CN116277469A - 一种盾构管片、制备方法及盾构环管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盾构管片、制备方法及盾构环管，制备方法包括：S1.制作用于起支撑作用的异形筋骨架；S2.将所述异形筋骨架置入钢模中；S3.制作包括浸胶结构型纤维minibar的混凝土；S4.对所述钢模浇筑所述混凝土，形成浇筑体；S5.将所述浇筑体脱模形成所述盾构管片。本发明的方法制备的盾构管片具有高稳定性、高延性、防渗性能好、安全性好、耐腐蚀性和整体结构的耐久性能。
Description
技术领域
本发明属于地铁盾构隧道技术领域，具体涉及一种盾构管片、制备方法及盾构环管。
背景技术
隧道是生命线工程的重要组成部分之一，其承载性能直接关系到城市轨道交通建设的可持续发展。因盾构隧道所处岩土赋存条件复杂，随着服役年限增加，逐渐出现各类病害；盾构环管是盾构法隧道的永久衬砌结构，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构环管质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。故盾构管片作为盾构隧道结构的重要组成部分，需要满足承载力要求的同时还需要有足够的刚度和耐久性来满足隧道的变形控制和抗渗要求。同时，盾构环管的破损和内部钢筋内部的腐蚀是使得隧道衬砌结构发生整体性破坏的主要原因，从而造成地铁隧道相关事故。目前这种普通钢筋混凝土的盾构隧道的破坏是由变形过大、管片钢筋被腐蚀致使结构整体降低或失去承载力，因此，传统的耐腐蚀盾构环管的耐腐蚀效果比较差，且盾构环管的接缝处容易出现渗水的风险，同时防水效果和密封性也比较差，因此，拼接后的稳定性很难保证。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种盾构管片、制备方法及盾构环管，用于解决现有技术中存在的盾构环管在使用过程中所出现的延性差，稳定性差、抗渗性差、耐久性能弱等技术问题。
一种盾构管片的制备方法，包括如下步骤：
S1.制作用于起支撑作用的异形筋骨架；
S2.将所述异形筋骨架置入钢模中；
S3.制作包括浸胶结构型纤维minibar的混凝土；
S4.对所述钢模浇筑所述混凝土，形成浇筑体；
S5.将所述浇筑体脱模形成所述盾构管片。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S1包括：S11.根据设计的模具制作一定数量的弧形玄武岩纤维筋BFRP闭合筋；
S12.在所有的平行设置的BFRP闭合筋之间粘结有一定数量的箍筋，形成异形筋骨架；
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S12包括所有的所述箍筋间隔一定距离与每个弧形BFRP闭合筋粘接，且每一所述箍筋均与粘接处的所述弧形BFRP闭合筋的弧面垂直。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述箍筋的尺寸不同，在所述弧形BFRP闭合筋的拱腹处尺寸最大，且所有的粘接采用环氧树脂胶结剂。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S3包括：首先将浸胶结构型纤维minibar倒入砂子中进行干拌60s；然后将水泥、粉煤灰和碎石再倒入搅拌机中进行搅拌60s；最后加水和添加剂，进行湿拌60s制得。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在S5之后还包括将盾构管片进行蒸养、修补和养护的步骤。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述BFRP闭合筋和所述箍筋采用深螺纹筋，所述BFRP闭合筋的直径大于等于16mm,所述箍筋的直径大于等于14mm。
本发明还提供了一种盾构管片，所述盾构管片采用所述的制备方法制得，包括混凝土层和异形筋骨架，且所述混凝土层包裹所述异形筋骨架。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述混凝土层在所述盾构管片各处的厚度相同。
