层。布设智能纤维复合筋时需将管片拼缝2尽量布设在标距中部。在加固后的正常使用过程中，利用智能纤维复合筋3监测的结构环向应变分布，通过结构力学模型，如共轭梁模型，可计算结构的收敛，判别结构的性能变化。

如图2所示，智能纤维复合筋3内部复合长标距光纤，也即将长标距光纤作为智能纤维复合筋3的内芯。一个典型传感标距包括分布式光纤传感器5、隔胶管6和两端的锚固段7，锚固段7是在隔胶管6的端部将分布式光纤传感器5与智能纤维复合筋3牢固粘结形成。其中标距长度是指隔胶管6的长度，一般在0.2~0.5m，标距的选择还应依据传感精度和量程综合考虑。

施工时，包括以下步骤：

第一部分、智能纤维复合筋环向加固盾构隧道：将智能纤维复合筋沿隧道环向布设，再浇筑一层具有较大变形能力的粘结材料，如环氧沙浆或环氧混凝土。利用纤维复合筋具有高强、耐环境性能好等优点，结合粘接材料实现加固功能。

第二部分、利用智能纤维复合筋实现隧道的环向监测和评估：智能纤维复合筋内埋基于布里渊散射机理的分布式光纤传感器，可监测沿智能筋的应变分布，利用应变可计算隧道的环向收敛，判别结构的性能。

智能纤维复合筋可以形成网状的结构，其内部的分布式光纤传感器相互连接或各自连接到光纤解调仪，进而连接到服务器，上述连接采用本领域的公知技术加以实现。

上述智能纤维复合筋为内埋分布式光纤传感器的纤维复合筋，传感机理为布里渊散射机理。监测应变计算隧道环向收敛时，采用的计算模型为考虑轴压的共轭梁模型。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种盾构隧道环向智能化加固结构，其特征在于：包括智能纤维复合筋和粘接材料，所述智能纤维复合筋沿隧道管片内壁环向布设，所述粘接材料敷设于隧道管片内壁并覆盖所述智能纤维复合筋；所述智能纤维复合筋内置分布式长标距光纤传感器，每个传感标距包括套设于光纤光栅外部的隔胶管和隔胶管两端的锚固段。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道环向智能化加固结构，其特征在于：所述粘接材料为环氧沙浆或环氧混凝土。

3.根据权利要求1所述的盾构隧道环向智能化加固结构，其特征在于：所述标距的长度为隔胶管的长度，取0.2~0.5m。

4.根据权利要求1所述的盾构隧道环向智能化加固结构，其特征在于：所述分布式长标距光纤传感器的传感机理是布里渊散射机理，其传感精度大于10με，空间分辨率不低于10cm。

5.一种如权利要求1所述的盾构隧道环向智能化加固结构的加固方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将内置分布式光纤传感器的智能纤维复合筋沿隧道管片内壁布设，然后涂抹粘粘结材料，形成结构层；

2）在加固后的正常使用过程中，利用智能纤维复合筋监测的结构环向应变分布，通过结构力学模型，计算结构的收敛，判别结构的性能变化。

6.根据权利要求5所述的盾构隧道环向智能化加固方法，其特征在于：所述结构力学模型为考虑轴压的共轭梁模型。