CN116039112A - 一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺，先在组合钢管外进行三维编织，对组合钢管的腔体端部封口，然后在其外周表面依次铺设撕下层和导流网层，采用单向透气膜将封口的腔体端部与撕下层的边界包覆，单向透气膜的边缘与导流网层的边缘对齐，以此形成预制体，然后进行制袋过程，制袋过程包括在预制体的两个侧面铺设注胶管路和出胶管路，在具有出胶管路的铺设面采用单向透气膜将出胶管路覆盖并固定，注胶管路连接树脂桶，出胶管路连接树脂收集器，树脂收集器连接抽真空系统；抽真空后进行注胶并浸润，室温固化后得到填空腔体得到隧道用复合腔体加固结构；本发明成型工艺可以实现该结构的快速成型，且可以降低生产成本和生产周期。

Description

一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺

技术领域

本发明涉及隧道技术领域，具体涉及一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺。

背景技术

轨道交通已逐渐与人们的生活密不可分。伴随着越来越长的运营隧道里程，外加周边工程不当开挖以及地震等环境因素影响，往往会导致局部隧道结构产生负载变形，受潮腐蚀，长此以往，将严重影响隧道交通安全运营。

目前针对于隧道的加固结构主要为钢板支撑加固、粘贴复材板加固以及复材加固件补强。首先传统的钢板加固不仅本身自重大、易腐蚀，且机械化依赖程度高；其次复材板粘贴加固所需生产工作周期较长，粘接剂完全固化需要1-7天，严重影响隧道交通正常运营；而复材加固件补强生产周期长，且生产成本较高。

发明内容

为了解决现有生产隧道用复合腔体加固结构生产周期长、成本高的缺陷，而提供一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺。本发明的成型工艺可以实现复合腔体加固结构的快速成型，降低生产成本和生产周期。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺，包括如下步骤：

S1、对组合钢管的外周表面进行至少一次的增强纤维的三维编织处理，得到外周表面具有增强纤维编织层的编织组合钢管；

采用挡板对所述编织组合钢管的腔体端部封口，在其外周表面先包裹撕下层再包裹导流网层，在包裹所述导流网层前需要采用第一单向透气膜将所述挡板与所述撕下层的边界包覆，以此形成预制体；

S2、将所述预制体固定在工作台上进行制袋过程，所述制袋过程包括在所述预制体的一个侧面或者上表面铺设并固定注胶管路，在所述预制体的另一个侧面铺设并固定出胶管路，在所述预制体的一侧铺设第二单向透气膜并将所述出胶管路包裹在内，然后采用第一真空袋全包制袋；

所述注胶管路连通树脂桶，所述出胶管路连通树脂收集器，所述树脂收集器连通抽真空系统；

S3、打开所述抽真空系统的开关，在抽真空条件下，所述树脂桶中的树脂被注入至所述预制体表面直至将所述预制体浸润完全，然后切断注入的树脂，持续在抽真空作用下进行室温固化，脱模后得到复合空腔体结构，后续在空腔体中注入混凝土即可制得隧道用复合腔体加固结构。

进一步地，步骤S2中所述树脂收集器的制作过程是：所述出胶管路的端部与透气毡连接，采用第三单向透气膜将透气毡与出胶管路包裹并密封，外部全包第二真空袋并密封，所述第二真空袋上还包括与所述抽真空系统连通的真空泵接口；通过真空泵接口连接管路将所述树脂收集器与抽真空系统连通。

进一步地，步骤1中所述组合钢管是选取多根方形钢管平整放置并排排列后，沿着所述钢管的长度方向进行焊接得到，平整放置并排排列钢管是为了防止焊接错位严重变形；得到所述组合钢管后需要进行表面处理，以增加固化后树脂与增强纤维之间的粘结力；所述表面处理包括：打磨焊缝，刮胶填平钢管焊缝凹陷处以防后续树脂流入，用丙酮反复擦拭钢管表面以防杂质、污渍残留，影响复材成型。

