CN115467372B - 沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沉管隧道技术领域，提供一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构及其制造方法。该组合结构包括：顶板结构、外墙结构、中墙结构和底板结构；顶板结构具有敞口部，顶板结构包括钢板组件、连接件和钢筋，钢筋通过连接件与钢板组件连接并形成骨架结构，通过敞口部向骨架结构浇注混凝土；外墙结构、中墙和底板结构均包括封闭外包钢壳，封闭外包钢壳内浇注混凝土。本发明能够在满足管节结构的整体强度、刚度、防水性、耐久性的同时，通过顶板结构敞口式作业条件以提高管节混凝土浇筑施工的便利性，保证施工质量，同时可采用普通混凝土，大大节省了造价，该结构和施工方法适用于水下浮态浇筑施工的沉管隧道，也可应用其它各种条件下的沉管隧道。

Description

沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及沉管隧道技术领域，尤其涉及一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构及其制造方法。

背景技术

目前，国内已建成的沉管隧道用管节主体结构的构造形式采用一般钢筋混凝土结构或钢壳混凝土组合结构。

钢筋混凝土结构的制作步骤包括：通过架设模板、绑扎钢筋骨架和浇筑混凝土，混凝土冷凝后与钢筋骨架形成整体受力结构。普通建设条件下混凝土结构沉管管节具有施工便利、技术成熟、工程经济性好等特点。

钢壳混凝土结构的制作步骤包括：通过封闭外包钢壳(腔体形式)、横纵向加劲肋板、横纵向钢隔板或钢桁架及充填于钢壳中的混凝土。钢壳混凝土结构能够提高管节结构的强度、刚度、防水性、耐久性等多种性能，可用于高水压、大埋深、大跨度、高防水性、高耐久性或其他特殊要求下的沉管管节结构。

当沉管隧道遇到高水压、大埋深、大跨度、高防水、高耐久性及其他特殊要求时，钢筋混凝土结构由于所需配置的钢筋过多而导致浇筑混凝土极为困难、甚至无法浇筑，而钢壳混凝土组合结构采用全封闭钢壳(腔体形式)，对于顶板，浇筑较困难，易形成脱空，降低结构的承载能力，且混凝土必须采用特殊配制的自密实混凝土，造价昂贵。而且，当隧道建设缺乏干坞或预制场建设场地或者建设干坞的经济性很差时，要求管节钢壳采用水中浮式浇筑混凝土时，顶板的封闭结构十分不利于浇筑质量的控制和工期保障。

发明内容

本发明提供一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构及其制造方法，用以解决现有技术中采用钢筋混凝土结构或钢壳混凝土组合结构导致的浇注困难的缺陷。

本发明提供一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，包括：顶板结构、外墙结构、中墙结构和底板结构，所述顶板结构、所述外墙结构和所述底板结构围设形成管节结构，

所述顶板结构具有敞口部，所述顶板结构包括钢板组件、连接件和钢筋，所述钢筋通过所述连接件与所述钢板组件连接并形成骨架结构，通过所述敞口部向所述骨架结构浇注混凝土；

所述外墙结构、所述中墙结构和所述底板结构均包括封闭外包钢壳，所述封闭外包钢壳内浇注混凝土。

根据本发明提供的一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，所述钢板组件包括：

钢板，所述钢板拼接并形成具有敞口部的腔室，所述钢筋设置于所述敞口部；

多根第一加劲肋，所述第一加劲肋固定于所述钢板上；

多根第二加劲肋，所述第二加劲肋固定于所述钢板上，且与所述第一加劲肋交叉设置。

根据本发明提供的一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，所述第一加劲肋和所述第二加劲肋形成通孔，以使所述混凝土通过。

根据本发明提供的一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，所述第一加劲肋包括扁加劲肋和/或T型加劲肋，所述第二加劲肋包括扁加劲肋和/或T型加劲肋。

根据本发明提供的一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，所述钢筋包括：

多根第一钢筋，所述第一钢筋通过连接件与所述钢板组件连接；

多根第二钢筋，所述第二钢筋与所述第一钢筋交叉固定。

根据本发明提供的一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，所述钢筋还包括：多根第三钢筋，所述第三钢筋与所述第一钢筋平行固定，且所述第三钢筋设置于所述第二钢筋远离所述第一钢筋的一侧。

根据本发明提供的一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，所述连接件包括箍筋和/或拉筋，所述箍筋和/或所述拉筋的一端与所述钢板组件连接，所述箍筋和/或所述拉筋的另一端与所述钢筋连接。

