CN105545324A - 一种透水型水工隧洞衬砌及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透水型水工隧洞衬砌,设计结构简单、造价低廉且耐久性优越,与此相应,还涉及一种针对透水型水工隧洞衬砌的制造方法,使得衬砌在围岩整体性较好情况下,既不承担围岩压力,又能将水工隧洞内的水压力透过衬砌直接作用在整体性较好的围岩上,使得衬砌不需要承受水压力;还能够有效降低水工隧洞的糙率,增大水工隧洞的输水能力,具有实际的工程应用价值;并且制造过程中引入FRP纤维束设计,可以避免钢筋锈蚀等钢筋混凝土结构耐久性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种透水型水工隧洞衬砌及制造方法,属于水利工程技术领域。
背景技术
在水利工程中为了输水或泄洪,常穿山开挖建成封闭式的输水道,称为水工隧洞,水流在洞内具有自由水面的,称为无压隧洞;充满整个断面,使洞壁承受一定水压力的,称为有压隧洞,发电隧洞一般是有压的。
水工隧洞开挖后,对于整体性较差的围岩,为了防止围岩松动或塌落,需尽快进行衬砌或支护,该种工况下,衬砌或支护需要进行承载力设计计算,其设计和施工要求严格,造价较高。而对于整体性较好的围岩,不需要额外的支护也能满足承载力要求,从经济方面考虑,可以不设衬砌。但对于水工隧洞来说,岩体开挖后,棱角突出,衬砌可以减小糙率,增大隧洞的输水能力。但采用普通钢筋混凝土衬砌必须满足围岩压力或水压力,设计难度大,施工要求高,将造成不必要的浪费,同时钢筋混凝土受氯离子等侵蚀性介质侵蚀易发生锈蚀,影响结构耐久性和安全运行。
发明内容
针对上述技术问题,本发明所要解决的技术问题是提供一种设计简单、造价低廉且耐久性优越,在围岩整体性较好情况下,能够满足承载力要求,有效增大输水能力的透水型水工隧洞衬砌。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了一种透水型水工隧洞衬砌,包括截面外径与水工隧洞内径相适应的筒状筋网格栅和透水型混凝土,其中,所述筒状筋网格栅中的筋网格栅为FRP纤维束经环向与纵向相互交织结构构成;透水型混凝土沿筒状筋网格栅的形状包裹住其筋网格栅,构成筒状结构,即透水型水工隧洞衬砌。
作为本发明的一种优选技术方案:所述筒状筋网格栅中各根FRP纤维束表面还覆盖有环氧树脂,然后,所述透水型混凝土再沿筒状筋网格栅的形状包裹住其筋网格栅,构成筒状结构,即透水型水工隧洞衬砌。
作为本发明的一种优选技术方案:所述透水型混凝土由水泥、碎石、砂、水、减水剂组成,且每立方米透水型混凝土中水泥的用量在350kg-450kg,以及水泥∶碎石∶砂∶水∶减水剂的重量比例为1∶3~5∶0.5~1∶0.3~0.35∶0.01~0.02。
作为本发明的一种优选技术方案:所述透水型水工隧洞衬砌还包括分别设置于其筒状结构两端环形边缘截面上的至少一个植筋孔。
作为本发明的一种优选技术方案:所述透水型水工隧洞衬砌筒状结构各端环形边缘截面上的植筋孔至少为两个,且位于同一端环形边缘截面上各个植筋孔的位置彼此相邻等间距。
本发明所述一种透水型水工隧洞衬砌采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:本发明设计的一种透水型水工隧洞衬砌,设计结构简单、造价低廉且耐久性优越,在围岩整体性较好情况下,既不承担围岩压力,又能将水工隧洞内的水压力透过衬砌直接作用在整体性较好的围岩上,使得衬砌不需要承受水压力;还能够有效降低水工隧洞的糙率,增大水工隧洞的输水能力,具有实际的工程应用价值;并且引入FRP纤维束设计,可以避免钢筋锈蚀等钢筋混凝土结构耐久性的问题。
与此相应,针对上述技术问题,本发明还要解决的技术问题是提供一种针对本发明所设计透水型水工隧洞衬砌的制造方法,设计施工简单,成本低廉,且所制造衬砌耐久性好。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了一种针对透水型水工隧洞衬砌的制造方法,包括如下步骤:
步骤001.根据水工隧洞内部的净空尺寸,制作尺寸相匹配的筒状内模;
步骤002.在筒状内模两端的环形边缘截面上分别设置预设个数的凸起,且位于同一端环形边缘截面上各个凸起的位置彼此相邻等间距;
