隧道襯砌用復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地下工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及隧道襯砌用復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)及其制備方法，更具體涉及隧道襯砌、及其內(nèi)柱結(jié)構(gòu)、復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)、及復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國地下空間的開發(fā)利用，大跨度的地下工程越來越多，在這些大跨度的地下工程中，我國目前主要采用增加襯砌厚度來承擔(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)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的實(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)、及復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的制備方法，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)本發(fā)明的一個(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]本發(fā)明另一個(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)的連接端并通過固定件與連接端固定連接。
[0009]本發(fā)明另一個(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]本發(fā)明另一個(gè)方面還提供了一種上述所述復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:
[0011]步驟I，準(zhǔn)備原料，所述原料包括: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；所述原料的添加比例為: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 ?0.03:0.1 ?0.4 ;
[0012]步驟2，將所述原料進(jìn)行拌和得到拌和料；
[0013]步驟3，將所述拌和料送入模具，振搗成型得初制品；
[0014]步驟4，將所述初制品進(jìn)行升溫、恒溫、降溫三階段的初養(yǎng)；
[0015]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)。
[0016]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述步驟2包括:
[0017]將石英砂、鋼纖維進(jìn)行拌合得到第一混合物，拌合時(shí)間不少于4分鐘；
[0018]將425R普通硅酸鹽水泥、礦渣粉、微硅粉添加到所述第一混合物中拌合得到第二混合物，拌合時(shí)間為1.5-3分鐘；
[0019]將水、減水劑添加到第二混合物拌合得到拌和料，拌合時(shí)間3.5-5分鐘。
[0020]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述步驟3中，
[0021]所述振搗成型包括:以所述拌和料的振動(dòng)加速度與振動(dòng)床相同的方式進(jìn)行連續(xù)式振動(dòng)，并抹平壓光模具上邊緣的拌和料；
[0022]所有所述拌和料送入模具的用時(shí)小于30分鐘；連續(xù)灌注時(shí)，相鄰兩個(gè)模具灌注的間隔小于6分鐘。
[0023]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所屬步驟3之后，所述步驟4之前，所述制備方法還包括:在初制品上方覆蓋塑料薄膜，然后靜停，靜停時(shí)間為3-7小時(shí)。
[0024]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，步驟4中初養(yǎng)的溫度為40 ± 5°C，相對(duì)濕度多70 %，升溫速度小于12°C /小時(shí)，降溫速度小于15°C /小時(shí)，初養(yǎng)和所述靜停的總時(shí)間在24小時(shí)內(nèi)。
[0025]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，步驟5中終養(yǎng)的溫度為80±5°C，終養(yǎng)時(shí)間為45-50小時(shí)，升溫速度小于12°C /小時(shí)，降溫速度小于15°C /小時(shí)。
[0026]通過本發(fā)明的實(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)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。相比來說，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。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實(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)方案僅僅是本發(fā)明的一些實(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。
[0028]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中內(nèi)柱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中隧道襯砌斷面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明各實(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)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(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，都在本發(fā)明所保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0031]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)、及復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的制備方法。
[0032]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。
[0033]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)的連接端并通過固定件與連接端固定連接。
[0034]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)，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。
[0035]一種上述復(fù)合柱芯結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:
[0036]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?
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