本发明还提供一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构的制作方法，针对本发明实施例提供的沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构的制作方法，其包括：

S1、划分节段，加工并安装每个所述节段的顶板结构的钢板组件；

S2、将钢板组件、连接件和钢筋连接组成骨架结构；

S3、于底板结构的封闭外包钢壳内浇注混凝土；

S4、通过顶板结构的敞口部向所述骨架结构及外墙结构和中墙结构浇注混凝土。

根据本发明提供的一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构的制作方法，所述S2具体包括：

S21、将第一加劲肋和第二加劲肋与钢板进行焊接，所述钢板拼接形成具有敞口部的腔室；

S22、在所述腔室的敞口部安装第一钢筋、第二钢筋和第三钢筋，将所述第一钢筋、所述第二钢筋和所述第三钢筋捆扎起来，并利用箍筋和/或拉筋将所述第一钢筋、所述第二钢筋和所述第三钢筋与钢板连接起来；

S23、通过所述敞口部向所述腔室中充填混凝土，并进行振捣。

根据本发明提供的一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构的制作方法，所述钢板组件、所述连接件和所述钢筋均为工厂预制完成。

本发明提供的一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构及其制造方法，其由顶板结构、外墙结构、中墙结构和底板结构构成，其中顶板结构采用了钢板-钢筋混凝土结构，外墙结构、中墙结构和底板结构采用了钢壳混凝土结构，能够在满足管节结构的整体强度、刚度、防水性、耐久性的同时，通过顶板结构敞口式作业条件以提高管节混凝土浇筑施工的便利性，保证施工质量，同时可采用普通混凝土而无需采用特殊配制的自密实混凝土，大大节省了造价，该结构和施工方法适用于水下浮态浇筑施工的沉管隧道，也可应用其它各种条件下的沉管隧道。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是本发明提供的沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构的横断面构造图；

图2是图1中顶板结构的A的局部示意图；

图3是本发明提供的T形加劲肋的主视图；

图4是本发明提供的T形加劲肋的左视图；

图5是本发明提供的扁加劲肋的主视图；

图6是本发明提供的沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构的制作方法的流程图。

附图标记：

10：顶板结构；11：钢板；12：第一加劲肋；13：第二加劲肋；14：第一钢筋；15：第二钢筋；16：第三钢筋；17：箍筋；18：通孔；20：外墙结构；21：注入孔；30：底板结构；40：中墙结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图5描述本发明的一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构。该沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构包括：顶板结构10、外墙结构20、中墙结构40和底板结构30，顶板结构10、外墙结构20、中墙结构40和底板结构30围设形成管节结构。

其中，外墙结构20、中墙结构40和底板结构30均包括封闭外包钢壳，其作为外壳，通过注入孔21向封闭外包钢壳内部浇注混凝土，从而形成外墙结构20和底板结构30。即上述的外墙结构20和底板结构30均采用了钢壳混凝土结构。

顶板结构10包括钢板组件、连接件和钢筋，钢筋通过连接件与钢板组件连接并形成骨架结构，通过敞口部向骨架结构浇注混凝土。具体来说，本实施例中的钢板组件一般可采用钢板11作为主体支撑结构，即顶板结构10采用的是钢板-钢筋混凝土结构，通过钢板组件、连接件和钢筋组成骨架结构，再利用混凝土进行浇注。本实施例中的顶板结构10采用了钢板-钢筋混凝土结构，其可以直接在钢板11、连接体和钢筋构成的骨架结构的敞口区域浇注混凝土，提高了浇注便利性。

进一步地，上述的顶板结构10、外墙结构20、中墙结构40和底板结构30均采用普通混凝土而无需采用特殊配制的自密实混凝土，大大节省了造价。

本发明提供的一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，其由顶板结构10、外墙结构20、中墙结构40和底板结构30构成，其中顶板结构10采用了钢板-钢筋混凝土结构，外墙结构20、中墙结构40和底板结构30采用了钢壳混凝土结构，能够在满足管节结构的整体强度、刚度、防水性、耐久性的同时，通过顶板结构10敞口式作业条件以提高管节混凝土浇筑施工的便利性，保证施工质量，同时可采用普通混凝土而无需采用特殊配制的自密实混凝土，大大节省了造价，该结构适用于水下浮态浇筑施工的沉管隧道，也可应用其它各种条件下的沉管隧道。

