CN113073995B - 一种自复位预应力管片结构及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自复位预应力管片结构及其装配方法，包括：自复位预应力管片、若干第一预留管道、若干第二预留管道以及预应力连接组件，若干第一预留管道和若干第二预留管道均设置于自复位预应力管片内，预应力连接组件在自复位预应力管片装配过程中穿过若干第一预留管道和若干第二预留管道，并通过预应力锚固组件和预应力张拉组件进行锚固和预应力张拉。本申请管片结构简单，易于制作，使用方便，通过对第一预留管道和第二预留管道中穿插的预应力连接组件进行锚固和预应力张拉，在预应力管片结构受外力载荷作用前，先人为的产生预应力，在遭遇地震或巨大外力作用下，可以抵消管片接缝处的张拉变形，提高盾构隧道结构的环间韧性。
Description
技术领域
本发明涉及城市地铁盾构隧道技术领域，尤其涉及的是一种自复位预应力管片结构及其装配方法。
背景技术
随着城市地铁隧道建设的不断发展，越来越多的城市开通了城市地铁路线，盾构法是目前较为先进的地铁隧道的施工方法，作为隧道衬砌的预制混凝土管片是隧道最主要的支撑结构，其质量好坏直接影响到整个地铁隧道的稳定性、防水性等各方面性能。现有盾构管片在遭遇地震或巨大外力作用下，管片接缝处容易出现张拉变形，导致盾构隧道结构抗震韧性差。
因此，现有技术还有待改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种自复位预应力管片结构及其装配方法，旨在解决现有盾构管片在遭遇地震或巨大外力作用下，管片接缝处容易出现张拉变形，导致盾构隧道结构抗震韧性差的问题。
本发明解决问题所采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供一种自复位预应力管片结构，其中，包括：自复位预应力管片、若干第一预留管道、若干第二预留管道以及预应力连接组件，若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道均设置于所述自复位预应力管片内，所述预应力连接组件在所述自复位预应力管片装配过程中穿过若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道，并通过预应力锚固组件和预应力张拉组件进行锚固和预应力张拉。
所述的自复位预应力管片结构，其中，若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道对称设置于所述自复位预应力管片两端。
所述的自复位预应力管片结构，其中，若干所述第一预留管道的一端设置于所述自复位预应力管片的侧面上，另一端穿过所述自复位预应力管片的端面。
所述的自复位预应力管片结构，其中，若干所述第二预留管道的一端设置于所述自复位预应力管片的侧面上，另一端穿过所述自复位预应力管片的端面。
所述的自复位预应力管片结构，其中，若干所述第一预留管道穿过所述自复位预应力管片端面的一端设置有凸块，若干所述第二预留管道穿过所述自复位预应力管片端面的一端设置有与所述凸块相匹配的凹槽。
所述的自复位预应力管片结构，其中，若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道为中空的金属波纹管。
所述的自复位预应力管片结构，其中，若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道的个数均为4N，其中，N为非零自然数。
所述的自复位预应力管片结构，其中，所述自复位预应力管片的端面上设置有高弹性防水橡胶垫。
第二方面，本发明实施例提供一种上述所述的自复位预应力管片结构的装配方法，其中，包括：
获取第一自复位预应力管片结构和第二自复位预应力管片结构，将所述第一自复位预应力管片结构的若干所述第一预留管道***所述第二自复位预应力管片结构的若干所述第二预留管道中，得到若干连接管道；
