[发明专利]一种新型的不锈钢抗渗管片及其制备方法

说明书

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。

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