本发明还提供了一种盾构环管，所述盾构环管包括至少四片所述的盾构管片，每个盾构管片之间粘接连接。
本发明的有益效果
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
(1)高稳定性：盾构管片采用深螺纹BFRP闭环筋代替现有盾构管片中的钢筋，且筋与筋之间用树脂粘结，具有高稳定性的优势，BFRP闭环筋整体协同受力，提高了管片的整体强度和刚度，从而可达到高稳定性效果。
(2)高延性：采用浸胶结构型纤维minibar掺入，管片混凝土层的延性大幅度提高，可提高衬砌整体结构的变形控制和刚度，满足使用要求；
(3)防渗性能好：在混凝土配合比中掺入定量浸胶结构型纤维minibar，浸胶结构型纤维minibar参与混凝土的水化反应，可减少管片混凝土中的孔隙率，提高混凝土密实度，从而提高管片整体的防水效果和抗渗能力。
(4)安全性：与普通钢筋混凝土盾构管片相比，含有minibar的混凝土保护层属高性能混凝土，且BFRP筋与这种混凝土的粘结力增强(BFRP筋与混凝土均属于无机物，粘结性能较好)、可防止界面发生剥离与滑移破坏；
(5)耐久性：BFRP闭环筋属于典型耐腐蚀无机物，性能稳定，可长期处于地下密闭环境中，保证管片的耐腐蚀性，提高整体结构的耐久性能；
(6)经济效益：与普通钢筋混凝土盾构管片相比，本管片大幅度减小了钢材用量，且由于混凝土属高延性、高性能混凝土，混凝土保护层厚度可适当减少，这样可大幅度减少管片自重，减少运输费用。另外，BFRP筋和浸胶结构型纤维均属于环保材料，原料为大理石、花岗岩等，可就地取材，故应用于盾构管片中，可提高隧道盾构管片的使用寿命；
附图说明
图1为本发明的实施例中盾构环管的示意图；
图2为本发明的实施例中盾构管片的结构整体示意图；
图3为本发明的实施例中盾构管片三维示意图；
图4为本发明的实施例中管片新型结构异形筋笼示意图；
图5为本发明的实施例中异形闭环筋二维示意图；
图6为本发明的实施例中闭合筋与箍筋连接示意图；
图7为本发明的实施例中沿图2中1-1管片截面配筋图；
图8为本发明的实施例中沿图2中2-2管片截面配筋图；
图9为本发明的实施例中沿图2中1-1管片截面结构图；
图10为本发明的实施例中沿图2中2-2管片截面结构图；
图11为本发明的实施例中的方法流程图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，本发明内容包括但不限于下文中的具体实施方式，相似的技术和方法都应该视为本发明保护的范畴之内。为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
应当明确，本发明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。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
如图11所示，本发明的一种盾构管片的制备方法，包括如下步骤：S1.制作用于起支撑作用的异形筋骨架；
S2.将所述异形筋骨架置入钢模中；
S3.制作包括浸胶结构型纤维minibar的混凝土；
S4.对所述钢模浇筑所述混凝土，形成浇筑体；
S5.将所述浇筑体脱模形成所述盾构管片。
优先地。所述S1包括：S11.根据设计的模具制作一定数量的弧形玄武岩纤维筋BFRP闭合筋；
S12.在所有的平行设置的BFRP闭合筋之间粘结有一定数量的箍筋，形成异形筋骨架；
优先地，所述弧形BFRP闭合筋长度至少为同圆心的圆周长的四分之一。
优先地，所述S12包括所有的所述箍筋间隔一定距离与每个弧形BFRP闭合筋粘接，且每一所述箍筋均与粘接处的所述弧形BFRP闭合筋的弧面垂直。
优先地，所述箍筋的尺寸不同，在所述弧形BFRP闭合筋的拱腹处尺寸最大，且所有的粘接采用环氧树脂胶结剂。
优先地，所述S3包括：首先将浸胶结构型纤维minibar倒入砂子中进行干拌60s；然后将水泥、粉煤灰和碎石再倒入搅拌机中进行搅拌60s；最后加水和添加剂，进行湿拌60s制得。
