CN106939791A - 一种可预应力钢构混凝土管片及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可预应力钢构混凝土管片及其施工方法，包括由若干片钢构混凝土管片首尾依次拼接成纵向截面为环状的管片本体，钢构混凝土管片包括混凝土本体以及贴面钢板，混凝土本体上布置有钢绞线孔道，相邻的两片钢构混凝土管片中相对应的钢绞线孔道相互连通，其中一片钢构混凝土管片的内侧布置有钢构锚具槽，钢构锚具槽的底壁和内壁固定有贴面钢板，无需再在管片洞内侧浇筑二次衬砌钢筋混凝土或者在隧洞内另外铺设输水管道，钢构混凝土管片的贴面钢板还可防止管片渗漏、提高管片耐久性，这样可大大缩短盾构法施工过水高内压隧洞的建设工期、降低其工程投资，又可提高过水隧洞的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种高内压过水盾构隧洞的可预应力钢构混凝土管片，还提供一种可预应力钢构混凝土管片施工方法。
背景技术
由于盾构法施工隧道，无需拆迁地面建筑物，不影响地面交通，对环境影响小，能适应大多数地质条件，施工速度快、质量好、作业安全，在水利水电工程隧洞建设中应用逐渐得到推广。但由于水利水电工程中的隧洞，一般都是用于过水的，且为有内压隧洞，尤其是一些长距离跨流域调水工程中的跨海引水隧洞以及高水头发电工程中的引水隧洞，其过水隧洞内压可达到0.5～1.0MPa（相当于50～100m水头压力），而目前盾构法施工隧洞的内衬管片，只能承担抵抗隧道外土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用，而不能抵抗隧洞内的水压力，尤其是高水压力，为解决这个问题，目前普遍采用的方法是在过水有压隧洞管片的洞内侧再衬砌混凝土，或者在盾构隧洞内另行安装输水钢管，这样为保证一定的过水面积，需加大隧洞的断面面积，且隧洞施工完后才能进行内初混凝土施工、输水钢管安装，使工程建设工期大大延长、投资大大增加。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种可预应力钢构混凝土管片，还提供一种可预应力钢构混凝土管片施工方法。通过钢构混凝土管片和预应力钢绞线联合承担抵抗隧洞内高水压作用，克服了现有管片不能抵抗高水压的不足，无需再在管片洞内侧浇筑二次衬砌钢筋混凝土或者在隧洞内另外铺设输水管道，钢构混凝土管片的贴面钢板还可防止管片渗漏、提高管片耐久性，这样可大大缩短盾构法施工过水高内压隧洞的建设工期、降低其工程投资，又可提高过水隧洞的使用寿命。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种可预应力钢构混凝土管片，包括由若干片钢构混凝土管片拼接成环状的管片本体，所述钢构混凝土管片包括混凝土本体以及固定在混凝土本体内侧面的贴面钢板，所述混凝土本体上布置有至少一条钢绞线孔道，相邻的两片钢构混凝土管片中相对应的钢绞线孔道相互连通，其中一片钢构混凝土管片的内侧布置有钢构锚具槽，所述钢构锚具槽的底壁和内壁固定有贴面钢板。
作为上述技术方案的进一步改进，每条所述钢绞线孔道的两端布置有喇叭口导向环，所述喇叭口导向环的开口内径从外侧往其内侧逐渐变小。
作为上述技术方案的进一步改进，所述钢构锚具槽将钢绞线孔道分割成第一孔道和第二孔道，其中一个所述喇叭口导向环布置在第一孔道中远离钢构锚具槽的一端，余下一个喇叭口导向环布置在第二孔道中远离钢构锚具槽的一端。
作为上述技术方案的进一步改进，所述喇叭口导向环外侧布置有遇水膨胀止水环。
作为上述技术方案的进一步改进，所述贴面钢板通过锚爪嵌在混凝土本体内后固定在混凝土本体上。
一种可预应力钢构混凝土管片施工方法，包括以下步骤，
1）根据盾构隧洞的所承受的内外荷载，进行预应力钢构混凝土管片设计，确定管片厚度、混凝土强度、钢筋用量、贴面钢板厚度以及预应力钢绞线的用量和布置间距；