在本发明的其中一个实施例中，钢板组件包括：钢板11、多根第一加劲肋12和多根第二加劲肋13。钢板11作为钢板组件的主体，将第一加劲肋12和第二加劲肋13焊接在钢板11上。具体来说，钢板11拼接并形成具有敞口部的腔室，钢筋设置于敞口部；第一加劲肋12固定于钢板11上；第二加劲肋13固定于钢板11上，且与第一加劲肋12交叉设置。例如，第一加劲肋12为横向设置，第二加劲肋13则为纵向设置，二者在钢板11上形成交叉固定设置，以提高强度。

在本发明的其中一个实施例中，第一加劲肋12和第二加劲肋13形成通孔18，以使混凝土通过。具体来说，第一加劲肋12和第二加劲肋13形成的通孔18为多个，且通孔18沿加劲肋的长度方向等距离设置。

在本发明的其中一个实施例中，如图3至图5所示，第一加劲肋12包括扁加劲肋和/或T型加劲肋，第二加劲肋13包括扁加劲肋和/或T型加劲肋。在本实施例中，第一加劲肋12和第二加劲肋13可采用扁加劲肋或T型加劲肋，如图2所示，本实施例中横向加劲肋(即第一加劲肋12)采用扁加劲肋，纵向加劲肋(即第二加劲肋13)采用T型加劲肋。

在本发明的其中一个实施例中，钢筋包括：多根第一钢筋14和多根第二钢筋15。第一钢筋14通过连接件与钢板组件的钢板11连接；第二钢筋15与第一钢筋14交叉固定。具体来说，在本实施例中第一钢筋14为横向设置，第二钢筋15为纵向设置，二者交叉设置形成网状钢筋结构。

在本发明的其中一个实施例中，钢筋还包括：多根第三钢筋16，第三钢筋16与第一钢筋14平行固定，且第三钢筋16设置于第二钢筋15远离第一钢筋14的一侧。在本实施例中，第三钢筋16与第一钢筋14平行，第一钢筋14位于第二钢筋15的上方，而第三钢筋16则位于第二钢筋15的下方，第一钢筋14、第二钢筋15和第三钢筋16通过焊接或捆扎为一体，通过连接件与钢板11连接起来。

在本发明的其中一个实施例中，连接件包括箍筋17和/或拉筋，箍筋17和/或拉筋的一端与钢板组件连接，箍筋17和/或拉筋的另一端与钢筋连接。在本实施例中，连接件可采用箍筋17或者拉筋，钢筋通过箍筋17和/或拉筋固定在钢板11的上方，可以理解的是，箍筋17和/或拉筋为垂直于钢板11设置。

如图6所示，本发明还提供一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构的制作方法，其是上述实施例中的沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构的制作方法，其步骤包括：

S1、划分节段，加工并安装每个节段的顶板结构10的钢板组件；

S2、将钢板组件、连接件和钢筋连接组成骨架结构；

S3、于底板结构30的封闭外包钢壳内浇注混凝土；

S4、通过顶板结构10的敞口部向骨架结构及外墙结构20和中墙结构40浇注混凝土。

具体来说，本发明提供的沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构的制作方法，对于顶板结构10和外墙结构20、底板结构30采用不同制作方法，顶板结构10采用钢板-钢筋混凝土结构结构，从顶部敞口部浇注混凝土；外墙结构20和底板结构30采用钢壳混凝土结构，从钢壳的注入孔21中浇注混凝土。

可以理解的是，通过不同数量及规格的节段进行组合，可以得到多种长度的沉管隧道管节。

本实施例提供的沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构的制作方法能够在满足管节结构的整体强度、刚度、防水性、耐久性的同时，通过顶板结构10敞口式作业条件以提高管节混凝土浇筑施工的便利性，保证施工质量，同时可采用普通混凝土而无需采用特殊配制的自密实混凝土，大大节省了造价，该结构适用于水下浮态浇筑施工的沉管隧道，也可应用其它各种条件下的沉管隧道。

在本发明的其中一个实施例中，S2具体包括：

S21、将第一加劲肋12和第二加劲肋13与钢板11进行焊接，钢板11拼接形成具有敞口部的腔室；

S22、将多个节段的钢板11结构拼接形成管节整体钢板11结构，在腔室的敞口部安装第一钢筋14、第二钢筋15和第三钢筋16，将第一钢筋14、第二钢筋15和第三钢筋16捆扎起来，并利用箍筋17和/或拉筋将第一钢筋14、第二钢筋15和第三钢筋16与钢板11连接起来；