进一步地，步骤S1中进行所述三维编织处理时，在所述组合钢管的腔体端部预留至少5cm的一截距离；所述增强纤维编织层的材料为碳纤维。

进一步地，步骤S1中所述挡板为钢板，采用压敏胶固定遮挡。钢板遮挡的作用是避免树脂流入腔体，影响成型后续混凝土的填充。

进一步地，步骤S1中所述撕下层包裹至所述挡板的边缘并固定，可采用压敏胶将挡板边缘的撕下层固定。

进一步地，步骤S1中所述导流网层的铺设需要覆盖所述增强纤维编织层的表面积，所述导流网层的边缘与所述第一单向透气膜的边缘对齐。

进一步地，所述树脂采用室温固化的液体树脂；所述室温固化的时间为24h。

有益技术效果：本发明的隧道用复合腔体加固结构的成型工艺，先在组合钢管外进行三维编织获得编织组合钢管，采用挡板对所述编织组合钢管的腔体端部封口，然后其外周表面依次铺设撕下层和导流网层，采用单向透气膜将挡板与撕下层的边界包覆，单向透气膜的边缘与导流网层的边缘对齐，以此形成预制体，然后进行制袋过程，制袋过程包括在预制体的两个侧面铺设注胶管路和出胶管路，在具有出胶管路的铺设面采用单向透气膜将出胶管路覆盖，这样在预制体的两个端部以及具有出胶管路的侧面上均具有单向透气膜，由于单向透气膜只能允许小分子气体透过而不允许大分子液体树脂透过，因此在这些位置设置单向透气膜可以防止液体树脂对抽真空系统的损坏，另外在制袋完成后出胶管路与抽真空系统之间还设有树脂收集器，树脂收集器中也具有单向透气膜，进一步防止液体树脂损坏抽真空系统，可避免树脂流入抽真空系统造成管路上真空接头、真空嘴以及整个抽真空系统的损坏，降低液体成型过程中的生产成本；另外三维编织相较于人工预浸料铺贴，可大大降低生产成本和生产周期；且相较于热压罐成型，采用液体树脂室温固化可大大降低了生产能耗。本发明的成型工艺可以实现复合腔体加固结构的快速成型，降低生产成本和生产周期。

附图说明

图1为实施例1中得到的编织组合钢管的结构示意图。

图2为实施例1中得到的制袋体沿其长度方向的截面结构示意图。

图3为实施例1得到的制袋体沿其宽度方向的剖面结构以及与其相连部件的示意图。

图4为实施例1中树脂收集器的剖面结构示意图。

图5为隧道用复合腔体加固结构产品结构示意图。

其中，1-组合钢管、2-增强纤维编织层、3-挡板、4-撕下层、5-导流网层、61-第一单向透气膜、62-第二单向透气膜、63-第三单向透气膜、7-工作台、8-注胶管路、81-球阀、9-出胶管路、101-第一真空袋、102-第二真空袋、1021-真空泵接口、11-树脂桶、12-树脂收集器、13-抽真空系统、14-透气毡、15-混凝土。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定单向透气膜、真空袋等词语，仅仅是为了便于对各操作步骤的单向透气膜、真空袋等进行名称上的区分，实施例中的单向透气膜及真空袋均为同一材质，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以下实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定；若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、或相关企业提出的标准要求进行。除非另有说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。

实施例1

一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺，包括如下步骤：

S1、选取多根相同尺寸方形钢管平整放置并排排列后，沿着所述钢管的长度方向进行焊接，焊接采用全焊勿用点焊，得到组合钢管1，然后进行表面处理，包括：打磨焊缝、刮胶填平钢管焊缝、用丙酮反复擦拭钢管表面等操作，目的是除杂、平整化，以增加固化后树脂与增强纤维之间的粘结力；

根据有限元提供的三维编织角度，将组合钢管放入模具夹具中，设定程序，对所得组合钢管的外周表面进行碳纤维的三维编织处理，得到外周表面具有材质为碳纤维的增强纤维编织层2，由此得到编织组合钢管，所得编织组合钢管的结构示意图如图1所示；进行所述三维编织处理时，在所述组合钢管的腔体端部预留至少5cm的一截距离，

采用挡板3对所述编织组合钢管的腔体端部封口，可采用压敏胶固定挡板3，在其外周表面先包裹撕下层4再包裹导流网层5，在包裹所述导流网层5前需要采用第一单向透气膜61将所述挡板3与所述撕下层4的边界包覆，其中所述撕下层4包裹至所述挡板3的边缘并固定，可采用压敏胶将挡板3边缘的撕下层4固定，所述导流网层5的铺设需要覆盖所述增强纤维编织层2的表面积，所述导流网层5的边缘与所述第一单向透气膜61的边缘对齐，以此形成预制体；

S2、将所述预制体固定在工作台7上进行制袋，所述制袋包括：在所述预制体的一个侧面或者上表面铺设并固定注胶管路8，在所述预制体的另一个侧面铺设并固定出胶管路9，在所述预制体的长度方向的整个侧面铺设第二单向透气膜62并将所述出胶管路9包裹在内，然后采用第一真空袋101全包制袋，得到制袋体；所述制袋体沿其长度方向的截面结构示意图如图2所示；

所述注胶管路8连通树脂桶11，所述出胶管路9连通树脂收集器12，所述树脂收集器12连通抽真空系统13；

树脂收集器12的制作过程是：所述出胶管路9的端部与透气毡14连接，采用第三单向透气膜63将透气毡14与出胶管路9的端部包裹并密封，外部全包第二真空袋102并密封，所述第二真空袋102上还包括与所述抽真空系统13连通的真空泵接口1021，通过真空泵接口1021连接管路将所述树脂收集器12与抽真空系统13连通；树脂收集器12的结构剖面示意图如图4所示；