2）制作钢构混凝土管片，并且制作相应数量的带钢构锚具槽的钢构混凝土管片，每片钢构混凝土管片上布置有相应数量的喇叭口导向环；
3）安装管片时，将两种钢构混凝土管片运输至工作面进行安装，安装前在喇叭口导向环外侧固定好遇水膨胀止水环，在安装过程中，采用管片连接螺栓穿过预埋的螺栓孔将钢构混凝土管片连接成整体，并通过预埋的灌浆孔进行钢构混凝土管片背侧灌浆，填充钢构混凝土管片和围岩之间的空隙；
4）当隧道掘进施工完成，具备预应力钢绞线安装条件后，进行预应力钢绞线的穿索施工；
5）预应力钢绞线根据设计并预留张拉和锚固长度进行下料，按设计的数量，通过埋预的钢构锚具槽以及钢构混凝土管片中的钢绞线孔道进行安装；
6）预应力钢绞线安装就位后，按设计及相关规范进行环锚张拉，达到设计及规范要求后，进行锁定。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤2）中，在贴面钢板上焊接锚爪，将贴面钢板在钢构混凝土管片制作模具中安放好后，进行钢构混凝土管片的钢筋安装，然后预埋管片连接螺栓孔、灌浆孔以及预应力钢绞线穿索孔波纹管以及喇叭口导向环成型模具，预应力钢绞线穿索孔波纹管的内部孔为所述钢绞线孔道。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤6）之后，预应力钢绞线张拉锁定后，对钢绞线孔道进行灌浆施工，待钢绞线孔道内的灌浆体达到一定强度后对钢构锚具槽内的锚头进行封锚施工，封锚混凝土达到一定强度后，进行钢构锚具槽封口钢板的焊接施工，使锚具槽封口钢板与钢构混凝土管片的贴面钢板焊为一体。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤6）之前或步骤6）之后，将相邻两个所述钢构混凝土管片中的贴面钢板焊接成一体，并将相邻的贴面钢板之间的间隙封堵。
本发明的有益效果是：本发明为了克服现有盾构管片的不足，通过钢构混凝土管片和预应力钢绞线联合承担抵抗隧洞内高水压作用，克服了现有管片不能抵抗高水压的不足，无需再在管片洞内侧浇筑二次衬砌钢筋混凝土或者在隧洞内另外铺设输水管道，钢构混凝土管片的贴面钢板还可防止管片渗漏、提高管片耐久性，这样可大大缩短盾构法施工过水高内压隧洞的建设工期、降低其工程投资，又可提高过水隧洞的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明中钢构混凝土管片的正视图；
图2是图1中A-A向的剖视图；
图3是本发明中带钢构锚具槽的钢构混凝土管片的正视图；
图4是图3中B-B向的剖视图；
图5是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
参照图1～图5，一种可预应力钢构混凝土管片，包括由若干片钢构混凝土管片1拼接成环状的管片本体，所述钢构混凝土管片1包括混凝土本体10以及固定在混凝土本体10内侧面的贴面钢板11，所述混凝土本体10上布置有至少一条钢绞线孔道2，相邻的两片钢构混凝土管片1中相对应的钢绞线孔道2相互连通，其中一片钢构混凝土管片1的内侧布置有钢构锚具槽5，所述钢构锚具槽5的底壁和内壁固定有贴面钢板11。
进一步作为优选的实施方式，每条所述钢绞线孔道2的两端布置有喇叭口导向环3，所述喇叭口导向环3的开口内径从外侧往其内侧逐渐变小。
进一步作为优选的实施方式，所述钢构锚具槽5将钢绞线孔道2分割成第一孔道和第二孔道，其中一个所述喇叭口导向环3布置在第一孔道中远离钢构锚具槽5的一端，余下一个喇叭口导向环3布置在第二孔道中远离钢构锚具槽5的一端。
进一步作为优选的实施方式，所述喇叭口导向环3外侧布置有遇水膨胀止水环4。
进一步作为优选的实施方式，所述贴面钢板11通过锚爪嵌在混凝土本体10内后固定在混凝土本体10上。
一种可预应力钢构混凝土管片1施工方法，包括以下步骤，
