CN219327543U - 一种拼接式碳纤维盾构隧道 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种拼接式碳纤维盾构隧道，是由一个以上的盾构管片，沿盾构隧道纵向和环向，通过相邻两个盾构管片错缝拼接在一起得到；所述盾构管片为弧线形，截面为矩形，采用碳纤维复合材料制成。在盾构管片的四周侧面设置有安装槽和榫头孔，拼接后安装槽内均填充有橡胶条；相邻盾构管片通过圆形榫头插入榫头孔连接在一起，安装完成后在榫头孔内灌注环氧浆液。采用该盾构管片制作的盾构隧道自重小，强度高，耐腐蚀，施工安装方便，能够有效地预防隧道建设与运营过程中出现的隧道管片开裂渗水、结构腐蚀以及冻害等问题。碳纤维材料制作的盾构管片表面光洁，在美化隧道内环境的同时，节约了隧道内装的费用。

Description

一种拼接式碳纤维盾构隧道

技术领域

本实用新型涉及盾构法施工隧道技术领域，特别涉及一种碳纤维盾构管片及其拼接组装盾构隧道的用途。

背景技术

随着我国城市地铁和水底隧道的迅猛发展，盾构法在隧道工程施工中得到了广泛的应用和发展。目前盾构隧道衬砌大多采用装配式盾构隧道管片，盾构管片承担着抵抗围岩压力、水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片的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。目前的盾构管片采用普通混凝土材料制作而成，通过对盾构管片进行拼装形成盾构隧道，混凝土管片作为盾构隧道的永久性衬砌结构。衬砌管片作为盾构隧道的主要承载结构，在浇筑、运输、拼装等施工过程中往往不可避免地产生各种缺陷。在盾构隧道正常运营的过程中，隧道衬砌除了承受围岩压力、水压力等以外，还承受车辆荷载等作用，在车辆荷载的长期反复作用下，混凝土管片施工中产生的裂隙将不断扩展、贯通。因此，目前常见的地铁隧道问题是：（1）管片出现开裂，裂缝大部分位于拱顶位置附近；（2）甚至严重的，因为混凝土耐久性差，水泥块掉落，进而导致隧道顶部开裂。

因此，隧道的病害防治已越来越成为工程界日益重视的问题。

实用新型内容

为了解决现有混凝土盾构隧道可能出现的混凝土管片开裂、水害、腐蚀和冻害等隧道病害问题，本实用新型提供了一种拼接式碳纤维盾构隧道，是由碳纤维盾构管片拼接而成，具有较高的受力性能，能有效地预防隧道建设与运营过程中出现的隧道管片开裂渗水、结构腐蚀以及冻害等问题，提高了隧道的使用寿命；而且管片层表面光洁，无需内装，在美化隧道内环境的同时，节约了隧道内装的费用。

一种拼接式碳纤维盾构隧道，是由一个以上的盾构管片，沿盾构隧道纵向和环向，通过相邻两个盾构管片错缝拼接在一起得到。

前述的一种拼接式碳纤维盾构隧道，所述盾构管片为弧线形，截面为矩形，采用碳纤维复合材料制成。

前述的一种拼接式碳纤维盾构隧道，所述的盾构管片的厚度为300 mm~500mm，其长度和宽度根据隧道断面的大小和施工条件确定。

前述的一种拼接式碳纤维盾构隧道，在所述盾构管片的四周侧面设置有安装槽和榫头/孔，四个拼接面的四个安装槽，首尾相连组成一个闭合回路，安装槽内均填充有橡胶条；当相邻的盾构管片之间的缝隙出现水时，遇水膨胀橡胶条会膨胀，防止盾构隧道出现水害；相邻盾构管片通过圆形榫头插入榫头孔连接在一起，安装完成后在榫头孔内灌注环氧浆液。

前述的一种拼接式碳纤维盾构隧道，当采用一个以上的盾构管片错缝拼接成盾构隧道时，每个盾构管片的宽度方向与盾构隧道的轴线平行，弧长均与盾构隧道的轴线垂直。

有益效果：本实用新型以碳纤维材料制作成新型结构模式的盾构管片；碳纤维材料具有超高性能的强度与耐腐蚀性能，提高了盾构管片的受力性能，采用该碳纤维盾构管片制作的盾构隧道能够有效地预防隧道建设与运营过程中出现的隧道管片开裂渗水、结构腐蚀以及冻害等问题，提高了隧道的使用寿命；碳纤维材料制作的管片层表面光洁，无需内装，在美化隧道内环境的同时，节约了隧道内装的费用。

