CN110714782A - 一种盾构法能量交换管片及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构法能量交换管片及其制作工艺，盾构法能量交换管片包括弧形的管片体，所述管片体的外侧嵌入弧形的中空钢板外壳，所述中空钢板外壳内设有供中间介质流动的内腔，所述中空钢板外壳朝所述管片体一侧的两端分别设有管状的进液口和出液口，所述进液口和所述出液口均连通所述内腔并且向内伸出穿过所述管片体。本发明所用的换热结构与恒温带的土壤直接接触，从而提高了热量交换的效率。

Description

一种盾构法能量交换管片及其制作工艺

技术领域

本发明属于隧道领域，具体涉及一种盾构法能量交换管片及其制作工艺。

背景技术

地源热泵技术是利用地下的土壤、地表水、地下水温度相对稳定的特性，通过消耗电能，低位热源中与室内进行热量交换，实现温度调节。从降低运行费用、节省能源、减少排放二氧化碳量来看，地缘热泵技术是替代现有空调系统的一个不错的选择。

但是，地埋管地源热泵技术因为需要足够大的室外面积来设置地埋管换热器，这成为制约地源热泵空调系统在建筑容积率大的场合推广应用的主要障碍。同时，与传统空调系统相比，较高的钻孔费用也在一定程度上降低了地源热泵空调系统的经济适用性。因此如何节约室外面积，降低钻孔等施工所耗费的成本和时间就成了需要解决的技术问题。现有技术中，在一些隧道的施工过程中，在拼装隧道的管片中设置了换热结构，即利用管片的内部空间来设置换热器，这样能对地铁车站及其上的建筑进行温度调节，减少了施工成本和设置地埋管换热器占用的空间。但是这种直接将换热结构设于管片内也有很多缺陷，如热交换管的加入令管片的浇筑更为复杂，不便于设置钢筋笼骨架，并且由于换热器并非直接与隧道所在的恒温带土壤接触，在热交换效率上大大下降，明显降低了温度调节的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构法能量交换管片及其制作工艺，以解决现有技术中由于换热器设置结构影响管片制造并且降低了地源热泵系统温度调节效果的问题。

所述的一种盾构法能量交换管片，包括弧形的管片体，所述管片体的外侧嵌入弧形的中空钢板外壳，所述中空钢板外壳内设有供中间介质流动的内腔，所述中空钢板外壳朝所述管片体一侧的两端分别设有管状的进液口和出液口，所述进液口和所述出液口均连通所述内腔并且向内伸出穿过所述管片体。

优选的，所述盾构法能量交换管片组装时顺次相连，一个盾构法能量交换管片上的进液口通过连接管与相邻的盾构法能量交换管片上的出液口连通，所述连接管为U形并位于所述盾构法能量交换管片内侧，所述内腔、所述进液口、所述连接管和所述出液口串联形成热交换通路，所述进液口中一个为连接到进液总管的进液总口，所述出液口中一个为连接到出液总管的出液总口。

优选的，所述中空钢板外壳外表面与所述管片体的外侧表面在同一弧面，所述进液口和所述出液口的伸出端面均与所述管片体的内表面平齐。

本发明还提供了一种盾构法能量交换管片的制作工艺，具体包括下列步骤：清洗模具；对模具喷涂脱模油；组模；将中空钢板外壳和钢筋笼骨架入模；将模具固定后进行混凝土浇筑；养护；脱模；三环试拼装；管片修补；

其中底模板为位于管片体外弧面的弧形模板，所述中空钢板外壳先焊接所述进液口和所述出液口再吊装放到底模上，所述进液口和所述出液口要先塞入防止混凝土进入的塞棒，再将钢筋笼骨架吊入到所述中空钢板外壳上，之后将端模和侧模固定好，放入中空钢板外壳和钢筋笼骨架之前对模具的内弧面进行检测，装配好模具后必须对模具的外弧面进行检测。

优选的，混凝土浇筑具体步骤为：

1混凝土配合比必须进行试配，并进行试验以获取正确的养护时间和抗压强度；

2开始混凝土浇筑，用龙门吊将装满防水混凝土的混凝土斗吊至模具上方，然后以先模具两端后模具中间方式进行放料；

3开动模具上的附着式风动振动器振捣，振捣采用混凝土分批放料，实现分层振捣；

4再以振动棒振捣密实，振捣时先中间后两边，每个振动点振动时间控制在10-20s内，振动完成后缓慢拔出振动棒；

5全部振捣成型后，视气温及混凝土凝结情况，大约10min后拆除压板，对混凝土表面进行光面。

优选的，所述光面分粗、中、细三个工序，粗光面：使用铝合金压尺，刮平去掉多余混凝土，并进行粗磨；中光面：待混凝土收水后用灰匙进行光面，使管片平整光滑；精光面：使用长匙精工抹平，令管片表面光亮无灰匙印，管片弧面整度的误差差值不大于±5mm。

