隧道襯砌用復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及地下工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及隧道襯砌用復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)，具體涉及隧道襯砌、及其內(nèi)柱結(jié)構(gòu)、復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)地下空間的開發(fā)利用，大跨度的地下工程越來(lái)越多，在這些大跨度的地下工程中，我國(guó)目前主要采用增加襯砌厚度來(lái)承擔(dān)圍巖荷載及結(jié)構(gòu)自身荷載，而襯砌越厚，結(jié)構(gòu)自身荷載越大，導(dǎo)致襯砌層厚度進(jìn)一步增大，在地下工程拱形襯砌結(jié)構(gòu)中，襯砌結(jié)構(gòu)主要以壓應(yīng)力為主，受力不合理，造成大量材料浪費(fèi)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種隧道襯砌、及其內(nèi)柱結(jié)構(gòu)、復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)，能夠解決大跨度地下工程襯砌層加厚造成鋼筋混凝土用量大，且受力不合理的問題。
[0004]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面提供一種隧道襯砌用復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)，為柱狀結(jié)構(gòu)，兩端分別為連接端，長(zhǎng)度為2-5米，柱徑為10-80毫米，所述復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的連接端設(shè)置向內(nèi)內(nèi)縮的臺(tái)階，供鋼管套筒套接。
[0005]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述臺(tái)階的側(cè)壁開有第一螺紋孔，所述鋼管套筒的側(cè)壁在與所述第一螺紋孔相疊加位置開有第二螺紋孔。
[0006]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述臺(tái)階的側(cè)壁開有第一錨孔，所述鋼管套筒的側(cè)壁在與第一錨孔相疊加位置開有第二錨孔。
[0007]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)由石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、微硅粉、礦渣粉及減水劑、水的混合物澆筑；混合比例為:以質(zhì)量計(jì)，425R普通硅酸鹽水泥:石英砂:微硅粉:礦渣粉:鋼纖維:減水劑、水為1:1.1?1.5:0.1?0.5:0.2?0.5:
1.0 ?3.0:0.01 ?0.03:0.1 ?0.4。
[0008]本實(shí)用新型另一個(gè)方面還提供了一種隧道襯砌的內(nèi)柱結(jié)構(gòu)，其包括多根矩陣排列的內(nèi)柱，每根所述內(nèi)柱由多根上述復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)串接而成，相鄰兩個(gè)所述復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)通過(guò)鋼管套筒套接；鋼管套筒套于所述復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的連接端并通過(guò)固定件與連接端固定連接。
[0009]本實(shí)用新型另一個(gè)方面還提供了一種隧道襯砌，包括上述隧道襯砌的內(nèi)柱結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)，所述混凝土結(jié)構(gòu)包裹所述內(nèi)柱結(jié)構(gòu)的每根內(nèi)柱。
[0010]通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)施例提供的隧道襯砌、及其內(nèi)柱結(jié)構(gòu)、復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)、及復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)備料、拌合、入模、振蕩成型、初養(yǎng)、終養(yǎng)預(yù)制得到復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)，將多個(gè)個(gè)復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)串聯(lián)拼接在一起，相鄰兩個(gè)復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)中間通過(guò)鋼管套筒(可優(yōu)選鋼筒)連接，拼接成隧道襯砌的內(nèi)柱結(jié)構(gòu)。內(nèi)柱結(jié)構(gòu)的每根內(nèi)柱周邊均包裹混凝土，內(nèi)柱結(jié)構(gòu)和混凝土形成的結(jié)構(gòu)組成隧道襯砌結(jié)構(gòu)。其中復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)由石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、微硅粉、礦渣粉及減水劑、水的混合物提前澆筑預(yù)制，該混合物可稱為活性粉末混凝土?；钚苑勰┗炷?RPC)具備高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性的特性，復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)串接的內(nèi)柱外包裹普通混凝土，總體形成兩類混凝土的復(fù)合結(jié)構(gòu)，共同承擔(dān)圍巖及結(jié)構(gòu)自重荷載。大幅度減小傳統(tǒng)襯砌厚度和結(jié)構(gòu)自身荷載，達(dá)到節(jié)能建材的目的。而且，活性粉末混凝土(RPC)的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到160MPa以上，其密度僅為2400?2500kg/m3，而鋼材的抗壓強(qiáng)度300MPa，但密度為7850kg/m3。相比來(lái)說(shuō)，鋼材的強(qiáng)度是RPC的2倍，但其密度卻是RPC的3倍，在同等強(qiáng)度條件下，RPC混凝土比鋼筋重量輕，運(yùn)輸、安裝都非常方便，施工效率高。
