本发明公开了一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法，步骤S1、切削隧道衬砌裂缝的左右壁面及底部，得到横截面为矩形的修补主槽。步骤S2、埋设辅助件：在各组燕尾对槽及与其相连通的修补主槽中横向放置一蝴蝶状拉筋；步骤S22、在修补主槽的位于隧道上端的端部，垂直于修补主槽底部埋设一注浆补水管，使注浆补水管的远端位于排水补水槽内，与排水补水槽相连通；在修补主槽的位于隧道下端的端部，垂直于其底部埋设一排水管；步骤S3、填充修补主槽和燕尾对槽；步骤S4、养护UHPC材料填充体，完成隧道衬砌裂缝的修复。采用该方法，对隧道衬砌裂缝病害进行原位治理，并达到湿热养护条件，实现永久性修复，确保隧道结构安全。
1.一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法，其特征在于，该永久修复方法如下：
步骤S1、对隧道衬砌裂缝(A)开槽施工，具体如下：步骤S11、切削隧道衬砌裂缝(A)的左右壁面及底部，得到横截面为矩形的修补主槽(1)；所述修补主槽(1)内用于填充UHPC材料填充体(10)；
步骤S12、在所述修补主槽(1)的底部开设排水补水槽(2)，所述排水补水槽(2)以所述修补主槽(1)的中心线为其中心线，其走向与所述修补主槽(1)的走向相一致；
步骤S13、在所述隧道衬砌上，且沿所述修补主槽(1)的走向间隔开设多组燕尾对槽(3)；各组所述燕尾对槽(3)均由两个梯形槽组成，两个梯形槽对称分布在所述修补主槽(1)的左右两侧，窄端贴于所述修补主槽(1)，与所述修补主槽(1)相连通；且所述燕尾对槽(3)的横向对称轴与所述修补主槽(1)的中心线相垂直；
步骤S21、在各组所述燕尾对槽(3)及与其相连通的修补主槽(1)中横向放置有一蝴蝶状拉筋(4)，所述蝴蝶状拉筋(4)左右横跨所述修补主槽(1)，左右两端对应的位于所述燕尾对槽(3)内的左右侧；
步骤S22、在所述修补主槽(1)的位于隧道上端的端部，垂直于修补主槽(1)底部埋设一注浆补水管(7)，使所述注浆补水管(7)的远端位于所述排水补水槽(2)内，与所述排水补水槽(2)相连通，其近端位于衬砌外，近端开口用作注浆口或者注水口；
在所述修补主槽(1)的位于隧道下端的端部，垂直于其底部埋设一排水管(8)，且在排水管(8)的出口设置有阀门；所述排水管(8)用于排出由所述注浆补水管(7)注入的水，还用于排出由所述注浆补水管(7)注入的浆液；
步骤S3、填充修补主槽(1)和燕尾对槽(3)，具体如下：步骤S31、在所述修补主槽(1)和燕尾对槽(3)内填充UHPC材料，抹平并压实，形成UHPC材料填充体(10)，所述UHPC材料填充体(10)的外壁面与左右两侧的衬砌表面相平；
步骤S4、养护所述UHPC材料填充体(10)，完成隧道衬砌裂缝(A )的修复。
2.根据权利要求1所述的一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法，其特征在于，在所述步骤S22后还包括步骤S23：步骤S23、在所述修补主槽(1)底部和排水补水槽(2)内铺满麻丝填充体(9)；所述麻丝填充体(9)用于临时排水隔绝明水和引导水流向外排出，还用于为UHPC材料填充体(10)提供湿环境。
3.根据权利要求2所述的一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法，其特征在于，在所述步骤S23后还包括步骤S24：步骤S24、在铺设所述麻丝填充体(9)后的所述修补主槽(1)和燕尾对槽(3)内，沿各自内轮廓布设发热电阻丝(5)，且在所述修补主槽(1)的两端，所述发热电阻丝(5)的端头伸出至隧道内；在所述发热电阻丝(5)的端部连接有发热功率调节器(6)和电源；
所述发热功率调节器(6)用于自动接通和切断电源，加热并控制所述发热电阻丝(5)的温度；所述发热电阻丝(5)用于加热，为所述UHPC材料填充体(10)提供热养护环境。