将预应力连接组件***若干所述连接管道，并以所述预应力连接组件的两端分别作为锚固端和张拉端，通过预应力锚固组件和预应力张拉组件对所述预应力连接组件进行锚固和预应力张拉；
待所述预应力连接组件张拉完毕后，对若干所述连接管道进行压浆，以实现所述第一自复位预应力管片结构和所述第二自复位预应力管片结构的装配。
所述的自复位预应力管片结构的装配方法，其中，相邻所述连接管道中的所述预应力连接组件的张拉端和锚固端的位置相反。
本发明的有益效果：本发明自复位预应力管片结构在第一预留管道和第二预留管道中穿插预应力连接组件，并通过预应力锚固组件和预应力张拉组件对所预应力连接组件进行锚固和预应力张拉，在预应力管片结构受外力载荷作用前，先人为的产生预应力，在遭遇地震或巨大外力作用下，可以抵消管片接缝处的张拉变形，提高盾构隧道结构的环间韧性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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自复位预应力管片结构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的自复位预应力管片结构的端面平面结构示意图；
图3是本发明实施例提供的自复位预应力管片结构的端面立体结构示意图；
图4是本发明实施例提供的第一预留管道的端面立体结构示意图；
图5是本发明实施例提供的第二预留管道的端面立体结构示意图；
图6是本发明实施例提供的自复位预应力管片结构装配方法的流程示意图。
附图中各标记：1、自复位预应力管片；2、第一预留管道；3、第二预留管道；4、预应力连接组件；5、预应力锚固组件；6、预应力张拉组件；7、高弹性防水橡胶垫；21、凸块；31、凹槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
作为隧道衬砌的预制混凝土管片是隧道最主要的支撑结构，其质量好坏直接影响到整个地铁隧道的稳定性、防水性等各方面性能。现有盾构管片在遭遇地震或巨大外力作用下，管片接缝处容易出现张拉变形，导致盾构隧道结构抗震韧性差。
为了解决现有技术的问题，本实施例提供了一种自复位预应力管片结构，所述自复位预应力管片结构应用于地铁隧道，如图1～4所示，所述管片结构包括：自复位预应力管片1、若干第一预留管道2、若干第二预留管道3以及预应力连接组件4，若干所述第一预留管道2和若干所述第二预留管道3均设置于所述自复位预应力管片1内，所述预应力连接组件4在所述自复位预应力管片1装配过程中穿过若干所述第一预留管道2和若干所述第二预留管道3，并通过预应力锚固组件5和预应力张拉组件6对所述预应力连接组件4进行锚固和预应力张拉。在自复位预应力管片结构装配过程中，例如，待拼接的两个自复位预应力管片结构为标准块和邻接块，标准块和邻接块均包括自复位预应力管片1、若干第一预留管道2、若干第二预留管道3以及预应力连接组件4，将标准块的若干第一预留管道2与邻接块的若干第二预留管道3进行***拼接后，得到由标准块的若干第一预留管道2和邻接块的若干第二预留管道3组成的若干连接管道，将预应力连接组件4***若干所述连接管道，并以预应力连接组件4的两端分别为锚固端和张拉端，通过预应力锚固组件5和预应力张拉组件6对所述预应力连接组件4进行锚固和预应力张拉，待所述预应力连接组件4张拉完毕后，对若干所述连接管道进行压浆，以实现所述第一自复位预应力管道结构和所述第二预应力管道结构的装配。本实施例中的自复位预应力管片结构在第一预留管道2和第二预留管道3中穿插预应力连接组件4，并通过预应力锚固组件5和预应力张拉组件6对所预应力连接组件4进行锚固和预应力张拉，在预应力管片结构受外力载荷作用前，先人为的产生预应力，在遭遇地震或巨大外力作用下，可以抵消管片接缝处的张拉变形，提高盾构隧道结构的环间韧性。
