CN114961783A - 适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供装一种适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片，包括管片本体，多个管片本体在环向上通过凹凸榫槽的拼接形式拼接成环形的管道，相邻两个管片本体的拼接间隙之间粘结有橡胶衬垫，环向上的相邻两个管片本体之间设置有至少一个隔震支座，所述隔震支座具有竖直和水平方向弹性变形的能力。本发明，能够将震动产生的能量耗散掉，避免管片本体因应力集中等原因而产生变形、破损等。橡胶衬垫的设置能够起到密封防水的作用，同时为管片本体之间的错动提供空间。凹凸榫槽的拼接形式可以延长渗水路径，提高隔水的效果。

Description

适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片及制作方法

技术领域

本发明涉及地铁隧道隔震保护技术领域，具体涉及一种适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片及制作方法。

背景技术

近年来，地下轨道交通在我国各大中城市蓬勃建设，地上交通线和地下交通线常在空间位置上产生交叉，设计上难以进行避让。新近施工的地下管线在下穿地表建筑物、交通线路、江河湖海时面临复杂的地质条件，易发生结构应力不均匀、变形不协调、不均匀沉降、渗水漏水问题，尤其在来自地震或列车运营的震动荷载作用下，构成隧道的管片组合体扰动幅度较大。因此针对该类特殊地段，仅靠现有的管片连接和防水工艺不能满足变形要求。

目前我国房屋建筑领域减隔震技术逐渐成熟，但关于地下隧道的减隔震技术还有待研究和创新。目前国内地铁隧道主要采用普通混凝土管片进行错缝连接。螺栓连接部位、纵向和环向接缝部位会随着地震或地表振动荷载而发生错动，产生的能量未经耗散直接作用在上述部位，导致管片装配体变形过大，影响施工质量和降低运营安全性。如果不能及时控制混凝土管片装配体的变形，会导致封顶块和邻接块脱开，接头张开量过大，破坏管片完整性和耐久性，进而导致隧道内渗漏水情况增多，影响盾构隧道的安全和适用寿命。如果破坏进一步扩展，甚至会造成隧道坍塌，危害生命和财产安全。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种防水效果好同时隔震效果也较好的适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片及制作方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片，包括管片本体，多个管片本体在环向上通过凹凸榫槽的拼接形式拼接成环形的管道，相邻两个管片本体的拼接间隙之间粘结有橡胶衬垫，环向上的相邻两个管片本体之间设置有至少一个隔震支座，所述隔震支座具有竖直和水平方向弹性变形的能力。

进一步地，所述隔震支座位于所述凹凸榫槽的内侧。

进一步地，所述隔震支座包括上连接板、下连接板、碟簧、铅芯导杆和耗能钢片，所述耗能钢片位于上连接板、下连接板之间，且分布在上连接板和下连接板的至少两侧，耗能钢片的两端分别与上连接板和下连接板连接在一起，所述耗能钢片在水平方向上具有弹性变形的能力；所述铅芯导杆位于上连接板和下连接板之间，且与下连接板连接；碟簧套置在铅芯导杆上，所述铅芯导杆及碟簧具有竖直和水平方向弹性变形的能力；所述下连接板上穿设有固定螺栓，所述隔震支座通过所述固定螺栓固定在管片本体的端部。

进一步地，在管道一个断面上的管片本体具有六块，分别为一块封顶块和五块标准块，所述封顶块为楔形环，所述楔形环为双面形，楔形量平分为两部分，对称设置于楔形环的两侧环面，其中封顶块设置有一个注浆孔，标准块设置有三个注浆孔。

进一步地，所述管片本体的四周侧部设置有多个弧线型的连接手孔，注浆孔的位置均设置在管片本体两侧连接手孔的中心线上，且在管片本体上按照中心对称布置。

进一步地，所述管片本体的端面采用平面式，凹凸榫槽的错台角度为88°。

一种纤维混凝土管片的制作方法，所述混凝土管片为上述适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片中的管片本体，所述制作方法包括：

采用普通钢筋作为骨架，并在混凝土中掺杂混杂纤维，所述混杂纤维包括聚丙烯纤维和钢纤维混掺而成。

进一步地，所述混杂纤维中混掺有二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁和氧化钠中任一种或几种。

