盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)及加固方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)及加固方法，通過沿隧道內(nèi)側(cè)表面環(huán)向布設的內(nèi)置分布式光纖傳感器的智能纖維復合筋，形成加固和監(jiān)測一體化的結(jié)構(gòu)。該方法是通過粘結(jié)材料將智能FRP筋與隧道內(nèi)側(cè)粘結(jié)在一起，形成具有良好力學性能的結(jié)構(gòu)層；利用監(jiān)測的環(huán)向應變計算結(jié)構(gòu)的環(huán)向收斂，并判別結(jié)構(gòu)加固后的性能變化。本發(fā)明設施簡單，便于工程實施，可解決現(xiàn)有盾構(gòu)隧道加固、監(jiān)測一體化的難題，市場競爭力強，適合大規(guī)模推廣。
【專利說明】盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)及加固方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道加固方法，具體涉及一種盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)及加固方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，全國各地區(qū)開始了城市地鐵的大建設時期。盾構(gòu)隧道因其施工過程對周圍環(huán)境影響小，幾乎成為了修建地鐵的必選項。盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)是典型的拼裝結(jié)構(gòu)，采用高強螺栓將一塊塊的混凝土預制塊進行縱橫向連接，形成具有承載能力的結(jié)構(gòu)體。然而地下條件復雜，地下水位等變化對結(jié)構(gòu)外荷載影響較大，盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)在這些影響下會發(fā)生變形，如橫向截面收斂?？紤]到材料、結(jié)構(gòu)的老化，隧道結(jié)構(gòu)的加固將具有非常大的市場。在加固中，需要考慮到材料的長期耐久性能，而目前常用的基于鋼材料的加固法技術(shù)顯著存在不足；同時，對加固后結(jié)構(gòu)性能的變化也是業(yè)主與工程人員關(guān)心的問題。開發(fā)一種兼具加固和監(jiān)測功能的盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固方法已成為亟待解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)及加固方法。
[0004]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)，包括智能纖維復合筋和粘接材料，所述智能纖維復合筋沿隧道管片內(nèi)壁環(huán)向布設，所述粘接材料敷設于隧道管片內(nèi)壁并覆蓋所述智能纖維復合筋；所述智能纖維復合筋內(nèi)置分布式長標距光纖傳感器，每個傳感標距包括套設于光纖光柵外部的隔膠管和兩端的錨固段。
[0005]具體地，所述粘接材料優(yōu)選為環(huán)氧沙漿或環(huán)氧混凝土。
[0006]具體地，所述標距的長度為隔膠管的長度，取0.2^0.5m。
[0007]具體地，所述分布式長標距光纖傳感器的傳感機理是布里淵散射機理，其傳感精度大于10 μ ε，空間分辨率不低于1cm0
[0008]本發(fā)明同時提出上述盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)的加固方法，包括以下步驟:
1)將內(nèi)置分布式光纖傳感器的智能纖維復合筋沿隧道管片內(nèi)壁布設，然后涂抹粘稠度較高的粘結(jié)材料，形成良好的結(jié)構(gòu)層；
2)在加固后的正常使用過程中，利用智能纖維復合筋監(jiān)測的結(jié)構(gòu)環(huán)向應變分布，通過結(jié)構(gòu)力學模型，計算結(jié)構(gòu)的收斂，判別結(jié)構(gòu)的性能變化。
[0009]具體地，所述結(jié)構(gòu)力學模型為考慮軸壓的共軛梁模型。
[0010]有益效果:本發(fā)明復合了傳感器的纖維復合(FRP)筋，同時實現(xiàn)了隧道的加固和監(jiān)測，相比現(xiàn)有技術(shù)具備以下顯著的進步:
1、本發(fā)明中采用了纖維復合筋加高耐久性粘結(jié)材料的體系，大幅提升了加固性能的長期有效性，適應于隧道工程的使用特點，提高了隧道的使用壽命； 2、本發(fā)明中采用了基于分布式光纖傳感的智能纖維復合筋，在結(jié)構(gòu)加固后可實施長期健康監(jiān)測，提升了結(jié)構(gòu)的安全使用性能，減少工程事故的發(fā)生，保障了人民的人身財產(chǎn)安全；
3、本發(fā)明中設備、設施簡單，市場競爭力強，也為日后隧道結(jié)構(gòu)的加固和監(jiān)測一體化提供了技術(shù)儲備。