4.根据权利要求3所述的一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法，其特征在于，步骤S4的具体过程如下：
步骤S41、所述发热电阻丝(5)加热所述UHPC材料填充体(10)，直至UHPC材料填充体(10)固化；
在所述隧道衬砌裂缝有渗漏水时，在加热过程中，水流沿排水补水槽(2)流动，并在流动过程中润湿所述麻丝填充体(9)，为所述UHPC材料填充体(10)提供湿环境；
在所述隧道衬砌裂缝处无渗漏水时，在加热过程中，由所述注浆补水管(7)的近端开口注水，注水流入所述排水补水槽(2)内，沿着所述排水补水槽(2)流动，由所述排水管(8)的开口流出，并在流动过程中润湿所述麻丝填充体(9)，为所述UHPC材料填充体(10)提供湿环境；在所述注浆补水管(7)的注水量与所述排水管(8)的出水量相同时，停止注水；
连续注水和加热多天，且每天注水两次，测量所述UHPC材料填充体(10)的强度高于隧道衬砌强度，即养护完毕；
步骤S42、由所述注浆补水管(7)的近端开口注浆液，浆液充满修补主槽(1)和排水补水槽(2)中的麻丝填充体，由所述排水管(8)的出口流出，则关闭阀门；继续由所述注浆补水管(7)的近端开口注浆液，注浆压力升高，浆液填充填满细小裂缝和孔隙，停止注浆；浆液固化后，在细小裂缝和孔隙中形成超细水泥注浆体(12)，完成修复。
5.根据权利要求4所述的一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法，其特征在于，在步骤S31后还包括：步骤S32、对填充有UHPC材料填充体(10)的区域覆盖固定一保水薄膜(11)，用于保持UHPC材料填充体(10)内的水分。
一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法
技术领域
[0001] 本发明属于隧道病害治理技术领域，具体涉及一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法。
背景技术
[0002] 传统针对隧道衬砌结构加固是以衬砌混凝土作为加固对象，采取增大截面、增设补强材料等工程措施，提高衬砌结构承载能力，主要包括粘贴纤维复合材、粘贴钢板(钢
带)、喷射混凝土、嵌入钢拱架、套拱等加固措施。但这些方法均存在一些不足：粘贴FRP可以
有效控制衬砌内侧受拉区变形，但无法提高结构整体刚度；粘贴钢板内衬能大幅度增加结
构刚度，但又面临自重过大施工复杂，不利于快速施工等问题。而且以上加固方法均存在耐
高温和耐久性差的问题，有机粘结材料的老化将使加固层剥离，导致隧道需反复加固。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法，对隧道衬砌裂缝病害进行原位治理，并达到湿热养护
条件，实现永久性修复，确保隧道结构安全。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法，该永久修复方法如下：
[0005] 步骤S1、对隧道衬砌裂缝开槽施工，具体如下：
[0006] 步骤S11、切削隧道衬砌裂缝的左右壁面及底部，得到横截面为矩形的修补主槽；修补主槽内用于填充UHPC材料填充体；
[0007] 步骤S12、在修补主槽的底部开设排水补水槽，排水补水槽以修补主槽的中心线为其中心线，其走向与修补主槽的走向相一致；
[0008] 步骤S13、在隧道衬砌上，且沿修补主槽的走向间隔开设多组燕尾对槽；各组燕尾对槽均由两个梯形槽组成，两个梯形槽对称分布在修补主槽的左右两侧，窄端贴于修补主
槽，与修补主槽相连通；且燕尾对槽的横向对称轴与修补主槽的中心线相垂直。
[0009] 步骤S2、埋设辅助件：
[0010] 步骤S21、在各组燕尾对槽及与其相连通的修补主槽中横向放置有一蝴蝶状拉筋，蝴蝶状拉筋左右横跨修补主槽，左右两端对应的位于燕尾对槽内的左右侧；