优先地，所述方法在S5之后还包括将盾构管片进行蒸养、修补和养护的步骤。
优先地，所述BFRP闭合筋和所述箍筋采用深螺纹筋，所述BFRP闭合筋的直径大于等于16mm,所述箍筋的直径大于等于14mm。
本发明制备盾构管片的具体过程如下：
(1)首先根据闭合筋的尺寸和要求进行闭合筋的模具设计和制作；
(2)根据筋笼工艺要求进行BFRP闭合筋2的生产，BFRP闭合筋2作为盾构管片的主要受力筋，如图5所示，采用玄武岩纤维筋BFRP(Basalt Fiber Reinforced Plastics)，BFRP闭合筋2在一个管片中具体设置8个，平行设置，间距为110mm；该BFRP闭合筋2采用高强度的玄武岩纤维及乙烯基树脂进行在线拉挤、缠绕、表面涂覆和复合成型，此BFRP闭合筋2可连续生产成不同形状的玄武岩纤维筋以便设计和使用。该BFRP闭合筋2强度高抗腐蚀、防火、防水、轻量、原料就地取材，环保，且得益于筋的闭合优势，可有效提高结构的整体稳定性，
(3)将BFRP闭合筋2与BFRP箍筋3采用特制环氧树脂系胶结剂粘热熔处理后进行粘结并固定，完成BFRP筋笼初步骨架，一个盾构管片中包括16个BFRP箍筋3，BFRP箍筋3与BFRP闭合筋2垂直布置，间隔50mm，如图4所示，BFRP箍筋3的性能与BFRP闭合筋2相同；
(4)BFRP闭合筋2固定好后在拱腹部位置用尺寸较大的BFRP箍筋3将其进行加固后，分别对其采用特制环氧树脂系胶结剂4进行粘结，如图6所示，这里BFRP闭合筋(也可称为闭环筋)2和BFRP箍筋3之间通过特制环氧树脂系胶结剂4粘结将筋融为一体，比普通的扎丝绑扎以及焊接更加牢固，经过热工艺处理后形成异形筋骨架；
(5)将钢模合拢，在钢模的中间和两端打入定位销，拧入定位螺栓；再将异形筋骨架放于钢模的中间，底面采用高强度塑料支架作为混凝土保护层，保证异形筋骨架与钢模上的螺栓手孔芯棒无触碰，设置螺栓手孔芯棒是为了方便浇筑，异形筋骨架入模后全面检查异形筋骨架及预埋件的安装质量，并详细记录于记录表中；
(6)制作高延性、高性能混凝土：首先将适当掺量的浸胶玄武岩结构纤维minibar倒入砂子中进行干拌60s，然后将水泥、粉煤灰、碎石等再倒入搅拌机中进行搅拌60s，最后加水和适量添加剂，进行湿拌60s后出槽，其中，浸胶玄武岩结构纤维minibar的加入量为25KG/m3，加入比例为0.5％-1％，其和水泥等基体材料产生化学反应，促进混凝土的水化反应，与传统混凝土相比，可大大降低混凝土的孔隙率，增加密实度，从而提高混凝土强度，增加结构承载力；
(7)混凝土浇筑钢模：混凝土浇筑连续有规律的在钢模中间隔插入，并采用振动棒振捣，振至混凝土与钢模接触处或灌浆孔位置不再有喷射状气、水泡及表面泛浆为止，振捣过程中避免碰撞钢模及灌浆孔螺栓。振捣完毕后去钢模上的盖，先用铁板刮平，再用木蟹提浆，铁板压光，清除钢模边混凝土，形成盾构管片。
(8)在盾构管片的表面设置密封垫，有助于管片防水；盾构管片腹部外侧设置防滑圈，有助于穿插连接，进行锁紧操作；
(9)将混凝土浇筑成型之后，在盾构管片脱模之前对其采取全覆盖保湿措施，并在高延性、高性能混凝土凝固前，拔掉嵌在钢模内部设置的弯螺栓芯棒，弯螺栓芯棒在浇筑过程中能够有效保证弯芯棒顶紧模芯,避免发生漏浆；
(10)盾构管片脱模：先后拆除端板和侧板螺拴，当满足设计的抗压强度的30％时进行起吊，起吊时保护盾构管片的钢模，禁止硬撬硬敲。脱模后盾构管片用液压式管片翻身架将其翻转90°成立式状态，在厂房内的临时中转区堆放排列整齐，并搁置在柔性材料的垫条上，垫条厚度一致，搁置部位合理稳妥；冬季注意防风，还要对盾构管片加盖塑料布保护，使其尽量慢慢自然冷却，以减少收缩裂缝的产生。
(11)养护：将具有耐久性能的盾构管片放入蒸养室，蒸养结束后脱模、编号，检查具有耐久性能的盾构管片，并对表面破损进行修补；之后将盾构管片吊运入水池养护7—14天，水养结束后放到室外自然养护至28天。
本发明还提供了一种盾构管片，所述盾构管片采用本发明的所述的制备方法制得，包括混凝土层1和异形筋骨架，且所述混凝土层1包裹所述异形筋骨架，如图3、图4和图5所示。
优先地，所述混凝土层1在弧形的盾构管片各处的厚度相同。
