装配式超高性能混凝土盾构隧道管片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种装配式超高性能混凝土盾构隧道管片及其制备方法，管片主体采用超高性能混凝土，管片主体为弧面片状结构，且管片主体内设有钢筋骨架。本发明专利技术装配式超高性能混凝土盾构隧道管片强度大、韧性高、厚度小、质量轻、耐久性好，能够有效减小隧道开挖截面尺寸，从而降低隧道开挖量；能够提高管片的抗冲击性能，降低其运输成本和施工过程中的损伤，提升管片拼装效率和施工质量，同时能够减小管片在运营期的开裂、漏水等病害问题。

【技术实现步骤摘要】
装配式超高性能混凝土盾构隧道管片及其制备方法
本专利技术涉及一种应用于隧道工程中的混凝土管片，特别是涉及一种装配式超高性能混凝土盾构隧道管片及其制备方法。
技术介绍
盾构法具有施工环境良好、开挖安全、掘进速度快、对环境影响小等优点，已经成为我国修建地铁隧道、跨江隧道和海底隧道的主要施工方法。盾构隧道管片是隧道结构的受力主体，是直接影响着隧道结构的安全性和耐久性的重要结构。目前，盾构隧道中通常采用C50或者C60的普通钢筋混凝土管片。但是，由于普通混凝土抗拉强度低、脆性大等原因，其在运输和拼装过程中易于出现崩边、崩角等破损和裂缝的现象。此外，普通钢筋凝土管片厚度大、质量重，这样不仅提高了运输成本，而且严重影响了管片拼装的效率与质量。同时，在隧道运营过程中，普通混凝土管片易出现开裂渗水等现象，从而导致普通混凝土管片抗冻融、抗有害离子侵蚀、抗碳化能力变差。对于设置凹凸榫的盾构管片，其目的是提高接缝刚度、控制不均匀沉降、改善接缝防水性能。但是，在拼装过程中凹凸榫位置易出现应力集中发生破损或开裂，影响了削弱了管片的防水性能。上述问题，严重影响了隧道的耐久性、降低了隧道结构的安全性、缩短了隧道的使用寿命，大大提高了隧道的运营维护成本。为解决普通钢筋混凝土存在的上述问题，国内外还有学者在混凝土管片中加入钢纤维或者合成纤维，改善管片韧性。但是，由于混凝土基体的内部结构及密实性并未得到明显改善，不能从根本上提高管片的力学性能和耐久性，也不能实现管片厚度的大幅降低和轻型化。此外，管片外弧面为平整光滑面，其与注浆层的粘结力较弱，二者形成的衬砌结构整体性能较弱，共同抵抗围岩荷载的能力较差。因此，亟须研究一种高强、高耐久性以及整体性能优良的衬砌结构。针对目前现有技术存在的问题，需要一种能够有效减小隧道开挖直径，降低管片运输成本，减少管片在运输、拼装过程中的碰撞破损及开裂，提高拼装效率和准确性，提高隧道结构的耐久性，大幅降低隧道运营维护成本的装配式超高性能混凝土盾构隧道管片。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供了一种强度大、韧性高、耐久性好、质量轻的装配式超高性能混凝土盾构隧道管片及其制备方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种装配式超高性能混凝土盾构隧道管片，包括：管片主体，采用超高性能混凝土，所述管片主体为弧面片状结构，且所述管片主体内设有钢筋骨架。在本专利技术一些实施例中，所述的装配式超高性能混凝土盾构隧道管片，根据实际工程需要，还包括：加劲肋，设置在所述管片主体顶部弧面上，所述加劲肋沿隧道纵向设置至少1道，其顶部与管片主体顶部弧面平行。在本专利技术一些实施例中，相邻的管片主体之间设置有相互匹配的榫，管片主体的边缘设有密封垫沟槽、嵌缝槽、环缝连接螺栓孔，以及纵缝连接螺栓孔，并且管片主体的弧面上设有手孔及注浆孔兼吊装孔，其中，所述注浆孔位于管片中间位置处，所述环缝连接螺栓孔、纵缝连接螺栓孔延伸至所述手孔。在本专利技术一些实施例中，所述管片主体厚度H1为200mm～500mm、宽度B1为1500mm～2000mm、长度L1为3000mm～6000mm；所述加劲肋的高度H2为H1的0.1～0.3倍、宽度B2为H2的0.5～1倍。在本专利技术一些实施例中，当加劲肋设置1道时，其在管片主体顶部弧面的中间环向布置，并在注浆孔处断开，其内侧端部距注浆孔的环向距离为50～200mm，其外侧端部距管片主体端部的环向距离为50～200mm；当加劲肋设置2道时，其在管片主体顶部弧面注浆孔的前后对称布置，分别位于管片主体宽度B1的1/4和3/4处，其外侧端部距管片主体端部的距离均为50～200mm。在本专利技术一些实施例中，所述加劲肋为实体结构或底部设有间续布置的“∩”型或“∧”型凹槽，所述“∩”型或“∧”型凹槽的高度H3为H2的0.6～0.8倍，其下开口宽度B3为H3的1～1.5倍，间续布置的净间距D为H3的0.5～1倍。在本专利技术一些实施例中，所述钢筋骨架包括纵筋、分布筋、箍筋和腰筋，其中，纵筋采用高强钢筋HRB500级，配筋率为0.50％～3.0％。在本专利技术一些实施例中，所述超高性能混凝土基于细观力学和最大密实度理论进行材料选型、颗粒级配优化和配合比设计，其抗压强度≥120MPa、抗拉强度≥8MPa、抗弯强度≥20MPa、弹性模量≥40GPa、收缩≤500με、抗氯离子渗透系数≤0.02×10-12m2/s、抗冻等级不低于F500、抗渗等级不低于P12，其组分包括水泥、矿物掺合料、砂、碎石、钢纤维、PVA纤维、高效减水剂和水，其中，矿物掺合料包括硅粉、粉煤灰和矿粉。