优选的，其中三环试拼装的方法为：

1制作一个钢筋混凝土平台，平台确保水平，误差控制在2mm以内；

2制作12个拼装支架，支架能够在高度上进行微调，以便矫正管片拼装后的水平；

3管片正式生产前和每生产100环管片后，进行三环试拼装以检查管片几何尺寸和模具是否符合要求；

4首先在平台上画直径为管片内径和外径的两个圆，作为拼装时的参考线，先放置标准块，再领接块，最后放入封顶块，一环拼装完后，错缝拼装另两环；

5管片拼装完后利用不同型号的插片对管片之间的纵缝、环缝进行测量，再用水准仪分别测量各接缝的几个点，然后计算这几个点是否在同面上。

优选的，所述养护包括：1蒸汽养护：混凝土振动成型并光面2h后，混凝土表面用手压有轻微的压痕时，在管片外弧面中空钢板外壳上盖上湿润的养护布，将用于蒸汽的帆布套在模具上，下部同地面接触的地方用木方压实，在帆布套上预留的小孔中插入温度计，检查无误后通人工蒸汽，布置于模具底部的蒸汽管布满小孔，蒸养时蒸汽会从每个小孔中均匀的喷出来，使整个模具均匀的升温，升温时速度在每小时15℃-20℃，防止升温太快管片出现收缩裂纹，最高养护温度50℃-60℃，恒温3-4h，降温速度在每小时15℃-20℃，并保证蒸养后的管片温度与外界温度差不大于20℃。在整个过程中要每半小时查看温度计上的读数，发现问题用调整蒸汽通入量的大小来调节温度；

2脱模后的养护：管片脱模后吊入水池内进行养护，确保管片完全浸泡在水里，管片入池时管片与池中水的温度差不得大于20℃，养护周期为7d，然后进行淋水养护，保持管片外面湿润，喷淋养护到28天龄期。

优选的，附着式风动振动器振捣时，振动时间长短的判别是观察混凝土与侧板接触处，混凝土表面不再有喷射状气、水泡并能均匀起伏为适当时间，振捣时间在4～8min。

本发明具有如下优点：

1、本发明采用中空钢板外壳嵌在管片体外侧，令其与恒温带的土壤直接接触，从而提高了热量交换的效率；另一方面这种结构在对管片进行铸造时无需设置各种对换热器进行固定的结构，在振捣时只要振捣棒不伸到底部就不会对换热器结构造成损伤，便于浇筑时实施振捣加工，因此相比现有技术既方便了制造，有提高了换热效率。

2、由于隧道是由多个环形的隧道衬砌结构构成，而隧道衬砌结构又是由多个管片连接而成，因此本方案需要通过连接管将中空钢板外壳的内腔、所述进液口、所述连接管和所述出液口串联成热交换通路，而各个热交换通路通过进液总管和出液总管与循环系统相连，实现中间介质作为热载体在地铁车站和其上部建筑之间实现热交换调控稳定。

3、本方案在进行管片浇筑时，为了便于设置中空钢板外壳，采用将靠管片外侧一边作为底模，因此在模具的最终固定在放置钢筋笼骨架，以放止侧模或端模固定后阻碍钢筋笼骨架的入模；而这种改变结合中空钢板外壳在浇筑时的吊装入模，实际上避免了现有技术在管片内部设置换热器所造成的换热器定位、固定和振捣时的不便。

4、本方案由于改进了换热器的结构，因此入模后基本不会阻碍振捣棒插入振捣，因此本制作工艺中振捣方式简便有效。并且之后因为进液口和出液口与管片内侧面平齐，因此对光面的过程不会造成影响，方便了生产者加工制造。

附图说明

图1为本发明中盾构法能量交换管片的结构示意图；

图2为图1所示的盾构法能量交换管片组装成隧道衬砌结构的横向剖视图。

图中的附图标记如下：

1、管片体，2、进液口，3、出液口，4、中空钢板外壳，5、进液总口，6、出液总口，7、连接管。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-2所示，本发明提供了一种盾构法能量交换管片包括弧形的管片体1，所述管片体1的外侧嵌入弧形的中空钢板外壳4，所述中空钢板外壳4内设有供中间介质流动的内腔，所述中空钢板外壳4朝所述管片体1一侧的两端分别设有管状的进液口2和出液口3，所述进液口2和所述出液口3均连通所述内腔并且向内伸出穿过所述管片体1。嵌入所述中空钢板外壳4的嵌入槽在所述管片体1前后端部开口，中空钢板外壳4覆盖所述管片体1外侧大部分区域，以获得较大的接触面积，提高热交换效果。

