CN103717836A - 具有热塑性隔层的预制管片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于给隧道、特别是交通隧道砌衬的由混凝土构成的预制管片，所述预制管片具有凸－拱形外表面和位于外表面对面的凹－拱形内表面并且所述预制管片在其外表面上设置有热塑性隔层。所述热塑性隔层进一步布置在外侧面的所有朝向外表面的侧面。所述预制管片优选具有框形环绕外表面的缺口并且所述隔层嵌合入缺口中。

Description

具有热塑性隔层的预制管片
技术领域
本发明涉及一种用于给隧道、特别是交通隧道砌衬的由混凝土构成的预制管片（Tübbing）。
现有技术
尽管可应用于任意的建筑区域，但以下是与交通隧道有关地来详尽阐述本发明以及其所基于的问题。
在采用盾构掘进（Schildvortrieb）技术的机械隧道建筑中经常存在用于内壳的加有钢筋的混凝土预制件。这种在专业术语中称为预制管片的混凝土预制件是在预制混凝土车间中预先制作的，临时储存直至到达所需的混凝土强度并随后视需要送往隧道管中安装。在那里，它们在隧道钻洞机器的护盾保护下被预制管片移动装置，所谓的“举重机（Erektor）”举起并组装成为预制管片圈。在于对前一次装入的预制管片进行支撑的情况下通过液压推进隧道钻洞机器之后，在护盾的防护下装入新的预制管片圈。以此方法，机器通过底部以“预制管片圈套预制管片圈（Tübbingring um Tübbingring）”的方式工作，其中留在隧道扩建体（Tunnelausbau）（预制管片圈）与底部之间的圈间间隙连续地用砂浆填充，以例如预防沉降。
不仅是传统的交通隧道，而且在存在特殊地质状况的情况下还有所谓的家用、企业或工业用供输隧道——它们尤其以集中输送废水或新鲜水的大直径的收集管道的形式或者作为容纳高压电线的电缆隧道——根据前述的分段构造方式（Segmentbauweise）在预制管片扩建方法中制得。但是在所有这些应用领域中，为了保持毫无疑问的卫生的饮用水品质，或者为了避免由于地下水分渗透到电线上而导致的功能干扰，对隧道的预制管片内衬的密封性和耐久性提出了更高的要求。
由于该原因，迄今为止在隧道扩建过程中大多数情况下需要单独分开的第二工序以隔绝密封朝向隧道外的、凹－拱形预制管片外表面和/或建立附加的第二预制管片圈。
发明概述
因此本发明的任务在于如下改善预制管片，以提高位于预制管片圈的外侧上的防水密封性和耐久性，特别是针对腐蚀性地下水的耐久性。
根据本发明，这通过第一项权利要求的特征来实现。
本发明的核心在于一种用于给隧道、特别是交通隧道砌衬的由混凝土构成的预制管片，其中所述预制管片具有凸－拱形外表面和位于外表面对面的凹－拱形内表面并且其中所述预制管片在其外表面上设置有热塑性隔层。进一步地，所述热塑性隔层布置在外侧面的所有朝向外表面的侧面上。
所述预制管片具有环形分段形式的结构，该结构具有在装入状态下指向隧道内部的凹－拱形内表面，和位于对面的具有在装入状态下指向周围土层的凸－拱形外表面。这两个面经由四个其他的面侧向连接，所述四个其他的面是在装入状态下紧贴于相同预制管片圈的相邻预制管片的相应纵侧面的两个纵侧面和在装入状态下紧贴于毗邻预制管片圈的相邻预制管片的相应正侧面的两个正侧面。
所述预制管片优选具有框形环绕所述外表面的缺口并且隔层嵌合入该缺口中。优选的，所述隔层至少部分、尤其完全地填充该缺口。
这一点是有利的，因为在两个预制管片之间的碰撞位置处触碰的热塑性隔层的接触面会扩大并由此实现更高的密封效果。
通过本发明的预制管片无需单独分开的第二工序以隔绝密封朝向隧道外的、凹－拱形预制管片外表面。也省去了可能的第二预制管片圈。此外，还可以使用/生产具有较小壁厚的预制管片，因为它们在防水密封性和对腐蚀性地下水的耐受性方面是远超传统预制管片的。这两者导致隧道壁的场地要求变小并由此导致更多内部空间和导致所需建筑材料的减少。此外，本发明的预制管片还容许使用替代性的、较不防水和较不耐腐蚀类型的混凝土。此外，由本发明的预制管片制成的预制管片圈还具有卓越的防后渗安全性（Hinterlaufsicherheit）和密封性。
