【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道施工，具体为一种喷射3d打印隧道让压支护衬砌结构。
技术介绍
1、如今我国已经修建了近3.5万条隧道，构建起了一张地下超级交通网，隧道建设总长度位列世界第一。而随着川藏铁路超级工程的动工，一系列问题亟需解决，如何在高海拔、高地应力、寒区冻土、破碎断层等特殊地质及气候环境下安全有效地建设隧道工程，针对于川藏铁路沿线，隧道开挖处大多是具有高地应力背景的挤压型围岩，在这种背景条件下开挖隧道，围岩应力变化幅度巨大，围岩松弛变形可能会达到很大的量级。在这种条件背景下，产生了让压支护的施工理念，即适度释放围岩变形，缓解围岩形变压力，将围岩由高地应力状态转化为低地应力状态。
2、如申请号为202010532833.8的中国专利公开一种可吸收锚固体时效变形的让压结构及其支护方法中所述，在一次支护和衬砌结构之间设置泡沫混凝土制成的让压结构，但其泡沫混凝土层介于初期支护与二次衬砌结构之间，一般采用浇筑式的泡沫混凝土抗压能力较差，一般在3mpa左右，对于具有高地应力背景的隧道施工中已不再适用。
3、在这种背景条件下，本专利技术将让压支护理念与喷射3d打印技术充分结合，通过喷射泡沫混凝土层作为让压支护吸能层，适度释放围岩变形，缓解围岩形变压力，将围岩由高地应力状态转化为低地应力状态，协调隧道围岩及衬砌结构之间的不均匀变形，并将围岩不均匀应力转化为衬砌结构上的均匀受力，避免了衬砌结构因不均匀受力而破坏，既降低了对衬砌结构刚度的要求，也提升了支护结构的可靠度。且喷射3d打印技术的应用，优化了施工过程中的精细化程度，
技术实现思路
1、为了解决在高地应力环境中开挖隧道，传统施工工艺对衬砌结构刚度要求高，支护结构可靠度不足，施工技术智能化程度不足等诸多问题，本专利技术的目的是，提供一种喷射3d打印隧道让压支护衬砌结构。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种喷射3d打印隧道让压支护衬砌结构，通过在围岩表层进行喷射3d打印建造成让压支护吸能层，协调隧道围岩与衬砌结构之间的变形，将衬砌结构表层不均匀受力转化为均匀受力，避免衬砌结构因局部变形过大而破坏；
4、让压支护吸能层包括可喷射3d打印的泡沫混凝土，所述可喷射3d打印的泡沫混凝土的材料包括：普通波兰特水泥：硫铝酸盐水泥：粉煤灰：硅灰：水：碳纤维(％)：石英砂：减水剂(％)：hpmc(％)＝0.6：0.1：0.2：0.1：0.4：0.5：0.6：0.035：0.1；
5、在上述材料组成的基础上使用膨胀珍珠岩代替一定比例石英砂，膨胀珍珠岩替代石英砂的体积掺量范围为50％～150％；
6、采用物理发泡的方式利用发泡剂进行发泡，称取体积掺量为4％～7％的泡沫，将泡沫与上述材料混合后的浆料混合，并搅拌均匀备用；
7、将制备完成后的泡沫混凝土浆料转移至喷射3d打印系统的主送料管中，将喷射3d打印系统的辅送料管连接速凝剂的存储器，采用喷射3d打印的方式进行施工制作让压支护吸能层，泡沫混凝土浆料与速凝剂在喷射3d打印系统的喷嘴出口混合喷出；
8、在让压支护吸能层的内侧设置衬砌结构。
9、进一步地，所述让压支护吸能层厚度为10～35cm；
10、让压支护吸能层厚度根据围岩等级确定，围岩等级为ⅰ级时，让压支护吸能层厚度为[10,15)cm；围岩等级为ⅱ级时，让压支护吸能层厚度为[15,20)cm；围岩等级为ⅲ级时，让压支护吸能层厚度为[20,25)cm；围岩等级为ⅳ级时，让压支护吸能层厚度为[25,30)cm；围岩等级为ⅴ级时，让压支护吸能层厚度为[30,35)cm。
11、进一步地，根据拱位置不同采用不同浓度速凝剂，打印拱顶位置泡沫混凝土喷出时配置质量浓度为[5％,6％)的速凝剂，打印拱肩位置泡沫混凝土喷出时配置质量浓度为[4％,5％)的速凝剂，打印拱腰位置泡沫混凝土喷出时配置质量浓度为[3％,4％)的速凝剂。
12、进一步地，所述制备完成的泡沫混凝土浆料的凝结时间为15～35min，1h龄期的极限抗压强度为0.9～1.3mpa，1d龄期极限抗压强度为3.5～4.2mpa，新拌泡沫混凝土静态屈服应力为50～300pa，新拌泡沫混凝土流动直径为120～175mm；
13、所述泡沫混凝土的密度为800～1550kg/m3，28d抗压强度为10～32mpa。
14、进一步地，所述膨胀珍珠岩为闭孔结构，粒径在60-80目，堆积密度为254kg/m3；减水剂采用聚羧酸系高效减水剂；hpmc，为工业级粘度20万速溶；发泡剂采用植物蛋白发泡剂，发泡倍数为50倍，1h沉降距离为2mm，1h泌水率为25％，泡沫密度为39±2kg/m3；
15、泡沫混凝土在养护7d抗压强度为9～18mpa，养护28d抗压强度为10～32mpa，抗弯强度为1.5～2.6mpa，密度为956～1527kg/m3。