所述盾构法能量交换管片组装时顺次相连，一个盾构法能量交换管片上的进液口2通过连接管7与相邻的盾构法能量交换管片上的出液口3连通，所述连接管7为U形并位于所述盾构法能量交换管片内侧，所述内腔、所述进液口2、所述连接管7和所述出液口3串联形成热交换通路，所述进液口2中一个为连接到进液总管的进液总口5，所述出液口3中一个为连接到出液总管的出液总口6。进液总口5和出液总口6都会在伸出端焊接延长伸出管片体1，以便于与管道连接。

所述中空钢板外壳4外表面与所述管片体1的外侧表面在同一弧面，所述进液口2和所述出液口3的伸出端面均与所述管片体1的内表面平齐。

本发明还提供了一种上述的盾构法能量交换管片的制作工艺，具体包括下列步骤：清洗模具；对模具喷涂脱模油；组模；将中空钢板外壳4和钢筋笼骨架入模；将模具固定后进行混凝土浇筑；养护；脱模；三环试拼装；管片修补；

其中：

清洗模具：组模前要对钢模进行彻底清洗，混凝土残渣必须全部铲除，内表面使用胶片配合清理，并用高压水冲洗干净。

喷涂脱模油：使用雾状喷雾器喷涂，然后抹布均匀抹，使模具内表面均布薄层脱模油，如出现脱模油流淌，用棉纱清理干净。

组模：模具的质量，特别是尺寸精度，对生产出合格的管片、拼装成尺寸准确的衬砌是极其重要的，因此要严格控制组模质量。

而在本方案中模具结构与常用模具有所不同,常用模具为了方便钢筋笼骨架吊装入模，一般会将管片内侧设做底模，组模时直接将钢筋笼骨架入模。而本方案中底模板为位于管片体1外弧面的弧形模板，所述中空钢板外壳4先焊接所述进液口2和所述出液口3再吊装放到底模上，所述进液口2和所述出液口3要先塞入防止混凝土进入的塞棒，再将钢筋笼骨架吊入到所述中空钢板外壳4上，之后将端模和侧模固定好，放入中空钢板外壳4和钢筋笼骨架之前对模具的内弧面进行检测，装配好模具后必须对模具的外弧面进行检测。注意中空钢板外壳和钢筋笼的型号与模具型号要匹配，保护垫块位置准确。

混凝土浇筑具体步骤为：

1)、混凝土配合比必须进行试配，并进行试验以获取正确的养护时间和抗压强度；

2)、开始混凝土浇筑，用龙门吊将装满防水混凝土的混凝土斗吊至模具上方，然后以先模具两端后模具中间方式进行放料；

3)、开动模具上的附着式风动振动器振捣，振捣采用混凝土分批放料，实现分层振捣，附着式风动振动器振捣时，振动时间长短的判别是观察混凝土与侧板接触处，混凝土表面不再有喷射状气、水泡并能均匀起伏为适当时间，振捣时间通常在4～6min，不得超过8min。

4)、再以振动棒振捣密实，振捣时先中间后两边，每个振动点振动时间控制在10-20s内，振动完成后缓慢拔出振动棒，以减少管片成型后的气泡、水眼；

5)、全部振捣成型后，视气温及混凝土凝结情况，大约10min后拆除压板，对混凝土表面进行光面。

所述光面分粗、中、细三个工序，粗光面：使用铝合金压尺，刮平去掉多余混凝土，并进行粗磨；中光面：待混凝土收水后用灰匙进行光面，使管片平整光滑；精光面：使用长匙精工抹平，令管片表面光亮无灰匙印，管片弧面整度的误差差值不大于±5mm。

养护包括下列步骤：

1)、蒸汽养护：混凝土振动成型并光面2h后，混凝土表面用手压有轻微的压痕时，在管片外弧面中空钢板外壳4上盖上湿润的养护布，将用于蒸汽的帆布套在模具上，下部同地面接触的地方用木方压实，在帆布套上预留的小孔中插入温度计，检查无误后通人工蒸汽，布置于模具底部的蒸汽管布满小孔，蒸养时蒸汽会从每个小孔中均匀的喷出来，使整个模具均匀的升温，升温时速度在每小时15℃-20℃，防止升温太快管片出现收缩裂纹，最高养护温度50℃-60℃，恒温3-4h，降温速度在每小时15℃-20℃，并保证蒸养后的管片温度与外界温度差不大于20℃。在整个过程中要每半小时查看温度计上的读数，发现问题用调整蒸汽通入量的大小来调节温度；