在一具体实施方式中，所述预应力连接组件4为高弹性钢绞线或形状记忆合金，高弹性钢绞线和形状记忆合金在外力作用下具有较大的变形恢复能力，所述预应力锚固组件5为挤压模和挤压套。以预应力连接组件4为高弹性钢绞线为例，通过预应力锚固组件5对预应力连接组件4进行锚固时，具体是将钢绞线束穿过锚垫板，并将每根钢绞线束依次套上挤压套，然后通过挤压模将钢绞线束和挤压套压扁，达到锚固效果。所述预应力张拉组件6为千斤顶和止推板，通过预应力张拉组件6对预应力连接组件4进行张拉时，具体是将钢绞线束穿过锚垫板和止推板，然后使用千斤顶夹紧钢绞线并作用在止推板上，实现对预应力连接组件4的张拉。
具体地，所述自复位预应力管片1的形状可以根据隧道形状进行自由设计，例如，当隧道形状为圆形时，所述自复位预应力管片1的形状为弧形。为了使自复位预应力管片1两端人为施加的预应力平衡，若干所述第一预留管道2和若干所述第二预留管道3对称设置于所述自复位预应力管片1两端，如图1所示，对于弧形的自复位预应力管片1，若干所述第一预留管道2和若干所述第二预留管道3相对所述自复位预应力管片1的中心轴对称设置。
继续参照图1～图3所示，若干所述第一预留管道2的一端设置于所述自复位预应力管片1的侧面上，若干所述第一预留管道2的另一端穿过所述自复位预应力管片1的端面。与若干所述第一预留管道2类似，若干所述第二预留管道3的一端设置于所述自复位预应力管片1的侧面上，若干所述第二预留管道3的一端穿过所述自复位预应力管片1的端面。在两块自复位预应力管片结构进行拼接时，将若干所述第一预留管道2或若干所述第二预留管道3穿过所述自复位预应力管片1端面的部分进行***拼接，即可实现两块自复位预应力管片结构的拼接，拼接方法简单。
参照图4和图5所示，为了使相邻两块自复位预应力管片结构之间拼接牢固，本实施例中若干所述第一预留管道2穿过所述自复位预应力管片1端面的一端设置有凸块21，若干所述第二预留管道3穿过所述自复位预应力管片1端面的一端设置有与所述凸块21相匹配的凹槽31。在对两块自复位预应力管片结构进行拼接时，将一块自复位预应力管片结构的凸块21***另一块自复位预应力管片结构的凹槽31中，即可将两块自复位预应力管片结构牢固拼接在一起。
在一具体实施方式中，若干所述第一预留管道2和若干所述第二预留管道3均为中空的金属波纹管。考虑到自复位预应力管片结构在装配过程中，需要对若干所述第一预留管道2和若干所述第二预留管道3进行压浆，在管片结构拼接前，需要先对金属波纹管进行清洁去除金属波纹管内的杂质，如采用压缩空气机对金属波纹管内的杂质进行清理，然后进行相邻管片结构的拼接，拼接完成后，将预应力连接组件4***若干所述第一预留管道2和若干所述第二预留管道3中，并对预应力连接组件4进行锚固和张拉，张拉完成后再对若干所述第一预留管道2和若干所述第二预留管道3进行压浆。
在一具体实施方式中，所述自复位预应力管片1为混凝土管道，所述自复位预应力管片1中含有用于对所述自复位预应力管片1的裂缝进行自修复的微胶囊，所述微胶囊包括囊芯和囊壁，囊壁材料可以选择对裂缝应力敏感的高分子有机材料，比如聚丙烯酸树脂、聚苯乙烯树脂或乙基纤维素等，囊壁在自复位预应力管片1产生裂缝时会破裂，释放出囊芯材料，囊芯材料可以选择对混凝土裂缝起到填补和修复作用的固化修复材料如环氧树脂、固化剂等，从而实现对裂缝的自修复，提高自复位预应力管片1的强度。
为了保证在遭遇地震或巨大外力作用下，管片接缝处人为产生的预应力能够抵消管片接缝处的张拉变形，本实施例中若干所述第一预留管道2和若干所述第二预留管道3的个数为4的倍数，即若干所述第一预留管道2和若干所述第二预留管道3的个数为4N，其中，N为非零自然数，例如若干所述第一预留管道2和若干所述第二预留管道3的个数可以为4个，8个，12个等。