【附圖說(shuō)明】
[0011]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖進(jìn)行論述，顯然，在結(jié)合附圖進(jìn)行描述的技術(shù)方案僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖所示實(shí)施例得到其它的實(shí)施例及其附圖。
[0012]圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中內(nèi)柱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中隧道襯砌斷面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型各實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不需要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所得到的所有其它實(shí)施例，都在本實(shí)用新型所保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0015]考慮到目前隧道大跨度地下工程襯砌層加厚造成鋼筋混凝土用量大，且受力不合理的問題，本實(shí)施例提供了一種隧道襯砌、及其內(nèi)柱結(jié)構(gòu)、復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)。
[0016]一種隧道襯砌用復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)，其為柱狀結(jié)構(gòu)，兩端分別為連接端，長(zhǎng)度為2-5米，柱徑為10-80毫米，復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的連接端設(shè)置向內(nèi)內(nèi)縮的臺(tái)階，供鋼管套筒套接。
[0017]一種隧道襯砌的內(nèi)柱結(jié)構(gòu)，其包括多根矩陣排列的內(nèi)柱，每根內(nèi)柱由多根上述復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)串接而成，相鄰兩個(gè)復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)通過(guò)鋼管套筒套接；鋼管套筒套于復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的連接端并通過(guò)固定件與連接端固定連接。
[0018]一種隧道襯砌，其包括上述隧道襯砌的內(nèi)柱結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)包裹內(nèi)柱結(jié)構(gòu)的每根內(nèi)柱。
[0019]一種上述復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:
[0020]步驟1，準(zhǔn)備原料，原料包括:石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、微硅粉、礦渣粉及減水劑、水；原料的添加比例為:以質(zhì)量比計(jì)算，425R普通硅酸鹽水泥:石英砂:微硅粉:礦渣粉:鋼纖維:減水劑、水為1:1.1?1.5:0.I?0.5:0.2?0.5:1.0?3.0:0.01?0.03:0.I ?0.4 ;
[0021 ] 步驟2，將原料進(jìn)行拌和得到拌和料；
[0022]步驟3，將拌和料送入模具，振搗成型得初制品；
[0023]步驟4，將初制品進(jìn)行升溫、恒溫、降溫三階段的初養(yǎng)；
[0024]步驟5，對(duì)初養(yǎng)后的初制品拆模處理，并送入終養(yǎng)室進(jìn)行升溫、恒溫、降溫三階段的終養(yǎng)，得到復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)。
[0025]通過(guò)備料、拌合、入模、振蕩成型、初養(yǎng)、終養(yǎng)預(yù)制得到復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)，將多個(gè)個(gè)復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)串聯(lián)拼接在一起，相鄰兩個(gè)復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)中間通過(guò)鋼管套筒(可優(yōu)選鋼筒)連接，拼接成隧道襯砌的內(nèi)柱結(jié)構(gòu)。內(nèi)柱結(jié)構(gòu)的每根內(nèi)柱周邊均包裹混凝土，內(nèi)柱結(jié)構(gòu)和混凝土形成的結(jié)構(gòu)組成隧道襯砌結(jié)構(gòu)。其中復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)由石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、微硅粉、礦渣粉及減水劑、水的混合物提前澆筑預(yù)制，該混合物可稱為活性粉末混凝土?