附图说明

图1是本实用新型的盾构管片示意图；

图2是本由盾构拼接而成的盾构隧道示意图；

图中：1-盾构管片，2-安装槽，3-榫头孔，4-橡胶条，5-盾构隧道轴线。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1

如图1所示，一种碳纤维盾构管片，该盾构管片1整体为弧线形，在盾构管片的四周侧面设置有安装槽2和榫头孔3。管片采用碳纤维复合材料制成，截面为矩形。管片的厚度为300 mm~500mm，其长度和宽度可以根据隧道断面的大小和施工条件确定。

具体来说，盾构管片的每个拼接面设有一个安装槽，四个拼接面的四个安装槽，首尾相连组成一个闭合回路，安装槽的深度为20mm。盾构管片的每个拼接面设有两个榫头孔，其为圆形孔，孔径大小为100mm，深度为500mm。在拼接完成后上述四个拼接面的安装槽内均填充有橡胶条4。

当采用一个以上的盾构管片，沿盾构隧道纵向和环向，通过相邻两个盾构管片错缝拼接在一起时，得到图2所示的盾构隧道。相邻的两个盾构管片之间的安装槽填充遇水膨胀的橡胶条，当相邻的盾构管片之间的缝隙出现水时，遇水膨胀橡胶条会膨胀，防止盾构隧道出现水害。相邻的两个盾构管片通过圆形榫头插入榫头孔3连接在一起，安装完成后在榫头孔内灌注环氧浆液。

具体来说，如图2所示，当采用若干个盾构管片错缝拼接成盾构隧道时，每个盾构管片的宽度方向与盾构隧道的轴线平行，弧长均与盾构隧道轴线5垂直，盾构管片的拼接面均设置安装槽2和榫头（孔）3，每个安装槽2内均填充有遇水膨胀的橡胶条4，相邻的两个盾构管片通过安装槽2和榫头（孔）3连接在一起。

碳纤维是由有机纤维在惰性气体中经高温炭化合成的无机纤维。按原材料类型碳纤维可以分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、中间相沥青（MP）基碳纤维、粘胶（人造丝，RAYON）基碳纤维、酚醛基及其他碳纤维。聚丙烯腈纤维是以丙烯腈（AN）为主要链接结构单元的聚合物经过纺丝加工而制成的纤维；中间相沥青基碳纤维是通过热聚合高芳香含量的同性沥青得到的具有中间相或液晶结构的沥青，将其进行纺丝加工而制成的纤维。腈基碳纤维原丝弹性模量低（300GPa左右）而极限应变高，沥青基碳纤维则正好相反（弹性模量可达800GPa）。

碳纤维的主要性能: 密度小、质量轻,密度为1.5～2 g/cm3，相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2；强度、弹性模量高，其强度比钢大4～5 倍，弹性回复100%；具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；导电性好，25℃时高模量纤维为775μΩ.cm，高强度纤维为1500μΩ.cm；耐高温和低温性好，在3000℃非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；耐酸性好,对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质。

本实用新型中的盾构管片以碳纤维材料制作而成；碳纤维材料具有强度高、质量轻，特别是具有超高性能的耐久性能与耐腐蚀性能，极大地提高了盾构管片的受力性能，采用该盾构管片制作的盾构隧道能够有效地预防隧道施工与运营过程中出现的隧道开裂渗水、腐蚀和冻害问题；同时，碳纤维材料制作的盾构管片表面光洁，能够美化隧道内环境，节约了隧道运维和内装费用。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (4)

1.一种拼接式碳纤维盾构隧道，其特征在于，是由一个以上的盾构管片，沿盾构隧道纵向和环向，通过相邻两个盾构管片错缝拼接在一起得到；

在所述盾构管片的四周侧面设置有安装槽和榫头/孔，四个拼接面的四个安装槽，首尾相连组成一个闭合回路，安装槽内均填充有橡胶条；当相邻的盾构管片之间的缝隙出现水时，遇水膨胀橡胶条会膨胀，防止盾构隧道出现水害；相邻盾构管片通过圆形榫头插入榫头孔连接在一起，安装完成后在榫头孔内灌注环氧浆液。

2.根据权利要求1所述的一种拼接式碳纤维盾构隧道，其特征在于，所述盾构管片为弧线形，截面为矩形，采用碳纤维复合材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种拼接式碳纤维盾构隧道，其特征在于，盾构管片的厚度为300 mm~500mm，其长度和宽度根据隧道断面的大小和施工条件确定。

4.根据权利要求1所述的一种拼接式碳纤维盾构隧道，其特征在于，当采用一个以上的盾构管片错缝拼接成盾构隧道时，每个盾构管片的宽度方向与盾构隧道的轴线平行，弧长均与盾构隧道的轴线垂直。

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