[0011] 步骤S22、在修补主槽的位于隧道上端的端部，垂直于修补主槽底部埋设一注浆补水管，使注浆补水管的远端位于排水补水槽内，与排水补水槽相连通，其近端位于衬砌外，
近端开口用作注浆口或者注水口；
[0012] 在修补主槽的位于隧道下端的端部，垂直于其底部埋设一排水管，且在排水管的出口设置有阀门；排水管用于排出由注浆补水管注入的水，还用于排出由注浆补水管注入
的浆液；
[0013] 步骤S3、填充修补主槽和燕尾对槽，具体如下：
[0014] 步骤S31、在修补主槽和燕尾对槽内填充UHPC材料，抹平并压实，形成UHPC材料填充体，UHPC材料填充体的外壁面与左右两侧的衬砌表面相平。
[0015] 步骤S32、对填充有UHPC材料填充体的区域覆盖固定一保水薄膜，用于保持UHPC材料填充体内的水分。
[0016] 步骤S4、养护UHPC材料填充体，完成隧道衬砌裂缝的修复。
[0017] 进一步地，在步骤S22后还包括步骤S23：
[0018] 步骤S23、在修补主槽底部和排水补水槽内铺满麻丝填充体；麻丝填充体用于临时排水隔绝明水和引导水流向外排出，还用于为UHPC材料填充体提供湿环境；
[0019] 进一步地，在步骤S23后还包括步骤S24：
[0020] 步骤S24、在铺设麻丝填充体后的修补主槽和燕尾对槽内，沿各自内轮廓布设发热电阻丝，且在修补主槽的两端，发热电阻丝的端头伸出至隧道内；在发热电阻丝的端部连接
有发热功率调节器和电源；
[0021] 发热功率调节器用于自动接通和切断电源，加热并控制发热电阻丝的温度；发热电阻丝用于加热，为UHPC材料填充体提供热养护环境。
[0022] 进一步地，步骤S4的具体过程如下：
[0023] 步骤S41、发热电阻丝加热UHPC材料填充体，直至UHPC材料填充体固化；
[0024] 在隧道衬砌裂缝有渗漏水时，在加热过程中，水流沿排水补水槽流动，并在流动过程中润湿麻丝填充体，为UHPC材料填充体提供湿环境；
[0025] 在隧道衬砌裂缝处无渗漏水时，在加热过程中，由注浆补水管的近端开口注水，注水流入排水补水槽内，沿着排水补水槽流动，由排水管的开口流出，并在流动过程中润湿麻
丝填充体，为UHPC材料填充体提供湿环境；在注浆补水管的注水量与排水管的出水量相同
时，停止注水；
[0026] 连续注水和加热多天，且每天注水两次，测量UHPC材料填充体的强度高于隧道衬砌强度，即养护完毕。
[0027] 步骤S42、由注浆补水管的近端开口注浆液，浆液充满修补主槽和排水补水槽中的麻丝填充体，由排水管的出口流出，则关闭阀门；继续由注浆补水管的近端开口注浆液，注
浆压力升高，浆液填充填满细小裂缝和孔隙，停止注浆；浆液固化后，在细小裂缝和孔隙中
形成超细水泥注浆体，完成修复。
[0028] 本发明具有如下优点：1.在施工现场可进行原位修复，在修复过程中，保证了UHPC材料凝固的温度和湿度，以及与相邻的隧道衬砌间的结合，保证了UHPC材料填充体的凝固
效果，修复性好。2.对隧道衬砌裂缝进行预处理，通过开设修补主槽，以及在修补主槽的左
右开设燕尾对槽，并放置蝴蝶状拉筋，加强裂缝两侧的抗拉、抗裂、抗剪强度，强化修复效
果。3.对隧道衬砌裂缝深处的细小裂缝和孔隙注浆，浆液凝固后，在细小裂缝和孔隙中形成
超细水泥注浆体，保证了对裂缝整体的修复。
附图说明
[0029] 图1为一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法主槽开槽示意图；
[0030] 图2为一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法辅助槽开槽示意图；
[0031] 图3为一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久方法布线埋管示意图；
[0032] 图4为裂缝纵向a‑a剖面结构示意图；
