[发明专利]一种预应力钢纤维混凝土盾构隧道结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种预应力钢纤维混凝土盾构隧道结构及其施工方法，盾构隧道结构包括盾构管环和环向预应力构造，各盾构管环包括多片盾构管片，多片盾构管片通过环向预应力构造连接为一环形整体，通过所述环向预应力构造对各盾构管片施加环向预应力，环向预应力构造包括环向预埋于盾构管环内的环向波纹管，盾构管片由钢纤维混凝土浇筑成型，钢纤维混凝土是掺有乱向分布的短钢纤维的混凝土；方法包括预制盾构管片、组装盾构管环以及形成盾构隧道结构。本发明提供的预应力钢纤维混凝土盾构隧道结构及其施工方法，具有钢筋使用量少、刚度大、抗变形能力强、抗开裂能力强、可更换预应力筋延长隧道寿命等优点，不仅能保证结构安全，而且施工方便。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种预应力钢纤维混凝土盾构隧道结构及其施工方法。

背景技术

盾构法隧道因其具有机械化程度高、作业速度快、现场湿作业少、节省人力成本等优势，在城市轨道交通、市政地下工程中被广泛应用。随着运行时间的增加，在常见的盾构隧道结构工程中，出现了盾构隧道结构渗漏、不均匀沉降、净空收敛不符合要求等诸多病害；尤其是处于淤泥质软土层的隧道，具有孔隙比大、含水量高、压缩性大、灵敏度高、抗剪强度低、渗透系数小、固结和次固结沉降变形时间长及流变形等不利条件，加之轨道交通安全保护区众多的近距离施工和列车长期运营振陷，结构病害更加严重和复杂。究其原因，除了在施工和运营期间的人为因素之外，产生病害的根本原因在于现有盾构隧道结构的特点。

目前比较先进的强刚度低配筋预应力盾构隧道结构，根据隧道结构所处的地层条件、隧道结构强度、刚度要求，在现有盾构法隧道管片内沿结构环向和纵向为盾构管片施加环向和纵向的预应力，以提高隧道结构的环向和纵向的整体刚度；能有效解决现有盾构隧道结构的刚度低、抗变形能力不足的缺陷，从根本上提高隧道结构的整体刚度、稳定性、承载能力、抗变形能力、防水能力，保证了结构安全。但该盾构隧道结构采用钢筋混凝土结构，依旧需使用大量的钢筋；其环向预应力构造对于减少环向的弯矩有一定的效果，但是弯矩的减小是从整体上进行的，不能对环向弯矩进行针对性的局部调整，因此，该盾构隧道结构依旧不够完美，尚存在改进的空间。

发明内容

为此，本发明提供一种预应力钢纤维混凝土盾构隧道结构及其施工方法，以解决现有强刚度低配筋预应力盾构隧道结构的上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种预应力钢纤维混凝土盾构隧道结构，包括盾构管环和环向预应力构造，各盾构管环包括多片盾构管片，多片盾构管片通过环向预应力构造连接为一环形整体，通过所述环向预应力构造对各盾构管片施加环向预应力，所述环向预应力构造包括环向预埋于所述盾构管环内的环向波纹管，所述盾构管片由钢纤维混凝土浇筑成型，所述钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种多相复合材料。

进一步地，所述环向波纹管依盾构隧道的模拟弯矩和欲施加的环向预应力预埋于所述盾构管环内，按照如下公式实施：M1＝M0-pe；其中，M1为施加预应力后的实际弯矩，实际弯矩趋于0；M0为模拟弯矩；p为环向预应力；e为沿盾构管环法线方向、方向向内为正向的偏心距。

进一步地，当模拟弯矩为正弯矩时，所述环向波纹管预埋于所述盾构管环的厚度方向靠内的一侧；当模拟弯矩为负弯矩时，所述环向波纹管预埋于所述盾构管环的厚度方向靠外的一侧；当模拟弯矩为0时，所述环向波纹管预埋于所述盾构管环的厚度方向的中心。

进一步地，所述盾构管环内设有多个所述环向波纹管，多个所述环向波纹管沿所述盾构管环的长度方向间隔分布，一个所述环向波纹管内穿设有环向预应力构造的预应力钢绞线，其余所述环向波纹管为预留的空置管孔。

进一步地，所述盾构管环包括弧度相同的多片底部管片、多片连接管片和一片封顶管片，多片所述底部管片位于盾构隧道的底部，所述封顶管片位于盾构隧道的左侧或右侧，多片所述连接管片位于盾构隧道的剩余位置；其中，所述底部管片设有预留槽口。