为了保证管片接缝处的防水效果，本实施例中所述自复位预应力管片1的端面上设置有高弹性防水橡胶垫7，相邻自复位预应力管片结构拼接完成后，采用管片拼装机将接缝处的高弹性橡胶垫进行紧贴压紧，从而保证了管片接缝处的防水效果。所述高弹性防水橡胶垫7表面设置有耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层可以为添加纳米氧化铝的氯化橡胶涂层或三元乙丙橡胶涂层等，通过设置耐腐蚀涂层能够进一步保证管片接缝处的防水性能，提高管片结构接缝处的强度。
基于上述自复位预应力管片结构，本发明还提出了一种自复位预应力管片结构装配方法，具体如图5所示，所述方法包括：
步骤S100、获取第一自复位预应力管片结构和第二自复位预应力管片结构，将所述第一自复位预应力管片结构的若干所述第一预留管道***所述第二自复位预应力管片结构的若干所述第二预留管道中，得到若干连接管道；
步骤S200、将预应力连接组件***若干所述连接管道，并以所述预应力连接组件的两端分别作为锚固端和张拉端，通过预应力锚固组件和预应力张拉组件对所述预应力连接组件进行锚固和预应力张拉；
步骤S300、待所述预应力连接组件张拉完毕后，对若干所述连接管道进行压浆，以实现所述第一自复位预应力管片结构和所述第二自复位预应力管片结构的装配。
具体地，地铁隧道中使用的管片结构包括标准块、邻接块和封顶块，在地铁隧道施工过程中，首先通过盾构机进行开挖，开挖完成后，按照标准块、邻接块和封顶块的顺序对管片结构依次进行拼接。对于待装配的相邻两块自复位预应力管片结构，本实施例中以第一自复位预应力管片结构和第二自复位预应力管片结构进行表示，所述第一自复位预应力管片结构和第二自复位预应力管片结构可以是标准块、邻接块和封顶块中的任意一种。在进行装配时，首先获取第一自复位预应力管片结构和第二自复位预应力管片结构，将所述第一自复位管片结构的若干所述第一预留管道***所述第二自复位预应力管片结构的若干所述第二预留管道中，得到由所述第一自复位管片结构的若干所述第一预留管道和所述第二自复位预应力管片结构的若干所述第二预留管道组成的若干连接管道；所述第一自复位管片结构和所述第二自复位管片结构拼接完成后，将预应力连接组件***若干所述连接管道中，并以所述预应力连接组件的两端分别作为锚固端和张拉端，通过预应力锚固组件和预应力张拉组件对所述预应力连接组件进行锚固和预应力张拉；待所述预应力连接组件张拉完毕后，对若干所述连接管道进行压浆，以完成所述第一自复位预应力管片结构和所述第二自复位预应力管片结构的装配。
在一具体实施方式中，所述预应力连接组件为高弹性的钢绞线或形状记忆合金，高弹性钢绞线和形状记忆合金在外力作用下具有较大的变形恢复能力，所述预应力锚固组件为挤压模和挤压套，所述预应力张拉组件为千斤顶和止推板，在对预应力连接组件进行张拉时，是对若干连接管道依次进行张拉。以预应力连接组件为高弹性钢绞线为例，对其中一个连接管道进行张拉时，具体是将将钢绞线的一端穿过锚垫板，并将每根钢绞线束依次套上挤压套，然后通过挤压模将钢绞线束和挤压套压扁，从而达到钢绞线一端锚固的效果，并利用砂纹切割机剪除钢绞线多余长度。对于钢绞线的另一端，将钢绞线穿过锚垫板和止推板，然后采用小型的千斤顶夹紧钢绞线束并作用在止推板上，对钢绞线进行缓慢均匀张拉，直至钢绞线的伸长量达到预设伸长量，停止千斤顶张拉，拆除千斤顶和止推板，考虑到锚固夹具等预应力损失因素，在张拉过程中应增加3～5％的超张力。