；钚苑勰┗炷?RPC)具備高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性的特性，復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)串接的內(nèi)柱外包裹普通混凝土，總體形成兩類混凝土的復(fù)合結(jié)構(gòu)，共同承擔(dān)圍巖及結(jié)構(gòu)自重荷載。大幅度減小傳統(tǒng)襯砌厚度和結(jié)構(gòu)自身荷載，達(dá)到節(jié)能建材的目的。而且，活性粉末混凝土(RPC)的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到160MPa以上，其密度僅為2400?2500kg/m3，而鋼材的抗壓強(qiáng)度300MPa，但密度為7850kg/m3。相比來(lái)說(shuō)，鋼材的強(qiáng)度是RPC的2倍，但其密度卻是RPC的3倍，在同等強(qiáng)度條件下，RPC混凝土比鋼筋重量輕，運(yùn)輸、安裝都非常方便，施工效率高。
[0026]接下來(lái)運(yùn)用多個(gè)實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述:
[0027]本技術(shù)涉及的內(nèi)柱是由復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)為提前非現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制rfn 。
[0028]在本例中的復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)1，為柱狀結(jié)構(gòu)，兩端分別為連接端，長(zhǎng)度為2-5米，柱徑為10-80毫米，具體的柱徑根據(jù)圍巖條件確定，基于隧道的形狀，基本確定復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度為2-5米。相鄰兩段復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)之間采用鋼管套筒連接，為了方便鋼管套住復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)，復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的連接端復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的連接端設(shè)置向內(nèi)內(nèi)縮的臺(tái)階，供鋼管套筒套接。
[0029]基于上述復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)串聯(lián)，采用鋼管套筒套接的技術(shù)方案，為了提高連接的穩(wěn)定性，發(fā)明人又開發(fā)了新的技術(shù)方案，在上有方案的基礎(chǔ)上加強(qiáng)了連接。具體為，臺(tái)階的側(cè)壁開有第一螺紋孔，鋼管套筒的側(cè)壁在與第一螺紋孔相疊加位置開有第二螺紋孔，復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)和鋼管套筒之間通過(guò)螺栓固定連接。
[0030]發(fā)明人還開發(fā)了一種替換螺栓連接的方式，即錨固鏈接，具體為，臺(tái)階的側(cè)壁開有第一錨孔，鋼管套筒的側(cè)壁在與第一錨孔相疊加位置開有第二錨孔，復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)和鋼管套筒之間通過(guò)錨栓固定連接。
[0031]本實(shí)用新型不僅在采用了提前預(yù)制的方式，還基于原有的鋼筋重量大，用鋼量大，因此，發(fā)明人進(jìn)行了新的改進(jìn)，形成新的進(jìn)步性技術(shù)方案。由復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)替換原有鋼筋，復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)由石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、微硅粉、礦渣粉及減水劑、水的混合物澆筑。其中原料添加比例為，以質(zhì)量比計(jì)算，425R普通硅酸鹽水泥:石英砂:微硅粉:礦渣粉:鋼纖維:減水劑、水為1:1.I?1.5:0.1?0.5:0.2?0.5:1.0?3.0:0.01?0.03:0.1?0.4。也就是說(shuō)，復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)I為RPC活性粉末混凝土材質(zhì)，這種材質(zhì)具備超高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性、體積穩(wěn)定性良好的新型材料，是一種力學(xué)性能、耐久性都非常優(yōu)越的新型建筑材料，隧道外預(yù)制，改善了養(yǎng)護(hù)條件，提高施工質(zhì)量。活性粉末混凝土(RPC)的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到160MPa以上，其密度僅為2400?2500kg/m3，而HPB300鋼材的抗壓強(qiáng)度300MPa，但密度為7850kg/m3。鋼材的強(qiáng)度是RPC的2倍，但其密度卻是RPC的3倍，可見，在同等強(qiáng)度條件下，RPC復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)串聯(lián)的內(nèi)柱比鋼筋輕。
[0032]需要說(shuō)明的是，上述布局在其他條件下可以更改，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。
[0033]下面，說(shuō)明上述復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的制備方法:
[0034]步驟101，準(zhǔn)備原料；
[0035]原料包括:石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、