[0011]除了上面所述的本發(fā)明解決的技術(shù)問題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征以及由這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點外，本發(fā)明的盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)及加固方法所能解決的其他技術(shù)問題、技術(shù)方案中包含的其他技術(shù)特征以及這些技術(shù)特征帶來的優(yōu)點，將結(jié)合附圖做出進一步詳細的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2圖1中智能纖維復合筋的結(jié)構(gòu)示意圖圖；
圖中:I混凝土管片，2管片拼縫，3智能纖維復合筋，4粘結(jié)材料，5傳感器、6隔膠管，7錨固段。

【具體實施方式】
[0013]實施例:
如圖1所示，盾構(gòu)隧道由混凝土管片I和管片拼縫2組成，將智能纖維復合筋3沿隧道內(nèi)壁布設，然后涂抹粘稠度較高的粘結(jié)材料4，形成良好的結(jié)構(gòu)層。布設智能纖維復合筋時需將管片拼縫2盡量布設在標距中部。在加固后的正常使用過程中，利用智能纖維復合筋3監(jiān)測的結(jié)構(gòu)環(huán)向應變分布，通過結(jié)構(gòu)力學模型，如共軛梁模型，可計算結(jié)構(gòu)的收斂，判別結(jié)構(gòu)的性能變化。
[0014]如圖2所示，智能纖維復合筋3內(nèi)部復合長標距光纖，也即將長標距光纖作為智能纖維復合筋3的內(nèi)芯。一個典型傳感標距包括分布式光纖傳感器5、隔膠管6和兩端的錨固段7，錨固段7是在隔膠管6的端部將分布式光纖傳感器5與智能纖維復合筋3牢固粘結(jié)形成。其中標距長度是指隔膠管6的長度，一般在0.2^0.5m，標距的選擇還應依據(jù)傳感精度和量程綜合考慮。
[0015]施工時，包括以下步驟:
第一部分、智能纖維復合筋環(huán)向加固盾構(gòu)隧道:將智能纖維復合筋沿隧道環(huán)向布設，再澆筑一層具有較大變形能力的粘結(jié)材料，如環(huán)氧沙漿或環(huán)氧混凝土。利用纖維復合筋具有高強、耐環(huán)境性能好等優(yōu)點，結(jié)合粘接材料實現(xiàn)加固功能。
[0016]第二部分、利用智能纖維復合筋實現(xiàn)隧道的環(huán)向監(jiān)測和評估:智能纖維復合筋內(nèi)埋基于布里淵散射機理的分布式光纖傳感器，可監(jiān)測沿智能筋的應變分布，利用應變可計算隧道的環(huán)向收斂，判別結(jié)構(gòu)的性能。
[0017]智能纖維復合筋可以形成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的分布式光纖傳感器相互連接或各自連接到光纖解調(diào)儀，進而連接到服務器，上述連接采用本領(lǐng)域的公知技術(shù)加以實現(xiàn)。
[0018]上述智能纖維復合筋為內(nèi)埋分布式光纖傳感器的纖維復合筋，傳感機理為布里淵散射機理。監(jiān)測應變計算隧道環(huán)向收斂時，采用的計算模型為考慮軸壓的共軛梁模型。
[0019]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式做出詳細說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對這些實施方式進行實施方式進行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括智能纖維復合筋和粘接材料，所述智能纖維復合筋沿隧道管片內(nèi)壁環(huán)向布設，所述粘接材料敷設于隧道管片內(nèi)壁并覆蓋所述智能纖維復合筋；所述智能纖維復合筋內(nèi)置分布式長標距光纖傳感器，每個傳感標距包括套設于光纖光柵外部的隔膠管和隔膠管兩端的錨固段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述粘接材料為環(huán)氧沙漿或環(huán)氧混凝土。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述標距的長度為隔膠管的長度，取0.2^0.5m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述分布式長標距光纖傳感器的傳感機理是布里淵散射機理，其傳感精度大于10 μ ε，空間分辨率不低于 1cm0
5.一種如權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固結(jié)構(gòu)的加固方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將內(nèi)置分布式光纖傳感器的智能纖維復合筋沿隧道管片內(nèi)壁布設，然后涂抹粘粘結(jié)材料，形成結(jié)構(gòu)層； 2)在加固后的正常使用過程中，利用智能纖維復合筋監(jiān)測的結(jié)構(gòu)環(huán)向應變分布，通過結(jié)構(gòu)力學模型，計算結(jié)構(gòu)的收斂，判別結(jié)構(gòu)的性能變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的盾構(gòu)隧道環(huán)向智能化加固方法，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)力學模型為考慮軸壓的共軛梁模型。
【文檔編號】E21F17/18GK104389621SQ201410758544
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】吳剛, 陶津, 李金濤, 楊廣武, 沈忱, 王佳妮, 唐永圣 申請人:東南大學, 北京特希達科技有限公司, 北京市地鐵建筑安裝工程公司