本发明的其他有利的实施方式由从属权利要求得出。
本发明的其他方面是其他独立权利要求的主题。
附图的简要说明
以下根据附图更详细阐述本发明的实施例。
图1是贯穿预制管片的侧向横截面图。
图2是贯穿预制管片的另一侧向横截面图。
图3是贯穿具有注射孔的预制管片的另一侧向横截面的局部图。
图4是贯穿两个碰撞侧连接的预制管片的侧向横截面的局部图。
图5是没有热塑性隔层的预制管片的侧视图局部。
附图中仅示出了对于直接理解本发明而言关键的要素。
发明的具体实施方式
图1中显示了贯穿本发明的预制管片的侧向横截面。
预制管片1在其凸－拱形外表面2上设置有热塑性隔层4。所述热塑性隔层进一步布置在外侧面（纵侧面7和正侧面8）的所有朝向外表面的侧面，在图1中显示了两个纵侧面7。由此，尤其确保热塑性隔层4与预制管片的卓越连接和确保很高的防后渗安全性。此外，通过扩大触碰的热塑性隔层的接触面，相比于例如没有布置在外侧面的所有朝向外面的侧面上的隔层，在两个预制管片之间的碰撞处实现更高的密封作用。
优选地，所述热塑性隔层4完全与外表面2连接，尤其是粘合，这导致防后渗安全性的改善。
为了尽可能适于作为热塑性隔层4,其应尽可能是防水密封的并且即使在较长久的水或水分的影响下也不会分解或机械损坏。作为热塑性隔层，尤其合适的是诸如已经在现有技术中的在地上地下工程中用于密封目的的那些的材料。
有利的是，热塑性隔层由软化温度超过110℃、优选在140到170℃之间的材料制成。热塑性隔层应有利地具有至少很小程度的弹性，以能够克服例如由温度引起的在热塑性隔层和预制管片之间的膨胀差异而引起的应力，而热塑性隔层不损坏或撕裂并且隔层的密封功能不受损。
优选的，热塑性隔层包含热塑性聚烯烃和/或聚氯乙烯（PVC）。
特别优选的，所述热塑性隔层包含选自如下的材料：高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺（PA）、乙烯－乙酸乙烯酯（EVA）、氯磺化聚乙烯和热塑性聚烯烃（TPO）。
优选的，所述热塑性隔层有超过50重量％、特别优选超过80重量％由前述材料组成。
所述热塑性隔层有利地具有毫米范围内的层厚，典型地在0.2至15mm之间、优选在1至2mm之间。
优选的，所述热塑性隔层4在朝向凸－拱形外表面2的侧面上具有表面处理。通过表面处理如电晕处理、氟化和火焰处理该热塑性隔层，可以改善热塑性隔层在预制管片上的粘附性。代替表面处理的，也可以在上述位置处施加无纺布，其起到改善粘附性的作用。
优选地，所述热塑性隔层4具有可水溶胀的成型部（Profil）6,其布置在背离外侧面（7,8）的侧面上，如图2、图3和图4所示的那样。
所述可水溶胀的成型部6包含水可溶胀性材料。术语“水可溶胀性材料”在本文中理解为在与水接触时其体积增大数倍，典型地是原始体积的200%－1000%的材料。除了体积增大外，某些水可溶胀性材料还可以与水起化学反应。这样的水可溶胀性材料的实例是基于聚氨酯的原料，特别是硅烷改性的聚合物，其通过水分固化成为弹性产物。这类原料的另一实例是膨润土－丁基橡胶或者概括为名称“超级吸水剂”（Superabsorbent Polymers，SAP）的基于丙烯酸的聚合物，典型地是丙烯酸和丙烯酸钠构成的共聚物，例如BASF SE（德国）的。
这一点是有利的，因为在两个预制管片之间的碰撞处，触碰的热塑性隔层的接触面增大并由此实现更高的密封作用。
特别有利的是，可水溶胀的成型部6进一步包含如前文作为优选用于热塑性隔层4所述及的那些的材料。这一点是有利的，因为可水溶胀的成型部6能够与热塑性隔层4良好连接，例如通过熔焊、粘合和/或硫化。
图2中例示性显示的水可溶胀的成型部6的布置是有利的，因为由此水可溶胀的成型部6位于两个预制管片之间的碰撞位置处，例如在图4中可见的那样。与水的接触，例如与来自土层的水接触导致可水溶胀的成型部6溶胀并由此在两个预制管片之间的碰撞位置区域导致溶胀压力并由此导致密封效果的提高。
预制管片优选具有框形环绕外表面2的缺口5并且隔层4嵌合入缺口中，如图2中可看出的那样。图5以侧视图方式显示了没有热塑性隔层情况下的框形环绕外表面2的预制管片的缺口5。
优选地，隔层至少部分、尤其是完全填充缺口。