进一步地，所述钢纤维掺量为50.0kg/m³，所述钢纤维指标具体为：低合金钢熔抽异型，纤维外形为大头形，长度20～60mm，直径0.3～0.9mm，长径比60，钢纤维密度7850kg/m³；

所述聚丙烯纤维掺量为5kg/m³，聚丙烯纤维指标具体为：长度15-25mm，密度920kg/m³，燃点590℃，断裂伸长率15-25％。

本发明的有益效果体现在：

本发明，通过隔震支座的设置，管片本体上的震动力被隔震支座吸收产生形变，待震动过去之后，隔震支座恢复形变并推动错动的管片本体复位，通过此种方式将震动产生的能量耗散掉，避免管片本体因应力集中等原因而产生变形、破损等。橡胶衬垫的设置能够起到密封防水的作用，同时为管片本体之间的错动提供空间。凹凸榫槽的拼接形式可以延长渗水路径，提高隔水的效果。

附图说明

在附图中：

图1为本发明适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片的整体拼装示意图；

图2为本发明中单个管片本体的结构视图；

图3为本发明中隔震支座的结构视图；

图4为图3中隔震支座的仰视图；

图5为本发明中耗能钢片的结构视图；

图6为本发明中隔震支座的安装视图。

附图标记说明：

1-管片本体，11-封顶块，12-标准块，13-注浆孔，14-连接手孔，2-橡胶衬垫，3-凹凸榫槽，4-隔震支座，41-上连接板，42-下连接板，43-碟簧，44-铅芯导杆，45-耗能钢片，46-固定螺栓，5-螺栓套筒，6-弯曲螺栓。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

需要说明，若发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。

参见图1至图6。

一种适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片，该混凝土管片为管片本体1，多个管片本体1在环向上通过凹凸榫槽3的拼接形式拼接成环形的管道，相邻两个管片本体1的拼接间隙之间粘结有橡胶衬垫2，环向上的相邻两个管片本体1之间设置有至少一个隔震支座4，该隔震支座4具有竖直和水平方向弹性变形的能力。其中，该凹凸榫槽3的拼接口截面呈Z字型。

具体实施中，当震动传递至管片本体1上时，管片本体1之间发生细微错动，由于隔震支座4的设置，震动的力被隔震支座4吸收产生形变，待震动过去之后，隔震支座4恢复形变并推动错动的管片本体1复位，通过此种方式将震动产生的能量耗散掉，避免管片本体1因应力集中等原因而产生变形、破损等，保证管片的完整性。橡胶衬垫2的设置能够起到密封防水的作用，同时为管片本体1之间的错动提供空间，避免管片拼装时因应力集中而破坏。凹凸榫槽3的拼接形式可以延长渗水路径，提高隔水的效果。

在一实施例中，该隔震支座4位于凹凸榫槽3的内侧。这样设计，由于相邻两个管片本体的拼接间隙之间粘结有橡胶衬垫，利用橡胶衬垫的密封防水作用，防止水渗入至隔震支座，延长隔震支座的使用寿命。

在一实施例中，隔震支座4包括上连接板41、下连接板42、碟簧43、铅芯导杆44和耗能钢片45，该耗能钢片45位于上连接板41、下连接板42之间，且分布在上连接板41和下连接板42的至少两侧，耗能钢片45的两端分别与上连接板41和下连接板42垂直焊接在一起，该耗能钢片45在水平方向上具有良好的弹性变形的能力，用以消耗来自水平放向的震动能量；铅芯导杆44位于上连接板41和下连接板42之间，且与下连接板42焊接；碟簧43套置在铅芯导杆44上，该铅芯导杆44及碟簧43具有一定的竖直和水平方向弹性变形能力；下连接板42上穿设有固定螺栓46，该隔震支座4通过该固定螺栓46固定在管片本体1的端部。这样设计，通过隔震支座中的铅芯导杆及碟簧具有一定的竖直和水平方向弹性变形能力、隔震支座上的耗能钢片在水平方向上具有良好的耗能能力，因此该隔震支座在管片纵缝连接部位能够起到三维隔震作用。且该隔震支座的设置方法步骤简单、设计合理且施工运输简单方便，投入成本较低，实际工程操作实施性强。