2)、脱模后的养护：管片脱模后吊入水池内进行养护，确保管片完全浸泡在水里，管片入池时管片与池中水的温度差不得大于20℃，养护周期为7d，然后进行淋水养护，保持管片外面湿润，喷淋养护到28天龄期。

脱模包括下列步骤：

1)能量交换管片通过蒸汽养护足够时间后测试混凝土试块强度，当强度达到15Mpa以上时，开始组织脱模；

2)拆模顺序：叠齐养护布，拆卸手杆螺栓，清除混凝土残积物，拆卸旁模与底模固定螺栓，拆卸侧模与端模连接螺栓，两侧和端模拆开后，使用专用水平起吊吊具，用龙门吊将管片吊出到管片翻身机上；

3)拆模中严禁捶打、敲击模具等野蛮操作，管片起吊时，地面操作要由多人配合进行，确保管片垂直出模，以免损坏管片。

其中三环试拼装的方法为：

1)、制作一个钢筋混凝土平台，平台确保水平，误差控制在2mm以内；

2)、制作12个拼装支架，支架能够在高度上进行微调，以便矫正管片拼装后的水平；

3)、管片正式生产前和每生产100环管片后，进行三环试拼装以检查管片几何尺寸和模具是否符合要求；

4)、首先在平台上画直径为管片内径和外径的两个圆，作为拼装时的参考线，先放置标准块，再领接块，最后放入封顶块，一环拼装完后，错缝拼装另两环；

5)、管片拼装完后利用不同型号的插片对管片之间的纵缝、环缝进行测量，再用水准仪分别测量各接缝的几个点，然后计算这几个点是否在同面上。

在能量交换管片脱模和搬运过程中不可避免的会发生管片掉角、崩块现象，需要进行修补；管片修补根据不同缺陷进行下列修补步骤：

1)、管片外表面的气泡、蜂窝或漏浆：深度＜5mm时，用西卡胶皇拌合水泥逐个填平；深度＞5mm时，先用锤子或凿子刮去表面微细裂痕，用水清洗基层，清除所有的浮浆、油迹、粉尘等杂物，用西卡胶皇修补，然后装上木模板，补拌合水泥进行修补填平，干后再涂一层混合浆液，干透后再打磨；

2)、管片露筋：基层处理，用刀刮去钢筋表面的污垢，再用高纯度酒精清洗钢筋。待干透后，使用小灰铲进行修补，修补分两次进行。第一，初步修补，管片周边装好木模后，涂底层浆液，再用修补剂混合水泥将修补部位填平；第二，表面涂一层混合浆液待干透后，用砂纸进行磨平修整；

3)、边角崩块：基层处理，用锤子或凿子刮去表面微裂痕，去除油迹和灰尘，修补处理分两步进行，第一，装好木模，填平该修补的部位。第二，表面涂一层混合浆液，干后用砂纸磨平修整。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种盾构法能量交换管片，包括弧形的管片体(1)，其特征在于：所述管片体(1)的外侧嵌入弧形的中空钢板外壳(4)，所述中空钢板外壳(4)内设有供中间介质流动的内腔，所述中空钢板外壳(4)朝所述管片体(1)一侧的两端分别设有管状的进液口(2)和出液口(3)，所述进液口(2)和所述出液口(3)均连通所述内腔并且向内伸出穿过所述管片体(1)。

2.根据权利要求1所述的一种盾构法能量交换管片，其特征在于：所述盾构法能量交换管片组装时顺次相连，一个盾构法能量交换管片上的进液口(2)通过连接管(7)与相邻的盾构法能量交换管片上的出液口(3)连通，所述连接管(7)为U形并位于所述盾构法能量交换管片内侧，所述内腔、所述进液口(2)、所述连接管(7)和所述出液口(3)串联形成热交换通路，所述进液口(2)中一个为连接到进液总管的进液总口(5)，所述出液口(3)中一个为连接到出液总管的出液总口(6)。

3.根据权利要求2所述的一种盾构法能量交换管片，其特征在于：所述中空钢板外壳(4)外表面与所述管片体(1)的外侧表面在同一弧面，所述进液口(2)和所述出液口(3)的伸出端面均与所述管片体(1)的内表面平齐。