所述缺口布置在外表面2与外侧面7和8的接触区域。这一点尤其具有优点，即预制管片在制备、运输或在建造时不太容易遭受损伤，因为尤其在侧边上会出现机械负荷极值。
进一步地，由此在两个预制管片之间的碰撞位置处实现很高的匹配精度，这能导致密封效果的提高。
进一步地，在两个预制管片之间的碰撞位置处触碰的热塑性隔层的接触面增大并由此实现更高的密封效果。
所述预制管片优选具有环绕外侧面（7，8）的密封槽9，在该密封槽中布置有密封体10，如图2中所见的那样。密封槽是成型入预制管片中的并且其中存在，典型地压入，一个密封体。所述密封体10典型地是空心体。作为密封体的材料尤其适合的是作为密封环的密封材料所已知的那些材料和/或如前文作为可溶胀材料描述的那些的材料。尤其优选地，所述密封体10由乙烯－丙烯－二烯橡胶（EPDM）构成。
这一点是非常有利的，因为由此在两个预制管片之间的碰撞位置处建立了另一个针对渗透水的屏障并由此实现更高的密封效果。
预制管片优选在外表面2和热塑性隔层4之间具有密封性涂层11，如图2和3中可见的那样。所述密封性涂层选自甲基丙烯酸酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯和聚脲。特别优选作为密封性涂层的是环氧树脂。
这样一种密封性涂层11是有利的，因为由此保护预制管片防止水分渗入。此外这还加强了预制管片的密封效果。进一步的，在生产预制管片时还可以抑制在坯体固化过程中剧烈损失水分。所述密封性涂层11典型地通过喷洒或刷涂施加在预制管片上。
还有利的是，密封性涂层11至少部分布置在所有外侧面（7，8）上，尤其在缺口5和密封槽9之间的区域上，如图3中所能看出的那样。
作为密封体10考虑所有适合于减少或抑制液体、尤其是水透过的材料。
优选地，所述密封体由热塑性塑料或热塑性弹性体构成。热塑性弹性体具有优点，即密封体由此具有很好的对抗水平和垂直移动，尤其是由于建筑物中的机械应力所致的移动的弹性。密封体的良好弹性抑制了密封体的开裂或脱落并因此抑制密封失效。
在本文中，作为热塑性弹性理解为将硫化弹性体的机械性能与热塑性塑料的可加工性结合起来的塑料。典型地，这类热塑性弹性体是具有硬链段和软链段的嵌段共聚物或者具有相应热塑性和弹性成分的所谓聚合物合金。
其他有利的密封体材料是选自丙烯酸酯化合物、聚氨酯聚合物、硅烷封端的聚合物和聚烯烃的材料。
所述预制管片优选在外表面2和热塑性隔层4之间具有粘合层12。
作为粘合层12考虑所有适合于确保热塑性隔层4牢固连接于预制管片上的材料。
优选地，粘合层由结构粘合剂，尤其是基于酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺或聚氨酯的反应性粘合剂，粘附性粘合剂和/或熔融粘合剂构成。这确保了外表面2和热塑性隔层4之间的良好的连接和良好的粘附以及因此减少了热塑性隔层的脱落和因此减少密封失效。
结构粘合剂、粘附性粘合剂和熔融粘合剂是本领域技术人员普遍已知的并且记载在CD
Figure BDA00004611957900000712
Chemie Lexikon，第1.0版，Georg Thieme出版社，斯图加特。
优选地，粘合层12是密封性涂层11，即密封性涂层11除了其对水的密封功能外还能导致热塑性隔层4和预制管片的外表面2之间的粘附连接。
如图3所示，所述预制管片可以具有注射孔13。该注射孔从凸－拱形外表面到凹－拱形内表面贯穿预制管片，此外它还贯穿热塑性隔层4。这就允许将注射材料在预制管片接合后，亦即在装入状态下，从预制管片圈的内侧注射入周围的土层与凸－拱形外表面之间的区域内。典型地，在抽回防护盾之后或期间连续地用砂浆填充留在隧道扩建体（预制管片圈）和周围的土层之间的圈间隙。为了进一步提高预制管片圈的防水性，可以通过注射孔3再额外将注射材料压入到预制管片圈，亦即构建预制管片圈的预制管片的热塑性隔层，与填充有砂浆的圈间隙之间的区域中。由此，注射孔13和该中间区域是隔绝液体封闭的。
有利的是将注射材料在引入到中间区域中之后固化并在此过程中注射材料膨胀和/或在固化状态下是水溶胀性的。