具体的，上连接板和下连接板均为镀锌钢板，上、下连接板板厚10mm，碟簧及铅芯导杆高40mm，整体尺寸为150x150x60mm，在环向上的相邻两个管片本体1之间沿纵缝至少等距设置有三个隔震支座，若设置三个隔震支座，则各隔震支座的中心线之间距离375mm，最外缘支座中心线距离管片纵缝边75mm，共计1200mm。耗能钢片为异形软钢片，每片高40mm，厚2mm，用以耗散水平振动的能量，3片耗能钢片按5mm等距焊接在下连接板一侧的上表面，3片耗能软钢片按5mm等距焊接在镀锌钢板另一侧，且最外侧的软钢片距离连接板边缘5mm。铅芯导杆为φ10mm圆柱，高40mm，外部套接有圆环形碟簧，导杆下端和钢片下端在预制时便已焊接在隔震支座的下连接板上。碟簧直径为φ80/100mm，厚3mm，用以耗散竖向振动的能量。以上组件均在工厂内提前制作成整体。

优选的，管片本体1相应固定螺栓46的位置处设置埋置有螺栓套筒5，该螺栓套筒5的锚固钢筋锚入管片本体1内的钢筋笼，并与管片本体1内的钢筋笼焊接固定。这样设计，螺栓套筒的牢固性好，与固定螺栓的螺接效果好。

在一实施例中，在管道一个断面上的管片本体1具有六块，分别为一块封顶块11和五块标准块12，封顶块11为楔形环，该楔形环为双面形，楔形量平分为两部分，对称设置于楔形环的两侧环面，其中封顶块11设置有一个注浆孔13，标准块12设置有三个注浆孔13。

具体的，管片本体采用外径6.2m，厚度0.35m，纵向1.2m的平板式单层预制钢筋混凝土管片衬砌。标准块管片圆弧角度为67.5°，封顶管片圆弧角度为22.5°。各管片本体采用错缝拼装，拼装时先就位底部管片，然后自下而上左右交叉安装，最后插入封顶管片成环。一般情况下，封顶块的位置偏离正上方±22.5°；在曲线模拟和施工纠偏时标准环、楔形环封顶块可依据需要偏离正上方±22.5整数倍角度，但不大于±90.0°。通过在普通管片的基础上增设了注浆孔，增大了对周围岩土层的浆液分布范围，使周围岩土体能维持较高的强度，减小下穿隧道对地表重载交通线的影响，减小地表沉降，同时还可减小隧道变形和增强防水性能。

在一实施例中，管片本体1的四周侧部设置有多个弧线型的连接手孔14，注浆孔13的位置均设置在管片本体1两侧连接手孔14的中心线上，且在管片本体1上按照中心对称布置。这样设计，通过在弧线型的连接手孔中穿设双向弯曲螺栓，更好的将相邻两个管片本体连接在一起，注浆孔的位置设置能够确保浆液能够照顾到管片本体所占据的位置。

优选的，注浆孔内装有逆止阀，同时注浆孔兼做吊装孔用，节省了吊装孔的设置。注浆孔由预留凹槽、螺旋管、止回阀、塞子、注浆管组成。沿管片径向向外方向依次无缝连接有预留凹槽、螺旋管、止回阀、注浆管、塞子；注浆管采用改性聚酰胺基材料，螺旋管抗拔设计强度为25T。塞子和注浆管均需用密封橡胶圈密封。注浆管为直管，内径44mm，外径50mm，深度150mm以上。在管片表面上预留10mm深垫槽，塞子底距离管片外表面50mm。塞子为下部外挑的圆台，圆台上部直径38.5mm，下部直径50mm，外挑长4.8mm。螺旋管，内径54mm，外螺旋直径64mm，距离垫槽下表面10mm以上，螺旋深度100mm以上。

在一实施例中，管片本体1的端面采用平面式，凹凸榫槽3的错台角度为88°。这样设计，使管片本体之间在拼接时保持一个适当的拔模角度方便安装，构件不易撞坏。

一种纤维混凝土管片的制作方法，其中该混凝土管片为上述适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片中的管片本体1，该管片本体1采用普通钢筋作为骨架，在混凝土中掺杂混杂纤维，该混杂纤维包括聚丙烯纤维和钢纤维混掺而成。