在本专利技术一些实施例中，所述超高性能混凝土的材料包括：根据本专利技术的另一个方面，提供了一种装配式超高性能混凝土盾构隧道管片的制备方法，包括以下步骤：S1.钢筋骨架成型：按照配筋计算要求，准备钢筋材料，并在胎架上焊接纵筋、分布筋和箍筋以及腰筋制作成钢筋骨架；S2.模具准备：清理管片钢模，并进行精度测量，宽度允许偏差±0.4mm；S3.超高性能混凝土制备：将水泥、矿物掺合料、砂、碎石、钢纤维、PVA纤维进行干混预拌，将高效减水剂及水混合均匀后加入到干混预拌料中，搅拌3～5分钟得到超高性能混凝土3混合料；S4.浇筑成型：将超高性能混凝土混合料浇筑到钢模内，并采取边布料边振动的方式进行，振捣时间2～3分钟；S5.管片养护：将成型好的模具连同产品一并放入温度在80℃～90℃之间、湿度不低于95％的蒸汽环境中养护48小时，脱模制得装配式超高性能混凝土盾构隧道管片。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术装配式超高性能混凝土盾构隧道管片及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一：(1)由于装配式超高性能混凝土盾构隧道管片强度大、韧性高、厚度小、质量轻、耐久性好，能够有效减小隧道开挖截面尺寸，从而降低隧道开挖量；能够提高管片的抗冲击性能，降低其运输成本和施工过程中的损伤，提升管片拼装效率和施工质量，同时能够减小管片在运营期的开裂、漏水等病害问题；(2)通过在管片的顶部设置环向加劲肋，能够增加管片刚度，提高管片与注浆层之间的连接性能，增强了共同抵抗围岩荷载的能力，从而使管片与注浆层形成整体受力性能优异的复合衬砌结构；(3)采用该方法能够大幅降低隧道工程施工期及运营期的安全风险，缩短施工工期，从而提升隧道的施工质量和运营品质，有效降低隧道的全生命周期成本。附图说明图1(a)为本专利技术实施例装配式超高性能混凝土盾构隧道管片顶部环向设置1道加劲肋的立体结构示意图。图1(b)为本专利技术实施例装配式超高性能混凝土盾构隧道管片顶部环向设置2道加劲肋的立体结构示意图。图1(c)为本专利技术实施例装配式超高性能混凝土盾构隧道管片不设置加劲肋的立体结构示意图。图2(a)为本专利技术实施例装配式超高性能混凝土盾构隧道管片的管片结构形式构造的正视图。图2(b)为本专利技术实施例装配式超高性能混凝土盾构隧道管片的管片结构形式构造的仰视图。图3为本专利技术实施例装配式超高性能混凝土盾构隧道管片的加劲肋布置示意图。图4(a)为本专利技术实施例装配式超高性能混凝土盾构隧道管片的环缝接缝布置示意图。图4(b)为本专利技术实施例装配式超高性能混凝土盾构隧道管片的纵缝接缝布置示意图。图5为本专利技术实施例装配式超高性能混凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装配式超高性能混凝土盾构隧道管片，包括：管片主体(1)，采用超高性能混凝土(3)，所述管片主体(1)为弧面片状结构，且所述管片主体内设有钢筋骨架(4)。

【技术特征摘要】
1.一种装配式超高性能混凝土盾构隧道管片，包括：管片主体(1)，采用超高性能混凝土(3)，所述管片主体(1)为弧面片状结构，且所述管片主体内设有钢筋骨架(4)。2.根据权利要求1所述的装配式超高性能混凝土盾构隧道管片，根据实际工程需要，还包括：加劲肋(2)，设置在所述管片主体(1)顶部弧面上，所述加劲肋(2)沿隧道纵向设置至少1道，其顶部与管片主体(1)顶部弧面平行。3.根据权利要求1所述的装配式超高性能混凝土盾构隧道管片，其中，相邻的管片主体(1)之间设置有相互匹配的榫(5)，管片主体(1)的边缘设有密封垫沟槽(6)、嵌缝槽(7)、环缝连接螺栓孔(8)，以及纵缝连接螺栓孔(9)，并且管片主体(1)的弧面上设有手孔(10)及注浆孔(11)兼吊装孔，其中，所述注浆孔(11)位于管片中间位置处，所述环缝连接螺栓孔(8)、纵缝连接螺栓孔(9)延伸至所述手孔(10)。4.根据权利要求1或2所述的装配式超高性能混凝土盾构隧道管片，其中，所述管片主体(1)厚度H1为200mm～500mm、宽度B1为1500mm～2000mm、长度L1为3000mm～6000mm；所述加劲肋(2)的高度H2为H1的0.1～0.3倍、宽度B2为H2的0.5～1倍。5.根据权利要求2所述的装配式超高性能混凝土盾构隧道管片，其中，当加劲肋(2)设置1道时，其在管片主体(1)顶部弧面的中间环向布置，并在注浆孔(11)处断开，其内侧端部距注浆孔(11)的环向距离为50～200mm，其外侧端部距管片主体(1)端部的环向距离为50～200mm；当加劲肋(2)设置2道时，其在管片主体(1)顶部弧面注浆孔(11)的前后对称布置，分别位于管片主体(1)宽度B1的1/4和3/4处，其外侧端部距管片主体(1)端部的距离均为50～200mm。6.根据权利要求2所述的装配式超高性能混凝土盾构隧道管片，其中，所述加劲肋(2)为实体结构或底部设有间续布置的“∩”型或...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘高，张喜刚，张发盛，付佰勇，
申请(专利权)人：中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11