本发明还提供了一种盾构环管，所述盾构环管包括至少四片本发明述的盾构管片，优选地，如图1所示，盾构环管采用6片盾构管片来组成，其中3片作为标准块，2片作为邻接块，1片作为封顶块，管片之间采用弯螺栓连接，最后用止水带等胶合密封。
如图4和图5所示，BFRP箍筋3和BFRP闭合筋2均采用深螺纹筋5，深螺纹筋5用于增大BFRP箍筋3与混凝土的粘结力。深螺纹筋5的直径大于等于16mm；上述箍筋均采用大尺寸箍筋，其直径大于等于14mm，并对箍筋弯折处进行了扁角预处理，扁角预处理可提高管片BFRP闭合筋2与3箍筋之间的咬合力，从而提高盾构管片整体的稳定性。
其中，高延性、强防水、高承载力混凝土的配比中，水灰比≤0.28，其抗压设计强度＞110MPa，且在混凝土中掺入适量minibar，不仅可提高管片混凝土的延性和承载力，还可减少普通管片混凝土中的孔隙率从而提高管片的防渗能力和抗裂能力。
其中，所述BFRP闭合筋在盾构管片上的弧形面上分布，相互之间的间距小于等于45cm×45cm。
本发明制成的盾构管片还包括设置于所述高延性能混凝土层1的翼缘上并贯穿所述混凝土层1翼缘的下表面并与所述螺栓孔的连通的手孔8。
如图7，图8、图9及图10所示，本发明具有耐久性能的盾构管片结构，包括(从上往下)：高延性、高性能能混凝土保护层1、扁角预处理大尺寸BFRP箍筋3、管片受力分布筋—BFRP闭合筋(纵向筋与横向筋)2、注浆孔螺旋筋和螺栓孔螺旋筋，所述注浆孔螺旋钢筋安装于所述注浆孔7内，所述螺栓孔螺旋筋安装于所述螺栓孔内。
本发明的对盾构管片的制备工艺中将BFRP闭合筋与BFRP箍筋之间的连接采用特殊环氧树脂胶粘剂粘合方式，在工艺上考技术含量较高。该种工艺比普通传统钢筋盾构管片的绑扎和焊接工艺更有优势，可提高筋与筋之间的咬合力和粘结性能。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。
Claims (10)
1.一种盾构管片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.制作用于起支撑作用的异形筋骨架；
S2.将所述异形筋骨架置入钢模中；
S3.制作包括浸胶结构型纤维minibar的混凝土；
S4.对所述钢模浇筑所述混凝土，形成浇筑体；
S5.将所述浇筑体脱模形成所述盾构管片。
2.根据权利要求1所述的盾构管片的制备方法，其特征在于，所述S1包括：S11.根据设计的模具制作一定数量的弧形玄武岩纤维筋BFRP闭合筋；
S12.在所有的平行设置的BFRP闭合筋之间粘结有一定数量的箍筋，形成异形筋骨架。
3.根据权利要求1或2任一项所述的盾构管片的制备方法，其特征在于，所述S12包括：所有的所述箍筋间隔一定距离与每个弧形BFRP闭合筋粘接，且每一所述箍筋均与粘接处的所述弧形BFRP闭合筋的弧面垂直。
4.根据权利要求3所述的盾构管片的制备方法，其特征在于，所述箍筋的尺寸不同，在所述弧形BFRP闭合筋的拱腹处尺寸最大，且所有的粘接采用环氧树脂胶结剂。
5.根据权利要求1所述的盾构管片的制备方法，其特征在于，所述S3包括：首先将minibar倒入砂子中进行干拌60s；然后将水泥、粉煤灰和碎石再倒入搅拌机中进行搅拌60s；最后加水和添加剂，进行湿拌60s制得。
6.根据权利要求1所述的盾构管片的制备方法，其特征在于，所述方法在S5之后还包括将盾构管片进行蒸养、修补和养护的步骤。
7.根据权利要求1所述的盾构管片的制备方法，其特征在于，所述BFRP闭合筋和所述箍筋采用深螺纹筋，所述BFRP闭合筋的直径大于等于16mm,所述箍筋的直径大于等于14mm。
8.一种盾构管片，其特征在于，所述盾构管片采用权利要求1-7任一项所述的制备方法制得，包括混凝土层和异形筋骨架，且所述混凝土层包裹所述异形筋骨架。
9.根据权利要求8所述的盾构管片，其特征在于，所述混凝土层在所述盾构管片各处的厚度相同。
10.一种盾构环管，其特征在于，所述盾构环管包括至少四片权利要求8-9任一项所述的盾构管片，每个盾构管片之间粘接连接。
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