步骤003.以筒状内模两端上的凸起作为定位点,采用FRP纤维束沿筒状内模的外表面,经环向与纵向相互交错的方式,构成筒状筋网格栅;
步骤004.断开筒状筋网格栅两端与筒状内模两端上各凸起之间的连接,由筒状内模上取下筒状筋网格栅;
步骤005.将筒状筋网格栅放入截面外径与水工隧洞内径相适应的钢制筒状模板中,然后将透水型混凝土的拌合物装入钢制筒状模板内部;
步骤006.将钢制筒状模板置于离心动力装置上进行离心处理;
步骤007.采用蒸气针对钢制筒状模板内部的筒状筋网格栅和透水型混凝土进行预设时长的养护;
步骤008.拆除钢制筒状模板,即获得透水型水工隧洞衬砌。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤003与所述步骤004之间还包括步骤00301,执行完步骤003之后,进入步骤00301,执行完步骤00301之后,进入步骤004,其中,步骤00301如下:
步骤00301.采用环氧树脂针对筒状筋网格栅中的各根FRP纤维束进行涂刷。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤00301与所述步骤004之间还包括步骤00302,执行完步骤00301之后,进入步骤00302,执行完步骤00302之后,进入步骤004,其中,步骤00302如下:
步骤00302.采用塑料薄膜由筒状内模的外部,覆盖包裹住涂刷环氧树脂的筒状筋网格栅,同时针对塑料薄膜与筒状内模外柱面之间的空间进行抽真空操作,直至筒状筋网格栅上所涂刷的环氧树脂固化后停止抽真空操作,并拆除塑料薄膜。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤008之后还包括步骤009,执行完步骤008之后,进入步骤009,其中,步骤009如下:
步骤009.采用FRP纤维束和结构胶,通过设置于透水型水工隧洞衬砌筒状结构各端环形边缘截面上的各个植筋孔,针对各个透水型水工隧洞衬砌进行连接,并置于水工隧洞内部。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤003中,以筒状内模两端上的凸起作为定位点,首先在筒状内模外柱面上,沿与筒状内模中轴线相平行的方向,采用各根FRP纤维束分别连接在筒状内模两端之间对应的凸起上,构成各根纵向FRP纤维束;然后在筒状内模两端之间,采用各根FRP纤维束彼此相邻等间距的围绕在筒状内模外柱面上,构成各根环向FRP纤维束,各根环向FRP纤维束分别与相交的各根纵向FRP纤维束相互捆绑缠绕,且各根环向FRP纤维束与各根纵向FRP纤维束相互垂直。
本发明所述一种透水型水工隧洞衬砌的制造方法采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:本发明所设计针对透水型水工隧洞衬砌的制造方法,设计施工简单,成本低廉,且所制造的衬砌在围岩整体性较好情况下,既不承担围岩压力,又能将水工隧洞内的水压力透过衬砌直接作用在整体性较好的围岩上,使得衬砌不需要承受水压力;还能够有效降低水工隧洞的糙率,增大水工隧洞的输水能力,具有实际的工程应用价值;并且制造过程中引入FRP纤维束设计,可以避免钢筋锈蚀等钢筋混凝土结构耐久性的问题。
附图说明
图1是本发明设计一种透水型水工隧洞衬砌的示意图;
图2是本发明设计一种透水型水工隧洞衬砌制造方法中筒状内模的示意图。
其中,1.筒状筋网格栅,2.透水型混凝土,3.植筋孔,4.筒状内模,5.凸起。
具体实施方式
下面结合说明书附图针对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示,本发明设计的一种透水型水工隧洞衬砌在实际应用过程当中,包括截面外径与水工隧洞内径相适应的筒状筋网格栅1和透水型混凝土2,其中,透水型混凝土2由水泥、碎石、砂、水、减水剂组成,且每立方米透水型混凝土2中水泥的用量在350kg-450kg,以及水泥∶碎石∶砂∶水∶减水剂的重量比例为1∶3~5∶0.5~1∶0.3~0.35∶0.01~0.02;所述筒状筋网格栅1中的筋网格栅为FRP纤维束经环向与纵向相互交织结构构成;首先筒状筋网格栅1中各根FRP纤维束表面覆盖有环氧树脂,然后,透水型混凝土2再沿筒状筋网格栅1的形状包裹住其筋网格栅,构成筒状结构,即透水型水工隧洞衬砌,一方面,透水型水工隧洞衬砌筒状结构两端环形边缘截面上可以分别设置至少一个植筋孔3,用于相邻透水型水工隧洞衬砌之间连接或对接固定之用;另一方面,透水型水工隧洞衬砌筒状结构两端环形边缘截面上可以分别设置至少两个植筋孔3,且位于同一端环形边缘截面上各个植筋孔3的位置彼此相邻等间距,用于相邻透水型水工隧洞衬砌之间连接或对接固定之用。