浅谈芳纶布在隧道管片结构裂缝加固中的施工应用

　　摘 要：随着我国经济及交通行业的快速发展，公路隧道、铁路隧道及城市轨道交通隧道也在大规模的扩建，隧道数量日益剧增，隧道结构随着使用时间的增长，受车辆运行震动、周围环境(尤其是附近地面施工)等原因影响出现的裂缝、掉块及椭变等病害也日益凸现。传统的裂缝修补方法和修补材料如注浆等无法完全满足结构强度的需求。芳纶布作为一种新型的复合型(FRP)材料，它具有传统复合型材料质轻、高高弹模、防腐耐久性能好等特点，另外它还具有抗碱腐蚀能力强、不导电、抗动载、抗冲击性能好等特点。将芳纶布贴在隧道结构裂缝处，可以承受来自洞顶及洞测的土压力，提高结构的承载能力。此外， 城市轨道交通隧道及电气化铁路隧道由于需要接触网牵引等，对材料绝缘性要求很高。芳纶布正好具有不导电性，满足这种特殊部位的要求。

　　关键词：芳纶布,隧道,加固,粘贴

　　1 芳纶纤维布的性能

　　土木结构工程常用的FRP复合材料主要有芳纶纤维(AFRP),碳纤维(CFRP)和玻璃纤维(GFRP)，其材料形式主要有片材、棒材和型材。所有的FRP都有一些共同的性质：轻质高强、高弹模、在拉断前均为弹性，热膨胀系数低、各向异性、耐腐耐久性能好等，所以在土木结构工程中应用潜力巨大。另外，FRP复合材料使用维护成本低、可以自由裁减、节省材料、施工便捷，虽然其前期投资较大，但从长期投资的角度看效益明显。

　　芳纶纤维(AFRP)，其主要成分是对苯二胺聚合物(PPTA)，其中既含脂肪族主链又含芳香族主链，所以有牢固的分子结构，芳纶纤维是由直径为12um左右的单丝汇集在一起形成的多纤维状结构，芳纶布是芳纶纤维由单向或双向排列形成的一种片材，常用的是单向片材。

　　芳纶布按纤维布单位面积质量分为280g/m2、415g/m2、623g/m2、830g/m2等规格，按宽度分为300mm、400mm、500mm等规格。单项芳纶布力学性能如表1。

　　它具有轻质高强、高弹模、防腐耐久性能好等特点，其次，它还有自己独特的特点，抗碱腐蚀能力强、不导电、抗动载、抗冲击性能好，这就使它能在绝缘性要求高的场所如地铁、隧道及电气化铁路上路桥的施工。另外，由于它是一种有机材料，所以和同是有机材料的树脂的浸透能力较，芳纶固化时间相对较短，经济效益相应就提高了，有着其它FRP材料所不能比的优势。

　　2 隧道内粘贴芳纶纤维布的施工方法和工艺要求

　　2.1 粘贴芳纶纤维布前准备工作

　　Ⅰ、对受损管片的裂缝进行环氧灌浆修复处理;

　　Ⅱ、对受损崩角掉块管片采用环氧砂浆进行修复并找平;

　　Ⅲ、对管片受损位的螺丝孔进行环氧砂浆充填找平;

　　2.2 施工辅助工具

　　打磨机、大灰刀、搅拌桶、太阳灯照(烘管片用)、平整刮压铁刮压(用于粘贴后刮压布面)、磅秤、量杯、灭火器、暖风机等。

　　2.3 一般要求

　　2.3.1施工必须遵循下列工序进行：

　　l 施工准备;

　　l 混凝土表面处理;

　　l 配制并涂刷底层树脂;

　　l 配制找平材料(环氧砂浆)对不平整处修复处理;

　　l 粘贴芳纶纤维布;

　　l 表面防护。

　　2.3.2施工宜在5℃以上环境温度条件下进行，并应符合配套树脂的施工使用温度。当环境温度低于5℃时，应使用适用于低温环境的配套树脂或采用升温处理措施。

　　Ⅰ、施工时应考虑环境湿度对树脂固化的不利影响。

　　Ⅱ、在表面处理和粘贴前，应按加固设计部位放线定位。

　　Ⅲ、胶粘剂配制时应按产品使用说明中规定的配比称量置于容器中，用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内及搅拌器上不得有油污及杂质。应根据现场实际环境温度决定树脂的每次拌合量，并按使用要求严格控制使用时间。

　　2.4 施工方法

　　⑴ 采用打磨机对要求粘贴的管片砼表面进行打磨，要求除尘、除垢、除油、除污，表面平整，打磨后用干净毛刷对表面作除去浮尘处理(露出原砼基面，清理与粘贴第二天进行);