本发明，管片本体采用钢纤维和聚丙烯纤维为主要成分的混杂纤维，能充分利用钢纤维的抗裂性能和提高混凝土本身的强度，同时能充分利用聚丙烯纤维优秀的防火、抗冻、抗渗性能，减小温度应力对隧道结构的影响，减小温度裂缝的产生。混杂纤维的掺入可有效减小隧道内部衬砌病害的发生，从而降低隧道发生事故的可能性，保证了行车安全和隧道使用寿命。

在一实施例中，混杂纤维中混掺有二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁和氧化钠中任一种或几种成分。其中，钢纤维掺量为50.0kg/m3。钢纤维指标具体为：低合金钢熔抽异型，纤维外形为大头形，长度20～60mm，直径0.3～0.9mm，长径比60，钢纤维密度7850kg/m3。聚丙烯纤维掺量为5kg/m3，聚丙烯纤维指标具体为：长度15-25mm，密度920kg/m3，燃点590℃，断裂伸长率15-25％，添加聚丙烯纤维的混凝土在实验室试样检验时应满足“区间结构主要构件的耐火等级一级”的要求。

进一步地，钢纤维长度与其标称值的偏差，不超过±10％；钢纤维直径或等效直径平均值与标称值的偏差，不超过±10％；钢纤维长径比与其标称值的偏差，不超过±10％；弯折性能，钢纤维应能经受沿直径为3mm钢棒弯折90°不断；钢纤维内含有因加工不良造成的粘连片、表面严重锈蚀的钢纤维、铁锈粉及杂质的总质量，不超过钢纤维质量的1％；确保钢纤维表面无有害物质或涂有不利于与混凝土粘结的涂层。细、粗集料称量的允许偏差为±3％；水、水泥(含掺合料)、外加剂、钢纤维的允许偏差为±2％。聚丙烯纤维与其标称值的偏差规定与钢纤维相同。

在实际施工中：

盾构施工前，对周边建筑及地下管线进行详细调查；在施工前完善相关条件核查手续等工作，做好相应的监测工作；确保地下地上信息共享反馈，将根据地质情况的不同、结合监测成果，优化掘进参数，保证安全、顺利掘进；

按照管片隔震、防水的要求，所添加的纤维分为增强和增韧两类，经过优选，应该选择碳纤维、聚丙烯纤维进行双掺。在管片厂制作管片时，将预拌有钢纤维、聚丙烯纤维和其他添加剂的混凝土灌入高精度的管片钢模。所有混凝土材料按质量称量。钢筋钢纤维符合混凝土各材料的质量，按施工配合比和一次搅拌量计算确定。通过计算,试配、调整及考虑材料质量情况,确定配合比的技术参数，钢纤维混凝土坍落度较普通混凝土坍落度大,宜控制在60mm。管片钢筋净保护层最小厚度为外侧35mm、内侧25mm；

在管片本体模具内的钢筋笼应包括有预埋的螺栓套筒及其锚固钢筋。模具纵缝错台的尺寸误差不超过3mm，角度误差不超过1°。预制好后的管片本体应具有手孔、凹凸榫槽、注浆孔、橡胶垫槽、螺栓套筒。在出厂前应在管片纵缝的凹凸榫槽处粘贴好橡胶衬垫，其他部位的橡胶衬垫到施工现场时再粘贴；

在隔震器材厂制作隔震支座时，应分别制作出其组件：上连接板、下连接板、环状碟簧、铅芯导杆、耗能钢片。在运输到管片工厂前应将这些组件组装成一个整体，制作的隔震支座先运到管片工厂和管片拼装完成，然后在运输到施工现场；

隔震支座进行拼装时，固定螺栓穿过下连接板与管片本体上的预埋套筒旋紧；

管片本体毛坯制作完成后，将隔震支座安装在管片本体的端部，在纵向上按照3个隔震支座等距布置，为了确保隔震支座及管片本体在运输过程中不受损坏，应用钢架将隔震支座围护，通过管片纵缝旁的螺栓将围护钢架固定；