上述在实际应用中所设计的透水型水工隧洞衬砌,设计结构简单、造价低廉且耐久性优越,在围岩整体性较好情况下,既不承担围岩压力,又能将水工隧洞内的水压力透过衬砌直接作用在整体性较好的围岩上,使得衬砌不需要承受水压力;还能够有效降低水工隧洞的糙率,增大水工隧洞的输水能力,具有实际的工程应用价值;并且引入FRP纤维束设计,可以避免钢筋锈蚀等钢筋混凝土结构耐久性的问题。
与之相应,本发明针对上述所具体设计透水型水工隧洞衬砌的结构,具体设计了如下制造方法,实际应用中具体包括如下步骤:
步骤001.根据水工隧洞内部的净空尺寸,制作尺寸相匹配的筒状内模4,如图2所示,进入步骤002。
步骤002.在筒状内模4两端的环形边缘截面上分别设置预设个数的凸起5,且位于同一端环形边缘截面上各个凸起5的位置彼此相邻等间距,进入步骤003。
步骤003.以筒状内模4两端上的凸起5作为定位点,首先在筒状内模4外柱面上,沿与筒状内模4中轴线相平行的方向,采用各根FRP纤维束分别连接在筒状内模4两端之间对应的凸起上,构成各根纵向FRP纤维束;然后在筒状内模4两端之间,采用各根FRP纤维束彼此相邻等间距的围绕在筒状内模4外柱面上,构成各根环向FRP纤维束,各根环向FRP纤维束分别与相交的各根纵向FRP纤维束相互捆绑缠绕,且各根环向FRP纤维束与各根纵向FRP纤维束相互垂直,由此构成筒状筋网格栅1,进入步骤00301。
步骤00301.采用环氧树脂针对筒状筋网格栅1中的各根FRP纤维束进行涂刷,使得柔软的FRP纤维束固化后形成具有一定的硬度的纤维筋,并进入步骤00302。
步骤00302.采用塑料薄膜由筒状内模4的外部,覆盖包裹住涂刷环氧树脂的筒状筋网格栅1,同时针对塑料薄膜与筒状内模4外柱面之间的空间进行抽真空操作,直至筒状筋网格栅1上所涂刷的环氧树脂固化后停止抽真空操作,并拆除塑料薄膜,进入步骤004。
步骤004.断开筒状筋网格栅1两端与筒状内模4两端上各凸起5之间的连接,由筒状内模4上取下筒状筋网格栅1,进入步骤005。
步骤005.将筒状筋网格栅1放入截面外径与水工隧洞内径相适应的钢制筒状模板中,然后将透水型混凝土2的拌合物装入钢制筒状模板内部,进入步骤006。
步骤006.将钢制筒状模板置于离心动力装置上进行离心处理,进入步骤007。
步骤007.采用蒸气针对钢制筒状模板内部的筒状筋网格栅1和透水型混凝土2进行预设时长的养护,进入步骤008。
步骤008.拆除钢制筒状模板,即获得透水型水工隧洞衬砌,进入步骤009。
步骤009.采用FRP纤维束和结构胶,通过设置于透水型水工隧洞衬砌筒状结构各端环形边缘截面上的各个植筋孔3,针对各个透水型水工隧洞衬砌进行连接,并置于水工隧洞内部。
上述在实际应用中所具体设计透水型水工隧洞衬砌的制造方法,设计施工简单,成本低廉,且所制造的衬砌在围岩整体性较好情况下,既不承担围岩压力,又能将水工隧洞内的水压力透过衬砌直接作用在整体性较好的围岩上,使得衬砌不需要承受水压力;还能够有效降低水工隧洞的糙率,增大水工隧洞的输水能力,具有实际的工程应用价值;并且制造过程中引入FRP纤维束设计,可以避免钢筋锈蚀等钢筋混凝土结构耐久性的问题。
上面结合说明书附图针对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.一种透水型水工隧洞衬砌,其特征在于:包括截面外径与水工隧洞内径相适应的筒状筋网格栅(1)和透水型混凝土(2),其中,所述筒状筋网格栅(1)中的筋网格栅为FRP纤维束经环向与纵向相互交织结构构成;透水型混凝土(2)沿筒状筋网格栅(1)的形状包裹住其筋网格栅,构成筒状结构,即透水型水工隧洞衬砌。