　　⑵ 依室内试验，目前施工处于冬季，由于粘贴胶粘剂对温度的固化时间敏感，打磨清扫干净的表面后，采用暖风机烘热[XD4734胶粘剂60℃粘贴后可搬卸时间为1.5h(固化时间)]。在对基面烘热的同时，采用磅秤称量胶粘剂;

　　⑶ 胶粘剂配比A组份(环氧主剂)：B组份(固化剂)为3：1，先称量A组份后称量B组份，由B组份缓慢加入A组份，充分搅拌均匀后，进行涂刷;

　　⑷ 涂刷前应对粘贴面进行定位和裁布，裁布时应充分考虑到布的搭接用料;

　　⑸ 采用灰刀将胶粘剂均匀涂布于管片已处理的基面上，并刮匀，胶料不能太厚(以免影响粘贴时间而产生掉块)，要求均匀不露白;

　　⑹ 采用灰刀将胶粘剂均匀涂刷于芳纶布上，再刮匀，胶料不能太厚(以免影响粘贴时间而产生掉块)，要求均匀不露白;

　　⑺ 待胶面指触表干时将已涂刷的芳纶布粘贴在已涂刷胶粘剂完毕的管片基面上，要求固定一边沿着划定线方向铺贴，边铺边压边排气，采用大灰刀或铁压刮均排气后再用滚压压贴紧密，要求平整，纤维布不能弯折，转角处应找平，圆弧半径不应小于20mm。

　　⑻ 芳纶布邻边采用对边拼接，如图1;

　　⑼ 如果施工地点位于运营隧道管片，如施工当晚不能一次性完成一整块管片芳纶纤维布的粘贴时，当晚不再进行粘贴施工。

　　⑽ 施工时如遇接触网支座时，则断开芳纶纤维布;支座至当环管片拼缝段不用粘贴芳纶纤维布。

　　⑾ 粘贴芳纶纤维布如遇监测收敛钩时则划破芳纶纤维布，保留收敛钩。

　　⑿ 冬季施工应充分考虑温度对粘胶剂的流挂粘滞时间。

　　2.5 施工安全措施

　　⑴ 隧道施工的作业人员必须是经过安全培训，并考核合格持证上岗者。

　　⑵ 凡属于隧道拱顶部位施工，必须提前做好放电措施方可施工。

　　⑶ 对隧道内各种设备设施应采用保护措施后方可施工。

　　⑷ 施工人员进入施工现场必须戴符合标准的安全帽，其配带方法要符合要求;进入2m以上架体作业必须佩挂安全带。

　　⑸ 施工人员高空作业禁止批赤脚、穿拖鞋和打赤膊施工。

　　⑹ 施工人员不得任意拆除现场一切安全防护设施，如机械护壳、安全网、安全围栏、外架拉接点、警示信号等。如因工作需要，必须由项目负责人和地铁公司相关部门同意方可。

　　⑺ 施工人员工作前不许饮酒，进入施工现场不准嬉笑打闹。

　　⑻ 施工人员应立足本职工作，不得动用不属本职工作范围内的用电设备设施。

　　⑼ 施工前须由项目负责人向施工人员进行技术交底和安全交底，未经教育者不得进入施工现场作业。

　　⑽ 所有施工人员必须穿荧光衣。

　　⑾ 每次施工退场做好二级检查工作。

　　3 结语

　　由于地铁和隧道是一种在地下工作的结构，所以它的受力与地面结构是不一样的，而且它也有净空的要求，所以进行裂缝修补时，传统的加固方法实用性不强，用芳纶布进行加固维修就可以满足它的各方面要求，而且，施工操作非常简单，主要是表面处理--涂刷底胶--底层浸渍树脂--粘贴芳纶布--外层浸渍树脂--表面防护等几个步骤，不需要大型的吊装机械设备，且养护时间很短一般为几个小时，隧道的拱定或侧壁的裂缝一般是多向且不规则的，这就要求它的修复材料必须具有良好的抗剪性能才行，芳纶布不但能满足其抗剪性能要求，且芳纶布还是一种不导电的FRP材料，所以芳纶布在隧道地铁加固工程中将得到广泛的应用。

　　参考文献

　　⑴ 罗苓隆.碳纤维布加固技术应用与发展中的几个问题[J].四川建筑科学研究.2001年01期.

　　⑵ 黄宁,郭成.谈芳纶纤维布在结构加固工程中的应用.黑龙江交通科技.2009年第08期.

《浅谈芳纶布在隧道管片结构裂缝加固中的施工应用》

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