进一步地，待预应力连接组件张拉完毕后，采用活塞式压浆泵从锚垫板的注浆孔对若干所述连接管道进行压浆，直至连接管道的另一端饱满和出浆为止。在浆料注入过程中，为了防止预应力连接组件锈蚀，并保证金属波纹管内充满浆液，浆液中添加有钢筋阻锈剂，注射浆料时的最大压力为0.5～0.7MPa，注射浆料过程中存在一个稳压期，其中，所述稳压期的压力不小于0.5MPa，稳压期的时间不少于3min。在浆料注射完毕后，将张拉端和锚固端的锚垫板清理平整，并采用保护罩封锚，从而对固定端和张力端的锚具进行封锚。至此一个连接管道张拉完毕，然后选取下一个连接管道重复上述步骤，直至所有连接管道张拉完毕，即完成了所述第一自复位预应力管片结构和所述第二自复位预应力管片结构的装配。本实施例中的自复位预应力管片结构在第一预留管道和第二预留管道中穿插预应力连接组件，并通过预应力锚固组件和预应力张拉组件对所预应力连接组件进行锚固和预应力张拉，在预应力管片结构受外力载荷作用前，先人为的产生预应力，在遭遇地震或巨大外力作用下，可以抵消管片接缝处的张拉变形，提高盾构隧道结构的环间韧性。
为了保证在遭遇地震或巨大外力作用下，管片接缝处人为产生的预应力能够抵消管片接缝处的张拉变形，本实施例中若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道的个数为4的倍数，即若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道的个数为4N，其中，N为非零自然数，且由所述第一自复位管片结构的若干所述第一预留管道和所述第二自复位预应力管片结构的若干所述第二预留管道组成的若干连接管道中相邻所述连接管道中的所述预应力连接组件的张拉端和锚固端的位置相反。例如，若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道的个数均为4个时，则由所述第一自复位管片结构的若干所述第一预留管道和所述第二自复位预应力管片结构的若干所述第二预留管道可以组成4个连接管道，如四个连接管道为依次相邻的连接管道1、连接管道2、连接管道3和连接管道4，若连接管道1中的预应力连接组件的左端为锚固端，右端为张拉端，则连接管道2中的预应力连接组件的左端为张拉端，右端为锚固端，连接管道3中的预应力连接组件的左端为锚固端，右端为张拉端，连接管道4中的预应力连接组件的左端为张拉端，右端为锚固端，从而可以实现连接管道的均匀交错张拉，保障管片结构受力均匀。
在一具体实施方式中，若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道为中空金属波纹管，在对所述第一自复位预应力管片结构和所述第二预应力管片结构进行拼接前，需要对金属波纹管中的杂质进行去除，例如采用压缩空气机将金属波纹管内的杂质进行清理，以避免后续压浆过程中浆料中混入杂质，影响管片结构接缝处的强度。
在一具体实施方式中，所述自复位预应力管片为混凝土管道，所述自复位预应力管片中含有用于对所述自复位预应力管片的裂缝进行自修复的微胶囊，所述微胶囊包括囊芯和囊壁，囊壁材料可以选择对裂缝应力敏感的高分子有机材料，比如聚丙烯酸树脂、聚苯乙烯树脂或乙基纤维素等，囊壁在自复位预应力管片产生裂缝时会破裂，释放出囊芯材料，囊芯材料可以选择对混凝土裂缝起到填补和修复作用的固化修复材料如环氧树脂、固化剂等，从而实现对裂缝的自修复，提高自复位预应力管片的强度。
在一具体实施方式中，为了保证管片接缝处的防水效果，本实施例中所述第一自复位预应力管片结构和所述第二自复位预应力管片结构的两端均设置有高弹性防水橡胶垫，第一自复位预应力管片结构和第二自复位预应力管片结构拼接完成后，采用管片拼装机将接缝处的高弹性橡胶垫进行紧贴压紧，从而保证了管片接缝处的防水效果。所述高弹性防水橡胶垫表面设置有耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层可以为添加纳米氧化铝的氯化橡胶涂层或三元乙丙橡胶涂层等，通过设置耐腐蚀涂层能够进一步保证管片接缝处的防水性能，提高管片结构接缝处的强度。