1）根据盾构隧洞的所承受的内外荷载，进行预应力钢构混凝土管片1设计，确定管片厚度、混凝土强度、钢筋用量、贴面钢板11厚度以及预应力钢绞线的用量和布置间距；
2）制作钢构混凝土管片1，并且制作相应数量的带钢构锚具槽5的钢构混凝土管片1，每片钢构混凝土管片1上布置有相应数量的喇叭口导向环3；
3）安装管片时，将两种钢构混凝土管片1运输至工作面进行安装，安装前在喇叭口导向环3外侧固定好遇水膨胀止水环4，在安装过程中，采用管片连接螺栓穿过预埋的螺栓孔将钢构混凝土管片1连接成整体，并通过预埋的灌浆孔进行钢构混凝土管片1背侧灌浆，填充钢构混凝土管片1和围岩之间的空隙；
4）当隧道掘进施工完成，具备预应力钢绞线安装条件后，进行预应力钢绞线的穿索施工，在预应力钢绞线穿索过程中，当预应力钢绞线从钢构混凝土管片1出来后，沿着下一个钢构混凝土管片1中的喇叭口导向环3进入到下一个钢构混凝土管片1的钢绞线孔道2中，喇叭口导向环3在穿索过程中主要起导向作用；
5）预应力钢绞线6根据设计并预留张拉和锚固长度进行下料，按设计的数量，通过埋预的钢构锚具槽5以及钢构混凝土管片1中的钢绞线孔道2进行安装；
6）预应力钢绞线6安装就位后，按设计及相关规范进行环锚张拉，达到设计及规范要求后，进行锁定。
进一步作为优选的实施方式，在步骤2）中，在贴面钢板11上焊接锚爪，将贴面钢板11在钢构混凝土管片1制作模具中安放好后，进行钢构混凝土管片1的钢筋安装，然后预埋管片连接螺栓孔、灌浆孔以及预应力钢绞线穿索孔波纹管以及喇叭口导向环3成型模具，预应力钢绞线穿索孔波纹管的内部孔为所述钢绞线孔道2。
进一步作为优选的实施方式，在步骤6）之后，预应力钢绞线6张拉锁定后，对钢绞线孔道2进行灌浆施工，待钢绞线孔道2内的灌浆体达到一定强度后对钢构锚具槽5内的锚头7进行封锚施工，封锚混凝土达到一定强度后，进行钢构锚具槽5封口钢板的焊接施工，使锚具槽封口钢板与钢构混凝土管片1的贴面钢板11焊为一体。
进一步作为优选的实施方式，在步骤6）之前或步骤6）之后，将相邻两个所述钢构混凝土管片1中的贴面钢板11焊接成一体，并将相邻的贴面钢板11之间的间隙封堵。
以下是本发明优选的一个实施例，具体步骤如下：
1）根据盾构隧洞的所承受的内外荷载，进行预应力钢构混凝土管片1设计，确定管片厚度、混凝土强度、钢筋用量、贴面钢板11厚度以及预应力钢绞线6的用量和布置间距；
（2）进行钢构混凝土管片1制作。为使贴面钢板11与管片钢筋混凝土紧密连接，在贴面钢板11上焊接锚爪；将贴面钢板11在钢构混凝土管片1制作模具中安放好后，进行钢构混凝土管片1的钢筋安装，然后预埋管片连接螺栓孔、灌浆孔以及预应力钢绞线穿索孔波纹管、喇叭口导向环3成型模具；当管片为带钢构锚具槽5的钢构混凝土管片1时，还应预埋钢构锚具槽5成型模具；最后浇筑混凝土，制成钢构混凝土管片1、带钢构锚具槽5的钢构混凝土管片1；按要求养护到一定龄期，混凝土达到的脱模强度后，将钢构混凝土管片1内预埋的管片连接螺栓孔、灌浆孔、喇叭口导向环3钢构锚具槽5成型模具等取出，并将钢构混凝土管片1吊出制作模具待用；
（3）盾构掘进隧洞安装管片时，将所需钢构混凝土管片1、带钢构锚具槽5的钢构混凝土管片1运输至工作面进行安装，一个封闭环配置一片带钢构锚具槽5的钢构混凝土管片1，安装前在喇叭口导向环3外侧安装并固定好遇水膨胀止水环4，遇水膨胀止水环4可防止管片背侧灌浆时，浆液流入预应力钢绞线穿索孔波纹管，堵塞预应力钢绞线穿索孔波纹管，在安装过程中，采用管片连接螺栓通过预埋的螺栓孔将钢构混凝土管片1连接成整体；并通过预埋的灌浆孔进行钢构混凝土管片1背侧灌浆，填充钢构混凝土管片1和围岩之间的空隙；
（4）当隧道掘进施工完成，具备预应力钢绞线6安装条件后，进行预应力钢绞线6的穿索施工；
（5）预应力钢绞线6根据设计并预留张拉和锚固长度进行下料，按设计的数量，通过埋预的钢构锚具槽5，经钢构混凝土管片1中的预应力钢绞线穿索孔波纹管进行安装；预应力钢绞线6可使用有粘结或无粘结钢绞线；