管片本体在环向上的安装顺序为，先安装最底部管片，再按照邻接纵缝的方式在环向上依次安装相邻管片。每次安装相邻管片时，确保隔震支座支座所属的固定螺栓已完全旋入螺栓套筒，双头弯曲螺栓已通过手孔将环向邻接管片连接固定，纵向上管片已经连接固定，且凹凸榫槽接缝处的橡胶衬垫有3mm以上的压缩量；

管片本体连接完成后，注浆填充管片本体与地层空隙，根据需要及时进行二次注浆；

管片本体整体组装前后应对管片变形进行监测，组装完成时隧道管片衬砌环直径椭圆度不超过5‰D(D为隧道外径)，圆环平面位置偏差不超过50mm，圆环高程不超过50mm，相邻管片径向错台误差不超过5mm，纵向错台不超过6mm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同更换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片，包括管片本体，其特征在于：多个管片本体(1)在环向上通过凹凸榫槽(3)的拼接形式拼接成环形的管道，相邻两个管片本体(1)的拼接间隙之间粘结有橡胶衬垫(2)，环向上的相邻两个管片本体(1)之间设置有至少一个隔震支座(4)，所述隔震支座(4)具有竖直和水平方向弹性变形的能力。

2.根据权利要求1所述的适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片，其特征在于：所述隔震支座(4)位于所述凹凸榫槽(3)的内侧。

3.根据权利要求1或2所述的适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片，其特征在于：所述隔震支座(4)包括上连接板(41)、下连接板(42)、碟簧(43)、铅芯导杆(44)和耗能钢片(45)，所述耗能钢片(45)位于上连接板(41)、下连接板(42)之间，且分布在上连接板(41)和下连接板(42)的至少两侧，耗能钢片(45)的两端分别与上连接板(41)和下连接板(42)连接在一起，所述耗能钢片(45)在水平方向上具有弹性变形的能力；所述铅芯导杆(44)位于上连接板(41)和下连接板(42)之间，且与下连接板(42)连接；碟簧(43)套置在铅芯导杆(44)上，所述铅芯导杆(44)及碟簧(43)具有竖直和水平方向弹性变形的能力；所述下连接板(42)上穿设有固定螺栓(46)，所述隔震支座(4)通过所述固定螺栓(46)固定在管片本体(1)的端部。

4.根据权利要求1或2所述的适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片，其特征在于：在管道一个断面上的管片本体(1)具有六块，分别为一块封顶块(11)和五块标准块(12)，所述封顶块(11)为楔形环，所述楔形环为双面形，楔形量平分为两部分，对称设置于楔形环的两侧环面，其中封顶块(11)设置有一个注浆孔(13)，标准块(12)设置有三个注浆孔(13)。

5.根据权利要求4所述的适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片，其特征在于：所述管片本体(1)的四周侧部设置有多个弧线型的连接手孔(14)，注浆孔(13)的位置均设置在管片本体(1)两侧连接手孔(14)的中心线上，且在管片本体(1)上按照中心对称布置。

6.根据权利要求1或2所述的适用于下穿重载交通线的纤维混凝土管片，其特征在于：所述管片本体(1)的端面采用平面式，凹凸榫槽(3)的错台角度为88°。

7.一种纤维混凝土管片的制作方法，其特征在于：所述混凝土管片为权利要求1至6中任一项所述的管片本体(1)，所述制作方法包括：

采用普通钢筋作为骨架，并在混凝土中掺杂混杂纤维，所述混杂纤维包括聚丙烯纤维和钢纤维混掺而成。

8.根据权利要求7所述的纤维混凝土管片的制作方法，其特征在于：所述混杂纤维中混掺有二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁和氧化钠中任一种或几种。

9.根据权利要求7所述的纤维混凝土管片的制作方法，其特征在于：所述钢纤维掺量为50.0kg/m³，所述钢纤维指标具体为：低合金钢熔抽异型，纤维外形为大头形，长度20～60mm，直径0.3～0.9mm，长径比60，钢纤维密度7850kg/m³；

所述聚丙烯纤维掺量为5kg/m³，聚丙烯纤维指标具体为：长度15-25mm，密度920kg/m³，燃点590℃，断裂伸长率15-25％。

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