[0033] 图5为裂缝横向b‑b剖面结构示意图；
[0034] 图6为一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的修补养护示意图；
[0035] 图7为一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的修补养护b‑b剖面示意图；
[0036] 其中：A.隧道衬砌裂缝；1.修补主槽；2.排水补水槽；3.燕尾对槽；4.蝴蝶状拉筋；5.发热电阻丝；6.发热功率调节器；7.注浆补水孔；8.排水管；9.麻丝填充体；10.UHPC材料
填充体；11.保水薄膜；12.超细水泥注浆体；
具体实施方式
[0037] 本发明公开了一种利用UHPC材料对隧道衬砌裂缝的永久修复方法，其该永久修复方法如下：
[0038] 步骤S1、对隧道衬砌裂缝A开槽施工，具体如下：
[0039] 步骤S11、切削隧道衬砌裂缝A的左右壁面及底部，得到横截面为矩形的修补主槽1；修补主槽1内用于填充UHPC材料填充体10；形成的修补主槽1宽3cm左右，深5cm左右，修补
主槽1这样的尺寸设计，在填充了UHPC材料，形成UHPC材料填充体10后，满足修补要求，如图
1所示。
[0040] 隧道衬砌发生开裂时，隧道衬砌裂缝A的深度远大于5cm，裂缝的宽度不等，如果原有的隧道衬砌裂缝a的宽度超过3cm，则无需开槽施工，直接将隧道衬砌裂缝a作为修补主槽
1。
[0041] 步骤S12、在修补主槽1的底部开设排水补水槽2，排水补水槽2以修补主槽1的中心线为其中心线，其走向与修补主槽1的走向相一致。同理，如果在修补主槽1的底部的裂缝本
身的宽度超过1cm，则无需另行开槽，将底部的裂缝作为排水补水槽2。
[0042] 步骤S13、在隧道衬砌上，且沿修补主槽1的走向间隔开设多组燕尾对槽3；各组燕尾对槽3均由两个梯形槽组成，两个梯形槽对称分布在修补主槽1的左右两侧，窄端贴于修
补主槽1，与修补主槽1相连通；且燕尾对槽3的横向对称轴与修补主槽1的中心线相垂直。如
图2所示。
[0043] 上述各梯形槽的深度为3cm，窄端的宽度为2cm，远离修补主槽1的一端的宽度为4cm。在后续施工时，燕尾对槽3内和修补主槽1内同时填充UHPC材料，UHPC材料凝固后，作为
UHPC材料填充体(10)，UHPC材料填充体(10)与隧道衬砌凝固成为一个整体，结构稳固。且燕
尾对槽3内的UHPC材料凝固后，与裂缝的左右侧边缘成为一个整体，增强裂缝两侧的抗拉、
抗裂、抗剪强度，强化修复效果。
[0044] 步骤S2、埋设辅助件：
[0045] 步骤S21、在各组燕尾对槽3及与其相连通的修补主槽1中横向放置有一蝴蝶状拉筋4，蝴蝶状拉筋4左右横跨修补主槽1，左右两端对应的位于燕尾对槽3内的左右侧。
[0046] 上述蝴蝶状拉筋4采用直径为10mm的光圆钢筋，截取多段，并将各段弯折为蝴蝶形，即左右横跨修补主槽1的一段弧状钢筋，在弧状钢筋的左右端均为弯折状，蝴蝶状拉筋
起到支撑稳固的作用，与UHPC材料凝固为一体，增强了UHPC材料填充体(10)的强度，以及左
右横向上的抗拉强度，以提升裂缝两侧抗拉强度。
[0047] 步骤S22、在修补主槽1的位于隧道上端的端部，垂直于修补主槽1底部埋设一注浆补水管7，使注浆补水管7的远端位于排水补水槽2内，与排水补水槽2相连通，其近端位于衬
砌外，近端开口用作注浆口或者注水口；注浆补水管7选用直径为1cm的金属管，金属管为L
形，一端插入修补主槽1底部，另一端位于隧道衬砌外的隧道内，且弯向一侧，方便连接水
管，如图3所示。
[0048] 在修补主槽1的位于隧道下端的端部，垂直于其底部埋设一排水管8，且在排水管8的出口设置有阀门；排水管8用于排出由注浆补水管7注入的水，还用于排出由注浆补水管7
注入的浆液；排水管8选用直径为2cm的金属弯管。
[0049] 步骤S23、在修补主槽1底部和排水补水槽2内铺满麻丝填充体9；麻丝填充体9用于临时排水隔绝明水和引导水流向外排出，还用于为UHPC材料填充体10提供湿环境。