所述注射材料优选选自聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯和矿物粘结剂。
此外还优选所述注射材料包含可水溶胀的材料。
例如，所述注射材料是
Figure BDA0000461195790000071
Injection系列的产品，如
Figure BDA0000461195790000072
Injection-201CE、
Figure BDA0000461195790000073
Injection-201RC、
Figure BDA0000461195790000074
Injection-203、
Figure BDA0000461195790000075
Injection-451、
Figure BDA0000461195790000076
Injection-304、
Figure BDA0000461195790000077
Injection-305、
Figure BDA0000461195790000078
Injection-306，
Figure BDA0000461195790000079
InjectoCem系列的产品，如
Figure BDA00004611957900000710
InjectoCem-190或
Figure BDA00004611957900000711
-52Injection。
为了施用注射材料，可以借助于单组份或双组份泵经由填充和注射软管（注射包装）在压力下通过注射孔13将其注射入中间区域。
所述预制管片优选适于直径0.5-50m的隧道建筑。
本发明的另一方面涉及建筑物，尤其是隧道，其包含根据本发明的预制管片。
附图标记列表
1  预制管片
2  凸－拱形外表面
3  凹－拱形内表面
4  热塑性隔层
5  框形环绕外表面的缺口
6  水可溶胀性成型部
7  纵侧面
8  正侧面
9  框形环绕外侧面的密封槽
10 密封体
11 密封性涂层
12 粘合层
13 注射孔

Claims (10)

1.用于给隧道、特别是交通隧道加衬的由混凝土构成的预制管片，其中所述预制管片（1）具有凸－拱形外表面（2）和位于外表面（2）对面的凹－拱形内表面（3）并且其中所述预制管片（1）在其外表面（2）上设置有热塑性隔层（4），并且所述热塑性隔层（4）进一步布置在所述外侧面（7,8）的所有朝向外表面（2）的侧面上。
2.根据权利要求1的预制管片，其特征在于，所述预制管片具有框形环绕所述外表面（2）的缺口（5）并且所述热塑性隔层（4）嵌合入所述缺口（5）中。
3.根据权利要求1或2的预制管片，其特征在于，所述热塑性隔层（4）具有水可溶胀性成型部（6），其布置在背离外侧面（7,8）的侧面上。
4.根据前述权利要求任一项的预制管片，其特征在于，所述预制管片具有环绕外侧面（7,8）的密封槽（9），其中布置有密封体（10）。
5.根据前述权利要求任一项的预制管片，其特征在于，所述热塑性隔层（4）包含热塑性聚烯烃和/或聚氯乙烯（PVC）。
6.根据前述权利要求任一项的预制管片，其特征在于，所述热塑性隔层（4）包括选自以下的材料：高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺（PA）、乙烯－乙酸乙烯酯（EVA）、氯磺化聚乙烯和热塑性聚烯烃（TPO）。
7.根据前述权利要求任一项的预制管片，其特征在于，所述预制管片在所述外表面（2）和热塑性隔层（4）之间具有密封性涂层（11），其中所述密封性涂层选自甲基丙烯酸酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯和聚脲。
8.根据前述权利要求任一项的预制管片，其特征在于，所述密封性涂层（11）进一步至少部分地布置在所有外侧面（7,8）上。
9.根据前述权利要求任一项的预制管片，其特征在于，所述预制管片在外表面（2）和热塑性隔层（4）之间具有粘合层（12）。
10.建筑物，尤其是隧道，其包含根据权利要求1-9任一项所述的预制管片。
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