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CN113006818A - 一种新型的不锈钢抗渗管片及其制备方法 - Google Patents

一种新型的不锈钢抗渗管片及其制备方法 Download PDF

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CN113006818A CN202110201149.6A CN202110201149A CN113006818A CN 113006818 A CN113006818 A CN 113006818A CN 202110201149 A CN202110201149 A CN 202110201149A CN 113006818 A CN113006818 A CN 113006818A
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余鑫
叶兴宇
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Abstract

本发明属于土木工程组合结构技术领域,公开了一种新型的不锈钢抗渗管片及其制备方法,不锈钢抗渗管片包括:不锈钢壳、不锈钢栓钉、结晶型混凝土;制备方法为:制作不锈钢壳,在不锈钢壳的内部底面焊接不锈钢栓钉;制备结晶型混凝土;在不锈钢壳的顶部盖上模具并通过模具上的预留孔进行混凝土浇筑,在混凝土浇筑完毕后,开启10秒左右的弱震;振动结束后打开顶部模具,对管片外弧面进行人工收面,最后放下模具盖板并支好;采用养护膜包裹养护法进行养护即可得到新型不锈钢抗渗管片。本发明通过不锈钢栓钉让不锈钢壳与结晶型混凝土组合工作并提升组合管片的整体力学性能,使结构更加安全可靠;并且其抗渗、耐腐蚀和耐久性能得到了提升。