2.根据权利要求1所述一种透水型水工隧洞衬砌,其特征在于:所述筒状筋网格栅(1)中各根FRP纤维束表面还覆盖有环氧树脂,然后,所述透水型混凝土(2)再沿筒状筋网格栅(1)的形状包裹住其筋网格栅,构成筒状结构,即透水型水工隧洞衬砌。
3.根据权利要求1所述一种透水型水工隧洞衬砌,其特征在于:所述透水型混凝土(2)由水泥、碎石、砂、水、减水剂组成,且每立方米透水型混凝土(2)中水泥的用量在350kg-450kg,以及水泥∶碎石∶砂∶水∶减水剂的重量比例为1∶3~5∶0.5~1∶0.3~0.35∶0.01~0.02。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述一种透水型水工隧洞衬砌,其特征在于:所述透水型水工隧洞衬砌还包括分别设置于其筒状结构两端环形边缘截面上的至少一个植筋孔(3)。
5.根据权利要求4所述一种透水型水工隧洞衬砌,其特征在于:所述透水型水工隧洞衬砌筒状结构各端环形边缘截面上的植筋孔(3)至少为两个,且位于同一端环形边缘截面上各个植筋孔(3)的位置彼此相邻等间距。
6.一种针对权利要求2所述透水型水工隧洞衬砌的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤001.根据水工隧洞内部的净空尺寸,制作尺寸相匹配的筒状内模(4);
步骤002.在筒状内模(4)两端的环形边缘截面上分别设置预设个数的凸起(5),且位于同一端环形边缘截面上各个凸起(5)的位置彼此相邻等间距;
步骤003.以筒状内模(4)两端上的凸起(5)作为定位点,采用FRP纤维束沿筒状内模(4)的外表面,经环向与纵向相互交错的方式,构成筒状筋网格栅(1);
步骤004.断开筒状筋网格栅(1)两端与筒状内模(4)两端上各凸起(5)之间的连接,由筒状内模(4)上取下筒状筋网格栅(1);
步骤005.将筒状筋网格栅(1)放入截面外径与水工隧洞内径相适应的钢制筒状模板中,然后将透水型混凝土(2)的拌合物装入钢制筒状模板内部;
步骤006.将钢制筒状模板置于离心动力装置上进行离心处理;
步骤007.采用蒸气针对钢制筒状模板内部的筒状筋网格栅(1)和透水型混凝土(2)进行预设时长的养护;
步骤008.拆除钢制筒状模板,即获得透水型水工隧洞衬砌。
7.根据权利要求6所述一种针对透水型水工隧洞衬砌的制造方法,其特征在于,所述步骤003与所述步骤004之间还包括步骤00301,执行完步骤003之后,进入步骤00301,执行完步骤00301之后,进入步骤004,其中,步骤00301如下:
步骤00301.采用环氧树脂针对筒状筋网格栅(1)中的各根FRP纤维束进行涂刷。
8.根据权利要求7所述一种针对透水型水工隧洞衬砌的制造方法,其特征在于,所述步骤00301与所述步骤004之间还包括步骤00302,执行完步骤00301之后,进入步骤00302,执行完步骤00302之后,进入步骤004,其中,步骤00302如下:
步骤00302.采用塑料薄膜由筒状内模(4)的外部,覆盖包裹住涂刷环氧树脂的筒状筋网格栅(1),同时针对塑料薄膜与筒状内模(4)外柱面之间的空间进行抽真空操作,直至筒状筋网格栅(1)上所涂刷的环氧树脂固化后停止抽真空操作,并拆除塑料薄膜。
9.根据权利要求6所述一种针对透水型水工隧洞衬砌的制造方法,其特征在于,所述步骤008之后还包括步骤009,执行完步骤008之后,进入步骤009,其中,步骤009如下:
步骤009.采用FRP纤维束和结构胶,通过设置于透水型水工隧洞衬砌筒状结构各端环形边缘截面上的各个植筋孔(3),针对各个透水型水工隧洞衬砌进行连接,并置于水工隧洞内部。
10.根据权利要求6所述一种针对透水型水工隧洞衬砌的制造方法,其特征在于,所述步骤003中,以筒状内模(4)两端上的凸起(5)作为定位点,首先在筒状内模(4)外柱面上,沿与筒状内模(4)中轴线相平行的方向,采用各根FRP纤维束分别连接在筒状内模(4)两端之间对应的凸起上,构成各根纵向FRP纤维束;然后在筒状内模(4)两端之间,采用各根FRP纤维束彼此相邻等间距的围绕在筒状内模(4)外柱面上,构成各根环向FRP纤维束,各根环向FRP纤维束分别与相交的各根纵向FRP纤维束相互捆绑缠绕,且各根环向FRP纤维束与各根纵向FRP纤维束相互垂直。
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