经过以上步骤后得到的制袋体沿其宽度方向的剖面结构以及与其相连部件示意图如图3所示；

S3、打开所述抽真空系统13的开关，在抽真空作用下，所述树脂桶11中的树脂被注入达到所述预制体表面直至将所述预制体浸润完全，浸润完全后通过注胶管路8上的球阀81切断注入的树脂，持续在抽真空作用下进行室温固化24h，脱模后即制得复合空腔体结构，后续对复合空腔体结构的空腔体中注入混凝土15即得最终用于隧道的复合腔体加固结构产品，产品结构示意图如图5所示。

本发明在预制体的两个端部以及具有出胶管路的侧面上均具有单向透气膜，由于单向透气膜只能允许小分子气体透过而不允许大分子液体树脂透过，因此在这些位置设置单向透气膜可以防止液体树脂对抽真空系统的损坏，另外在制袋完成后出胶管路与抽真空系统之间还设有树脂收集器，树脂收集器中也具有单向透气膜，进一步防止液体树脂损坏抽真空系统，可避免树脂流入抽真空系统造成管路上真空接头、真空嘴以及整个抽真空系统的损坏，降低液体成型过程中的生产成本；另外三维编织相较于人工预浸料铺贴，可大大降低生产成本和生产周期；且相较于热压罐成型，采用液体树脂室温固化可大大降低了生产能耗。

本发明的成型工艺可以实现复合腔体加固结构的快速成型，降低生产成本和生产周期。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对组合钢管(1)的外周表面进行至少一次的增强纤维的三维编织处理，得到外周表面具有增强纤维编织层(2)的编织组合钢管；

采用挡板(3)对所述编织组合钢管的腔体端部封口，在其外周表面先包裹撕下层(4)再包裹导流网层(5)，在包裹所述导流网层(5)前需要采用第一单向透气膜(61)将所述挡板(3)与所述撕下层(4)的边界包覆，以此形成预制体；

S2、将所述预制体固定在工作台(7)上进行制袋过程，所述制袋过程包括在所述预制体的一个侧面或者上表面铺设并固定注胶管路(8)，在所述预制体的另一个侧面铺设并固定出胶管路(9)，在所述预制体的一侧铺设第二单向透气膜(62)并将所述出胶管路(9)包裹在内，然后采用第一真空袋(101)全包制袋；

所述注胶管路(8)连通树脂桶(11)，所述出胶管路(9)连通树脂收集器(12)，所述树脂收集器(12)连通抽真空系统(13)；

S3、打开所述抽真空系统(13)的开关，在抽真空作用下，所述树脂桶(11)中的树脂被注入至所述预制体表面直至将所述预制体浸润完全，然后切断注入的树脂，持续在抽真空条件下进行室温固化，脱模后得到复合空腔体结构，后续在空腔体中注入混凝土(15)即可制得隧道用复合腔体加固结构。

2.根据权利要求1所述的一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺，其特征在于，步骤S2中所述树脂收集器(12)的制作过程是：所述出胶管路(9)的端部与透气毡(14)连接，采用第三单向透气膜(63)将透气毡(14)与出胶管路(9)的端部包裹并密封，外部全包第二真空袋(102)并密封，所述第二真空袋(102)上还包括与所述抽真空系统(13)连通的真空泵接口(1021)；通过真空泵接口(1021)连接管路将所述树脂收集器(12)与抽真空系统(13)连通。

3.根据权利要求2所述的一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺，其特征在于，步骤S1中所述组合钢管(1)是选取多根方形钢管平整放置并排排列后，沿着所述钢管的长度方向进行焊接得到；得到所述组合钢管(1)后需要进行表面处理，所述表面处理包括：打磨焊缝，刮胶填平钢管焊缝凹陷处，用丙酮反复擦拭钢管表面。

4.根据权利要求2所述的一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺，其特征在于，步骤S1中进行所述三维编织处理时，在所述组合钢管(1)的腔体端部预留至少5cm的一截距离；所述增强纤维编织层(2)的材料为碳纤维。

5.根据权利要求2所述的一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺，其特征在于，步骤S1中所述挡板(3)为钢板，采用压敏胶固定。

6.根据权利要求2所述的一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺，其特征在于，步骤S1中所述撕下层(4)包裹至所述挡板(3)的边缘并固定。

7.根据权利要求2所述的一种隧道用复合腔体加固结构的成型工艺，其特征在于，步骤S1中所述导流网层(5)的铺设需要覆盖所述增强纤维编织层(2)的表面积，所述导流网层(5)的边缘与所述第一单向透气膜(61)的边缘对齐。

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