4.一种如权利要求1-3中任一所述的盾构法能量交换管片的制作工艺，其特征在于：具体包括下列步骤：清洗模具；对模具喷涂脱模油；组模；将中空钢板外壳(4)和钢筋笼骨架入模；将模具固定后进行混凝土浇筑；养护；脱模；三环试拼装；管片修补；

其中底模板为位于管片体(1)外弧面的弧形模板，所述中空钢板外壳(4)先焊接所述进液口(2)和所述出液口(3)再吊装放到底模上，所述进液口(2)和所述出液口(3)要先塞入防止混凝土进入的塞棒，再将钢筋笼骨架吊入到所述中空钢板外壳(4)上，之后将端模和侧模固定好，放入中空钢板外壳(4)和钢筋笼骨架之前对模具的内弧面进行检测，装配好模具后必须对模具的外弧面进行检测。

5.根据权利要求4所述的一种盾构法能量交换管片的制作工艺，其特征在于：混凝土浇筑具体步骤为：

1)混凝土配合比必须进行试配，并进行试验以获取正确的养护时间和抗压强度；

2)开始混凝土浇筑，用龙门吊将装满防水混凝土的混凝土斗吊至模具上方，然后以先模具两端后模具中间方式进行放料；

3)开动模具上的附着式风动振动器振捣，振捣采用混凝土分批放料，实现分层振捣；

4)再以振动棒振捣密实，振捣时先中间后两边，每个振动点振动时间控制在10-20s内，振动完成后缓慢拔出振动棒；

5)全部振捣成型后，视气温及混凝土凝结情况，大约10min后拆除压板，对混凝土表面进行光面。

6.根据权利要求5所述的一种盾构法能量交换管片的制作工艺，其特征在于：所述光面分粗、中、细三个工序，粗光面：使用铝合金压尺，刮平去掉多余混凝土，并进行粗磨；中光面：待混凝土收水后用灰匙进行光面，使管片平整光滑；精光面：使用长匙精工抹平，令管片表面光亮无灰匙印，管片弧面整度的误差差值不大于±5mm。

7.根据权利要求4所述的一种盾构法能量交换管片的制作工艺，其特征在于：其中三环试拼装的方法为：

1)制作一个钢筋混凝土平台，平台确保水平，误差控制在2mm以内；

2)制作12个拼装支架，支架能够在高度上进行微调，以便矫正管片拼装后的水平；

3)管片正式生产前和每生产100环管片后，进行三环试拼装以检查管片几何尺寸和模具是否符合要求；

4)首先在平台上画直径为管片内径和外径的两个圆，作为拼装时的参考线，先放置标准块，再领接块，最后放入封顶块，一环拼装完后，错缝拼装另两环；

5)管片拼装完后利用不同型号的插片对管片之间的纵缝、环缝进行测量，再用水准仪分别测量各接缝的几个点，然后计算这几个点是否在同面上。

8.根据权利要求4所述的一种盾构法能量交换管片的制作工艺，其特征在于：所述养护包括：1)蒸汽养护：混凝土振动成型并光面2h后，混凝土表面用手压有轻微的压痕时，在管片外弧面中空钢板外壳(4)上盖上湿润的养护布，将用于蒸汽的帆布套在模具上，下部同地面接触的地方用木方压实，在帆布套上预留的小孔中插入温度计，检查无误后通人工蒸汽，布置于模具底部的蒸汽管布满小孔，蒸养时蒸汽会从每个小孔中均匀的喷出来，使整个模具均匀的升温，升温时速度在每小时15℃-20℃，防止升温太快管片出现收缩裂纹，最高养护温度50℃-60℃，恒温3-4h，降温速度在每小时15℃-20℃，并保证蒸养后的管片温度与外界温度差不大于20℃。在整个过程中要每半小时查看温度计上的读数，发现问题用调整蒸汽通入量的大小来调节温度；

2)脱模后的养护：管片脱模后吊入水池内进行养护，确保管片完全浸泡在水里，管片入池时管片与池中水的温度差不得大于20℃，养护周期为7d，然后进行淋水养护，保持管片外面湿润，喷淋养护到28天龄期。

9.根据权利要求4所述的一种盾构法能量交换管片的制作工艺，其特征在于：附着式风动振动器振捣时，振动时间长短的判别是观察混凝土与侧板接触处，混凝土表面不再有喷射状气、水泡并能均匀起伏为适当时间，振捣时间在4～8min。

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