（6）预应力钢绞线6安装就位后，按设计及相关规范进行环锚张拉，达到设计及规范要求后，进行锁定；
（7）预应力钢绞线6张拉锁定后，对钢绞线孔道2进行灌浆施工，待钢绞线孔道2灌浆体达到一定强度后对钢构锚具槽5内的锚头7进行封锚施工；
（8）封锚混凝土达到一定强度后，进行钢构锚具槽5封口钢板的焊接施工，使锚具槽封口钢板与钢构混凝土管片1的贴面钢板11焊为一体。
以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种可预应力钢构混凝土管片，其特征在于：包括由若干片钢构混凝土管片拼接成环状的管片本体，所述钢构混凝土管片包括混凝土本体以及固定在混凝土本体内侧面的贴面钢板，所述混凝土本体上布置有至少一条钢绞线孔道，相邻的两片钢构混凝土管片中相对应的钢绞线孔道相互连通，其中一片钢构混凝土管片的内侧布置有钢构锚具槽，所述钢构锚具槽的底壁和内壁固定有贴面钢板。
2.根据权利要求1所述的可预应力钢构混凝土管片，其特征在于：每条所述钢绞线孔道的两端布置有喇叭口导向环，所述喇叭口导向环的开口内径从外侧往其内侧逐渐变小。
3.根据权利要求2所述的可预应力钢构混凝土管片，其特征在于：所述钢构锚具槽将钢绞线孔道分割成第一孔道和第二孔道，其中一个所述喇叭口导向环布置在第一孔道中远离钢构锚具槽的一端，余下一个喇叭口导向环布置在第二孔道中远离钢构锚具槽的一端。
4.根据权利要求2或3所述的可预应力钢构混凝土管片，其特征在于：所述喇叭口导向环外侧布置有遇水膨胀止水环。
5.根据权利要求1所述的可预应力钢构混凝土管片，其特征在于：所述贴面钢板通过锚爪嵌在混凝土本体内后固定在混凝土本体上。
6.一种可预应力钢构混凝土管片施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
1）根据盾构隧洞的所承受的内外荷载，进行预应力钢构混凝土管片设计，确定管片厚度、混凝土强度、钢筋用量、贴面钢板厚度以及预应力钢绞线的用量和布置间距；
2）制作钢构混凝土管片，并且制作相应数量的带钢构锚具槽的钢构混凝土管片，每片钢构混凝土管片上布置有相应数量的喇叭口导向环；
3）安装管片时，将两种钢构混凝土管片运输至工作面进行安装，安装前在喇叭口导向环外侧固定好遇水膨胀止水环，在安装过程中，采用管片连接螺栓穿过预埋的螺栓孔将钢构混凝土管片连接成整体，并通过预埋的灌浆孔进行钢构混凝土管片背侧灌浆，填充钢构混凝土管片和围岩之间的空隙；
4）当隧道掘进施工完成，具备预应力钢绞线安装条件后，进行预应力钢绞线的穿索施工；
5）预应力钢绞线根据设计并预留张拉和锚固长度进行下料，按设计的数量，通过埋预的钢构锚具槽以及钢构混凝土管片中的钢绞线孔道进行安装；
6）预应力钢绞线安装就位后，按设计及相关规范进行环锚张拉，达到设计及规范要求后，进行锁定。
7.根据权利要求6所述的可预应力钢构混凝土管片施工方法，其特征在于：在步骤2）中，在贴面钢板上焊接锚爪，将贴面钢板在钢构混凝土管片制作模具中安放好后，进行钢构混凝土管片的钢筋安装，然后预埋管片连接螺栓孔、灌浆孔以及预应力钢绞线穿索孔波纹管以及喇叭口导向环成型模具，预应力钢绞线穿索孔波纹管的内部孔为所述钢绞线孔道。
8.根据权利要求6所述的可预应力钢构混凝土管片施工方法，其特征在于：在步骤6）之后，预应力钢绞线张拉锁定后，对钢绞线孔道进行灌浆施工，待钢绞线孔道内的灌浆体达到一定强度后对钢构锚具槽内的锚头进行封锚施工，封锚混凝土达到一定强度后，进行钢构锚具槽封口钢板的焊接施工，使锚具槽封口钢板与钢构混凝土管片的贴面钢板焊为一体。
9.根据权利要求6所述的可预应力钢构混凝土管片施工方法，其特征在于：在步骤6）之前或步骤6）之后，将相邻两个所述钢构混凝土管片中的贴面钢板焊接成一体，并将相邻的贴面钢板之间的间隙封堵。
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