Description

一种新型的不锈钢抗渗管片及其制备方法
技术领域
本发明属于土木工程组合结构技术领域,尤其涉及一种新型的不锈钢抗渗管片及其制备方法。
背景技术
目前,现阶段随着社会经济的不断向前发展,城市内部的人口数量正在不断上涨,人们的日常出行拥堵问题受到了人们的广泛关注。为了有效缓解城市内部大量人口聚集所带来的交通压力,地铁工程正在不断建设和发展。在地铁工程的建设过程中,盾构法具有施工环境良好、开挖安全、掘进速度快、对环境影响小等优点,已经成为修建地铁隧道、跨江隧道和海底隧道的主要施工方法。盾构隧道管片是隧道结构的受力主体,是直接影响着隧道结构的安全性和耐久性的重要结构。
目前盾构隧道中通常采用C50或者C60的普通钢筋混凝土管片。由于普通混凝土抗拉强度低、脆性大等原因使得普通钢筋混凝土管片在运输和拼装过程中易出现崩边、崩角等破损和裂缝,影响其正常使用。此外普通钢筋混凝土管片厚度大且重,不仅提高了运输成本,还严重影响管片拼装的效率与质量。而普通钢筋混凝土管片在后期隧道运营过程中易出现开裂渗水且导致管片内部钢筋锈蚀,进而导致其抗冻融、抗有害离子侵蚀和抗碳化能力变差。
普通钢筋混凝土管片通常设置凹凸榫以提高管片间接缝刚度、控制不均匀沉降和改善接缝防水性能。但是,在拼装过程中凹凸榫位置易出现应力集中而发生破损或开裂,削弱了管片的防水性能。该类漏水问题严重降低了隧道的耐久性和结构安全性,缩短了隧道的使用寿命并大大提高了隧道的运营维护成本。
普通钢筋混凝土盾构管片的生产通常利用成品管片模具内绑扎钢筋骨架并密封浇灌混凝土成型。其混凝土主要采用高强抗渗混凝土,并通过高温蒸养的方式以确保混凝土可靠的承载力和防水性能。有些管片的混凝土中还掺入适量钢纤维或者合成纤维以改善管片韧性。相关的生产工艺繁琐且费时费工,对生产设备和加工工艺的要求高。
通过上述分析,现有技术存在的问题及缺陷为:
(1)现有的普通钢筋混凝土盾构管片由于开裂导致内部钢筋锈蚀进而使得其抗腐蚀和抗渗性能较差,大大限制了普通管片的使用寿命并增加后期维护修复成本。
(2)虽然在管片混凝土中加入纤维可改善管片韧性,但是混凝土内部结构及密实性并未得到明显改善,无法从根本上提高管片的力学性能和耐久性。同时钢筋混凝土结构管片也很难实现管片轻薄轻量化。
(3)管片外弧面为平整光滑面,其与注浆层的粘结力较弱,二者形成的衬砌结构整体性能较弱,共同抵抗围岩荷载的能力较差。
解决以上问题及缺陷的难度为:盾构管片材料是以普通混凝土材料为主,普通混凝土为脆性材料,容易发生裂缝,在安装和运输过程中难以保证其不发生裂缝;盾构管片不仅要满足结构自身的强度和刚度要求,还要承受隧道周围的水土压力和一些特殊的荷载作用,在复杂的地下结构中,还要防止隧道变形、坍塌和渗水现象,这就要求管片的设计比较复杂,也难以实现管片轻薄轻量化;管片外弧面和注浆层的粘结力难以提高。
解决以上问题及缺陷的意义为:盾构管片作为地铁隧道中永久性的支护结构,对于整个隧道的安全起着十分重要的作用,解决以上问题可以改善管片的抗腐蚀和抗渗性能,提高了隧道的耐久性和结构安全性,增加了隧道的使用寿命并大大降低了隧道的运营维护成本和运输成本。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种新型的不锈钢抗渗管片及其制备方法。
本发明是这样实现的,一种新型的不锈钢抗渗管片,所述新型的不锈钢抗渗管片包括:不锈钢壳、不锈钢栓钉、结晶型混凝土;不锈钢壳由一个底面、两个侧面和两个端面组成,不锈钢壳底面部分内表面焊接不锈钢栓钉,并在不锈钢壳内部填充结晶型混凝土。不锈钢壳的形状即管片的外表面,像模具一样将结晶型混凝土包裹在内部,不锈钢栓钉起着连接件的作用,将结晶型混凝土与不锈钢壳组合在一起,形成一个整体,共同抵抗外部荷载。该组合不锈钢管抗渗管片在使用后期隧道内部为不锈钢面,起到耐腐蚀耐高温的作用;而结晶混凝土与开挖土体相连,结晶混凝土会自修复混凝土内部的微裂缝;同时结晶混凝土会在与土体的接触面上沿着周围土体渗流的缝隙向其内部自生长结晶体,这不仅强化了与土体的连接,还能起到部分抗渗导流的效果。
本发明的另一目的在于提供一种新型的不锈钢抗渗管片制备方法,所述新型的不锈钢抗渗管片制备方法包括以下步骤:
步骤一,制作不锈钢壳,在不锈钢壳的内部底面焊接不锈钢栓钉;
步骤二,制备结晶型混凝土;
步骤三,在不锈钢壳的顶部盖上模具并通过模具上的预留孔进行混凝土浇筑,混凝土浇筑时,待混凝土布满模具进料口时,即可开启振动器进行分层浇筑,在混凝土浇筑完毕后,可开启10秒左右的弱震,以消除内弧面气泡;
步骤四,混凝土振动结束后,打开顶部模具,对管片外弧面进行人工收面,外弧面收抹平顺后,立即覆盖塑料薄膜以防表面失水过快,最后放下模具盖板并支好;
步骤五,采用养护膜包裹养护法进行养护,即通过将养护膜包裹粘附在管片上方混凝土的表面,以使得混凝土保持湿润并且避免其表面形成积水,养护周期为7天,养护7天后即可得到新型不锈钢抗渗管片。
进一步,步骤二中,所述结晶型混凝土的制备包括以下步骤:
(1)将水泥、再生粗骨料、细骨料、水按照比例在混凝土搅拌机中充分混合;
(2)加入所述重量份的水,充分搅拌10-15min;
(3)加入所述重量份的结晶材料,充分搅拌至混合均匀;
(4)出罐即得结晶型混凝土。
本发明另一目的在于提供一种所述的新型的不锈钢抗渗管片在修建地铁隧道施工上的应用、在跨江隧道施工上的应用、在海底隧道施工上的应用。