16、让压支护吸能层采用喷射3d打印的方式进行施工，喷射3d打印系统参数设置为：空气压缩机的压力设置为20～150kpa，喷嘴的行进速度为50～250mm/s，输送管半径为10～50mm，喷嘴的直径为4～20mm，喷嘴的方向与打印平台夹角为30～90°，与打印平台的水平距离为50～100mm；相邻层的打印时间间隔为0.5～3min，单层打印厚度为5～15mm。
17、进一步地，所述衬砌结构采用刚性混凝土，并采用浇筑的方式进行构建；构建完成后即用保鲜膜覆盖表面，并在常温下养护(25℃，40rh％)28d；
18、所述刚性混凝土的材料配比为普通波兰特水泥：硅灰：矿渣粉：石英砂：减水剂：水＝1：0.3：0.15：1.2：0.015：0.29。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
20、1)本专利技术喷射3d打印隧道让压支护衬砌结构外侧为泡沫混凝土组成的让压支护吸能层，内侧为刚性混凝土浇筑而成的衬砌结构，让压支护吸能层是在围岩表层进行喷射3d打印建造而成，该衬砌结构相比于已知的让压支护衬砌结构，提出采用喷射3d打印工艺的泡沫混凝土，进行喷射3d打印施工后抗压强度最大可达32mpa左右，可以直接在围岩与衬砌结构之间构建让压支护层，从而简化让压支护衬砌结构，在结构上更为简单，仅由让压支护性能层及衬砌结构组成，不需要锚杆等辅助设施，简化了施工流程，且让压支护效果良好，使得喷射3d打印技术能够在此得到更充分的利用，从而推动智能建造技术在隧道工程中的应用，以获得节约成本、降低劳动强度等诸多优势。
21、2)本专利技术中采用膨胀珍珠岩作为泡沫混凝土的骨料，为一种轻质骨料，合适的膨胀珍珠岩的替代量保证了可以降低喷射3d打印过程中的回弹率，削弱喷压对于气泡的消泡作用，优化喷射打印效果，使得泡沫混凝土与喷射3d打印技术更加匹配。膨胀珍珠岩若体积掺量替代过多，则喷射打印性能降本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种喷射3D打印隧道让压支护衬砌结构，其特征在于，通过在围岩表层进行喷射3D打印建造成让压支护吸能层，协调隧道围岩与衬砌结构之间的变形，将衬砌结构表层不均匀受力转化为均匀受力，避免衬砌结构因局部变形过大而破坏；
2.根据权利要求1所述的喷射3D打印隧道让压支护衬砌结构，其特征在于，所述让压支护吸能层厚度为10～35cm；
3.根据权利要求1所述的喷射3D打印隧道让压支护衬砌结构，其特征在于，根据拱位置不同采用不同浓度速凝剂，打印拱顶位置泡沫混凝土喷出时配置质量浓度为[5％,6％)的速凝剂，打印拱肩位置泡沫混凝土喷出时配置质量浓度为[4％,5％)的速凝剂，打印拱腰位置泡沫混凝土喷出时配置质量浓度为[3％,4％)的速凝剂。
4.根据权利要求1所述的喷射3D打印隧道让压支护衬砌结构，其特征在于，所述制备完成的泡沫混凝土浆料的凝结时间为15～35min，1h龄期的极限抗压强度为0.9～1.3MPa，1d龄期极限抗压强度为3.5～4.2MPa，新拌泡沫混凝土静态屈服应力为50～300Pa，新拌泡沫混凝土流动直径为120～175mm；
5.
6.根据权利要求1所述的喷射3D打印隧道让压支护衬砌结构，其特征在于，让压支护吸能层采用喷射3D打印的方式进行施工，喷射3D打印系统参数设置为：空气压缩机的压力设置为20～150kPa，喷嘴的行进速度为50～250mm/s，输送管半径为10～50mm，喷嘴的直径为4～20mm，喷嘴的方向与打印平台夹角为30～90°，与打印平台的水平距离为50～100mm；相邻层的打印时间间隔为0.5～3min，单层打印厚度为5～15mm。
7.根据权利要求1所述的喷射3D打印隧道让压支护衬砌结构，其特征在于，所述衬砌结构采用刚性混凝土，并采用浇筑的方式进行构建；构建完成后即用保鲜膜覆盖表面，并在常温下养护(25℃，40RH％)28d；
...【技术特征摘要】
1.一种喷射3d打印隧道让压支护衬砌结构，其特征在于，通过在围岩表层进行喷射3d打印建造成让压支护吸能层，协调隧道围岩与衬砌结构之间的变形，将衬砌结构表层不均匀受力转化为均匀受力，避免衬砌结构因局部变形过大而破坏；
2.根据权利要求1所述的喷射3d打印隧道让压支护衬砌结构，其特征在于，所述让压支护吸能层厚度为10～35cm；
3.根据权利要求1所述的喷射3d打印隧道让压支护衬砌结构，其特征在于，根据拱位置不同采用不同浓度速凝剂，打印拱顶位置泡沫混凝土喷出时配置质量浓度为[5％,6％)的速凝剂，打印拱肩位置泡沫混凝土喷出时配置质量浓度为[4％,5％)的速凝剂，打印拱腰位置泡沫混凝土喷出时配置质量浓度为[3％,4％)的速凝剂。
4.根据权利要求1所述的喷射3d打印隧道让压支护衬砌结构，其特征在于，所述制备完成的泡沫混凝土浆料的凝结时间为15～35min，1h龄期的极限抗压强度为0.9～1.3mpa，1d龄期极限抗压强度为3.5～4.2mpa，新拌泡沫混凝土静态屈服应力为50～300pa，新拌泡沫混凝土流动直径为120～175mm；
...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。