S23、在管节内部设置若干支撑，用以减小混凝土浇筑过程中钢板11变形程度，通过敞口部向腔室中充填混凝土，并进行振捣。

在本实施例中，顶板结构10的制作分为四个步骤，即钢板11制作、钢筋制作、钢板11-钢筋连接和浇注混凝土。其中，钢板11作为顶板结构10的底部主要为受拉区的受力构件及混凝土浇筑底模，钢板11安装加劲肋提高其横向和纵向的结构强度和刚度；钢筋通过横向和纵向捆扎并形成双层结构的网状钢筋结构，受力均匀；利用箍筋17和/或拉筋连接钢板11和钢筋，以箍筋17为例：箍筋17起到连接钢板11和顶层钢筋的作用，承受顶板截面竖向剪力，箍筋17下端与钢板11焊接，同时兼作底部钢板11与混凝土连接界面的抗剪连接件，提高二者的连接稳定性；最后对其浇注混凝土，形成钢板-钢筋混凝土结构。

在发明的其中一个实施例中，钢板组件、连接件和钢筋均为工厂预制完成，并可在现场进行拼接，拼接完成后再进行混凝土浇注，预制的结构件方便运输和现场施工。

在发明的其中一个实施例中，作为优选，所有钢材采用高性能钢材(即Q355钢材及以上)；作为优选，内部充填混凝土采用高标号混凝土(C40混凝土及以上)；作为优选，钢板11厚度根据不同部位取12mm～30mm之间，包含预留一定的腐蚀厚度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，包括：顶板结构、外墙结构、中墙结构和底板结构，所述顶板结构、所述外墙结构、所述中墙结构和所述底板结构围设形成管节结构，其特征在于，

所述顶板结构具有敞口部，所述顶板结构包括钢板组件、连接件和钢筋，所述钢筋通过所述连接件与所述钢板组件连接并形成骨架结构，通过所述敞口部向所述骨架结构浇注混凝土；

所述外墙结构、中墙结构和所述底板结构均包括封闭外包钢壳，所述封闭外包钢壳内浇注混凝土；

所述钢板组件包括：

钢板，所述钢板拼接并形成具有敞口部的腔室，所述钢筋设置于所述敞口部；

多根第一加劲肋，所述第一加劲肋固定于所述钢板上；

多根第二加劲肋，所述第二加劲肋固定于所述钢板上，且与所述第一加劲肋交叉设置；

所述钢筋包括：

多根第一钢筋，所述第一钢筋通过连接件与所述钢板组件连接；

多根第二钢筋，所述第二钢筋与所述第一钢筋交叉固定；

所述钢筋还包括：多根第三钢筋，所述第三钢筋与所述第一钢筋平行固定，且所述第三钢筋设置于所述第二钢筋远离所述第一钢筋的一侧；

所述连接件包括箍筋和/或拉筋，所述箍筋和/或所述拉筋的一端与所述钢板组件连接，所述箍筋和/或所述拉筋的另一端与所述钢筋连接；

所述沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构的制作方法，包括：

S1、划分节段，加工并安装每个所述节段的顶板结构的钢板组件；

S21、将第一加劲肋和第二加劲肋与钢板进行焊接，所述钢板拼接形成具有敞口部的腔室；

S22、在所述腔室的敞口部安装第一钢筋、第二钢筋和第三钢筋，将所述第一钢筋、所述第二钢筋和所述第三钢筋捆扎起来，并利用箍筋和/或拉筋将所述第一钢筋、所述第二钢筋和所述第三钢筋与钢板连接起来；

S23、通过所述敞口部向所述腔室中充填混凝土，并进行振捣；

S3、于底板结构的封闭外包钢壳内浇注混凝土；

S4、通过顶板结构的敞口部向所述骨架结构及外墙结构和中墙结构浇注混凝土。

2.根据权利要求1所述的沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，其特征在于，所述第一加劲肋和所述第二加劲肋形成通孔，以使所述混凝土通过。

3.根据权利要求1所述的沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，其特征在于，所述第一加劲肋包括扁加劲肋和/或T型加劲肋，所述第二加劲肋包括扁加劲肋和/或T型加劲肋。

4.根据权利要求1所述的沉管隧道用管节钢板混凝土组合结构，其特征在于，

所述钢板组件、所述连接件和所述钢筋均为工厂预制完成。

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