结合上述的所有技术方案,本发明所具备的优点及积极效果为:本发明提供的新型的不锈钢抗渗管片及其制备方法,不仅解决了混凝土骨料资源紧缺的问题,还可以有效提高混凝土的耐久性和抗渗性。而不锈钢具有良好的力学性能,同时兼具优良的抗爆抗冲击性能及耐腐蚀性,且生命周期内维护工作量小及成本低。采用不锈钢作为管片壳提,可有效提高管片的拼接效率与质量,同时管片间构造牢固且提高管片接缝的防水性能。另外不锈钢栓钉可合理高效的让不锈钢壳与结晶型混凝土组合工作并提升组合管片的整体力学性能。由于新型不锈钢组合管片外侧为结晶型混凝土,可有效提高管片结构的抗渗性,而混凝土内相应的结晶晶体可向周围土体生长提高管片的整体性。同时内侧为不锈钢壳本身就具有优良的抗渗耐腐蚀性能;双重保障提高该类组合管片的抗渗性和耐腐蚀性。该类新型管片整体力学性能的提高可有效减小隧道开挖直径,降低管片运输成本,减少管片在运输、拼装过程中的碰撞破损及开裂,提高拼装效率和准确性,提高隧道结构的耐久性,大幅降低隧道运营维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例,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是本发明实施例提供的新型的不锈钢抗渗管片剖面图。
图1中:1、不锈钢壳2、不锈钢栓钉3、结晶型混凝土。
图2是本发明实施例提供的新型的不锈钢抗渗管片整体结构示意图。
图3是本发明实施例提供的不锈钢栓钉结构示意图。
图4是本发明实施例提供的不锈钢壳结构示意图。
图5是本发明实施例提供的新型的不锈钢抗渗管片制备方法流程图。
图6是本发明实施例提供的结晶型混凝土的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种新型的不锈钢抗渗管片及其制备方法,下面结合附图对本发明技术方案作详细的描述。
如图1-图4所示,本发明实施例提供的新型的不锈钢抗渗管片包括:不锈钢壳1、不锈钢栓钉2、结晶型混凝土3;
不锈钢壳由一个底面、两个侧面和两个端面组成,不锈钢壳底面部分内表面均匀的焊接不锈钢栓钉,不锈钢壳内部填充结晶型混凝土。
如图5所示,本发明实施例提供的新型的不锈钢抗渗管片制备方法包括以下步骤:
S101,制作不锈钢壳,在不锈钢壳的内部底面焊接不锈钢栓钉;
S102,制备结晶型混凝土;
S103,在不锈钢壳的顶部盖上模具并通过模具上的预留孔进行混凝土浇筑,混凝土浇筑时,待混凝土布满模具进料口时,即可开启振动器进行分层浇筑,在混凝土浇筑完毕后,可开启10秒左右的弱震,以消除内弧面气泡;
S104,混凝土振动结束后,打开顶部模具,对管片外弧面进行人工收面,外弧面收抹平顺后,立即覆盖塑料薄膜以防表面失水过快,最后放下模具盖板并支好;
S105,采用养护膜包裹养护法进行养护,即通过将养护膜包裹粘附在管片上方混凝土的表面,以使得混凝土保持湿润并且避免其表面形成积水,养护周期为7天,养护7天后即可得到新型不锈钢抗渗管片;
如图6所示,步骤S102中,本发明实施例提供的结晶型混凝土的制备包括以下步骤:
S201,将水泥、再生粗骨料、细骨料、水按照比例在混凝土搅拌机中充分混合;
S202,加入所述重量份的水,充分搅拌10-15min;
S203,加入所述重量份的结晶材料,充分搅拌至混合均匀;
S204,出罐即得结晶型混凝土。
步骤S201中,本发明实施例提供的水泥、再生粗骨料、细骨料、水的比例如下表1所示:
表1各实施例原料用量
Figure BDA0002948983450000061
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,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,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型的不锈钢抗渗管片制备方法,其特征在于,所述新型的不锈钢抗渗管片制备方法包括以下步骤:
步骤一,制作不锈钢壳,在不锈钢壳的内部底面焊接不锈钢栓钉;
步骤二,制备结晶型混凝土;
步骤三,在不锈钢壳的顶部盖上模具并通过模具上的预留孔进行混凝土浇筑;
步骤四,混凝土振动结束后,打开顶部模具,对管片外弧面进行人工收面,外弧面收抹平顺后,覆盖塑料薄膜以防表面失水过快,放下模具盖板并支好;
步骤五,采用养护膜包裹养护法进行养护。
2.如权利要求1所述的新型的不锈钢抗渗管片制备方法,其特征在于,步骤二中,所述结晶型混凝土的制备包括以下步骤:
(1)将水泥、再生粗骨料、细骨料、水按照比例在混凝土搅拌机中充分混合;
(2)加入所述重量份的水,充分搅拌10-15min;
(3)加入所述重量份的结晶材料,充分搅拌至混合均匀;
(4)出罐即得结晶型混凝土。
3.如权利要求1所述的新型的不锈钢抗渗管片制备方法,其特征在于,所述步骤三混凝土浇筑时,待混凝土布满模具进料口时,即可开启振动器进行分层浇筑,在混凝土浇筑完毕后,开启10秒弱震,消除内弧面气泡。
4.如权利要求1所述的新型的不锈钢抗渗管片制备方法,其特征在于,所述步骤五包括:通过将养护膜包裹粘附在管片上方混凝土的表面,以使得混凝土保持湿润并且避免其表面形成积水,养护周期为7天,养得到新型不锈钢抗渗管片。
5.一种新型的不锈钢抗渗管片,其特征在于,所述新型的不锈钢抗渗管片包括:不锈钢壳、不锈钢栓钉、结晶型混凝土;不锈钢壳由一个底面、两个侧面和两个端面组成,不锈钢壳底面部分内表面均匀的焊接不锈钢栓钉,不锈钢壳内部填充结晶型混凝土。
6.如权利要求5所述的新型的不锈钢抗渗管片,其特征在于,所述不锈钢栓钉将结晶型混凝土与不锈钢壳组合在一起,形成一个整体。
7.如权利要求5所述的新型的不锈钢抗渗管片,其特征在于,所述结晶型混凝土与开挖土体相连,用于自修复混凝土内部的微裂缝;同时与土体的接触面上沿着周围土体渗流的缝隙向内部自生长结晶体。
8.一种如权利要求5~7任意一项所述新型的不锈钢抗渗管片在修建地铁隧道施工上的应用。
9.一种如权利要求5~7任意一项所述新型的不锈钢抗渗管片在跨江隧道施工上的应用。
10.一种如权利要求5~7任意一项所述新型的不锈钢抗渗管片在海底隧道施工上的应用。
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