综上所述，本发明公开了一种自复位预应力管片结构及其装配方法，包括：自复位预应力管片、若干第一预留管道、若干第二预留管道以及预应力连接组件，若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道均设置于所述自复位预应力管片内，所述预应力连接组件在所述自复位预应力管片装配过程中穿过若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道，并通过预应力锚固组件和预应力张拉组件进行锚固和预应力张拉。本申请自复位预应力管片结构在第一预留管道和第二预留管道中穿插预应力连接组件，并通过预应力锚固组件和预应力张拉组件对所预应力连接组件进行锚固和预应力张拉，在预应力管片结构受外力载荷作用前，先人为的产生预应力，在遭遇地震或巨大外力作用下，可以抵消管片接缝处的张拉变形，提高盾构隧道结构的环间韧性。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种自复位预应力管片结构，其特征在于，包括：自复位预应力管片、若干第一预留管道、若干第二预留管道以及预应力连接组件，若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道均设置于所述自复位预应力管片内，所述预应力连接组件在所述自复位预应力管片装配过程中穿过若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道，并通过预应力锚固组件和预应力张拉组件进行锚固和预应力张拉；若干所述第一预留管道的一端设置于所述自复位预应力管片的侧面上，另一端穿过所述自复位预应力管片的端面；若干所述第二预留管道的一端设置于所述自复位预应力管片的侧面上，另一端穿过所述自复位预应力管片的端面；若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道的个数均为4N，其中，N为非零自然数；一个自复位预应力管片结构的若干所述第一预留管道与另一个自复位预应力管片结构的若干所述第二预留管道组成的若干连接管道中相邻所述连接管道中的所述预应力连接组件的张拉端和锚固端相反；所述预应力连接组件为高弹性钢绞线或形状记忆合金；
若干所述第一预留管道穿过所述自复位预应力管片端面的一端设置有凸块，若干所述第二预留管道穿过所述自复位预应力管片端面的一端设置有与所述凸块相匹配的凹槽；
若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道为中空的金属波纹管；
所述自复位预应力管片中含有用于对所述自复位预应力管片的裂缝进行自修复的微胶囊，所述微胶囊包括囊芯和囊壁，囊壁材料为对裂缝应力敏感的高分子有机材料，囊芯材料为对混凝土裂缝起到填补和修复作用的固化修复材料。
2.根据权利要求1所述的自复位预应力管片结构，其特征在于，若干所述第一预留管道和若干所述第二预留管道对称设置于所述自复位预应力管片两端。
3.根据权利要求1所述的自复位预应力管片结构，其特征在于，所述自复位预应力管片的端面上设置有高弹性防水橡胶垫。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的自复位预应力管片结构的装配方法，其特征在于，包括：
获取第一自复位预应力管片结构和第二自复位预应力管片结构，将所述第一自复位预应力管片结构的若干所述第一预留管道***所述第二自复位预应力管片结构的若干所述第二预留管道中，得到若干连接管道；
将预应力连接组件***若干所述连接管道，并以所述预应力连接组件的两端分别作为锚固端和张拉端，通过预应力锚固组件和预应力张拉组件对所述预应力连接组件进行锚固和预应力张拉；
待所述预应力连接组件张拉完毕后，对若干所述连接管道进行压浆，以实现所述第一自复位预应力管片结构和所述第二自复位预应力管片结构的装配。
5.根据权利要求4所述的自复位预应力管片结构的装配方法，其特征在于，相邻所述连接管道中的所述预应力连接组件的张拉端和锚固端的位置相反。
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