[0050] 麻丝填充体9选用长纤维麻丝，铺设于修补主槽1底部的厚度为0.5cm；在水流通过时，对水流产生阻碍，降缓水流的速度，其自身吸附有水，起到临时储水的作用。麻丝填充体
9贴于UHPC材料填充体10，其吸附的水缓慢释放，使UHPC材料填充体10处在潮湿的环境下。
UHPC材料填充体10固化过程中，潮湿的环境能使其免于开裂。
[0051] 步骤S24、在铺设麻丝填充体9后的修补主槽1和燕尾对槽3内，沿各自内轮廓布设发热电阻丝5，且在修补主槽1的两端，发热电阻丝5的端头伸出至隧道内；在发热电阻丝5的
端部连接有发热功率调节器6和电源；如图4所示。
[0052] 上述发热电阻丝5外包裹绝缘皮。发热电阻丝5的两端头均露出衬砌，位于隧道内，外露的端头连接发热功率调节器6，并接通电源，其中发热功率调节器6可自动调节功率，使
发热电阻丝5温度维持在40～50℃，降低衬砌与UHPC材料填充体10交界处温差，使两者的温
度处在基本相同的条件下，在HPC材料填充体10固化的过程中，使其与衬砌的粘合性更好，
粘结的更紧固。
[0053] 步骤S3、填充修补主槽1和燕尾对槽3，具体如下：
[0054] 配置UHPC材料填充体10，其组成主要包括高标号水泥和高效矿物，掺合一定比例的活性粉末和高效减水剂，采用低水胶比，并添加掺入小尺寸钢纤维增韧，剔除粗骨料，即
得。UHPC材料可购买成品或自配。
[0055] 步骤S31、在修补主槽1和燕尾对槽3内填充UHPC材料，抹平并压实，形成UHPC材料填充体10，UHPC材料填充体10的外壁面与左右两侧的衬砌表面相平；
[0056] 步骤S32、对填充有UHPC材料填充体10的区域覆盖固定一保水薄膜11，保水薄膜11为高分子塑料薄膜，用胶带粘贴固定到衬砌上，用于保持UHPC材料填充体10内的水分，使
UHPC材料填充体10在固化过程中处于潮湿的环境下，避免UHPC材料填充体10表面开裂。
[0057] 步骤S4、养护UHPC材料填充体10，具体如下：如图5、6和7所示：
[0058] 步骤S41、采用发热电阻丝5加热UHPC材料填充体10，直至UHPC材料填充体10固化。
[0059] 在隧道衬砌裂缝有渗漏水时，在加热过程中，水流沿排水补水槽2流动，并在流动过程中润湿麻丝填充体9，为UHPC材料填充体10提供湿环境。
[0060] 上述隧道衬砌裂缝a会存在漏水和不漏水两种情况，如果隧道衬砌裂缝a处漏水，则地下水在下漏的过程中，浸润麻丝填充体9，且也会浸润UHPC材料填充体10，使UHPC材料
填充体10在潮湿的环境下固化，避免其表面开裂。
[0061] 如裂缝无渗漏水，则可以通过注浆补水管7为其补充水分，每天注水2次，过程如下：
[0062] 在加热过程中，由注浆补水管7的近端开口注水，注水流入排水补水槽2内，沿着排水补水槽2流动，由排水管8的开口流出，并在流动过程中润湿麻丝填充体9，为UHPC材料填
充体10提供湿环境；在注浆补水管7的注水量与排水管8的出水量相同时，停止注水；
[0063] 连续注水养护时间不少于7天，且每天注水两次，利用回弹仪取UHPC材料填充体10五处或以上测量强度，强度高于隧道衬砌强度，达到养护完成标准，即养护完毕。养护完毕
后可拆除回收发热功率调节器6，并拆除保水薄膜11。
[0064] 步骤S42、由注浆补水管7的近端开口注浆液，浆液充满修补主槽1和排水补水槽2中的麻丝填充体10，由排水管8的出口流出，则关闭阀门；继续由注浆补水管7的近端开口注
浆液，此时浆液处在一封闭的空间，随着注浆压力升高，浆液填充填满隧道衬砌裂缝a深处
的细小裂缝和孔隙，在压力保持不变时，停止注浆。
[0065] 在细小裂缝和孔隙中的浆液固化后，在细小裂缝和孔隙中形成超细水泥注浆体12，细水泥注浆体12并不是独立于细小裂缝中，其在凝固的过程中，与细小裂缝的周向壁面
贴合，形成一个整体，完成对细小裂缝的封堵，则完成修复。
