阅读说明：本技术 叠合预制双层管片结构 (Superposed prefabricated double-layer duct piece structure ) 是由 杨博涵 张延年 回志峰 韩东 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明属于地下工程领域,特别是涉及一种叠合预制双层管片结构,包括相互连接的三个标准块、连接块A、连接块B、楔形顶块；管片包括UHPC保护层和普通混凝土层,管片间通过纵向预留的螺孔和管片上预留的安装孔连接,UHPC保护层和普通混凝土层为叠合式预制,预制过程中以UHPC保护层作为叠合板与浇筑于其上的普通混凝土层叠合后形成双层管片,UHPC保护层中配置受力钢筋和桁架钢筋网架确保弧形管片受力性能和层间连接可靠性,UHPC保护层外侧无需防水。本发明优点是采用叠合预制双层管片,加强UHPC层与混凝土层黏结的可靠性,避免由于UHPC材料初期自收缩引起的层间应力集中,节约材料,经济效果好,降低管片自重,方便运输,增强管片结构的抗渗和耐腐蚀性能。(The invention belongs to the field of underground engineering, and particularly relates to a superposed prefabricated double-layer duct piece structure which comprises three standard blocks, a connecting block A, a connecting block B and a wedge-shaped top block, wherein the three standard blocks, the connecting block A, the connecting block B and the wedge-shaped top block are mutually connected; the segment comprises a UHPC protective layer and a common concrete layer, the segments are connected through a longitudinally reserved screw hole and a reserved mounting hole in the segment, the UHPC protective layer and the common concrete layer are prefabricated in a superposed mode, the UHPC protective layer is used as a superposed slab in the prefabrication process, the superposed slab and the common concrete layer poured on the superposed slab form a double-layer segment, stressed steel bars and a truss steel bar net rack are arranged in the UHPC protective layer to ensure the stress performance and the interlayer connection reliability of the arc-shaped segment, and the outer side of the UHPC protective layer does not need to be waterproof. The invention has the advantages that the superposed prefabricated double-layer duct piece is adopted, the bonding reliability of the UHPC layer and the concrete layer is enhanced, the stress concentration between layers caused by the initial self-shrinkage of the UHPC material is avoided, the material is saved, the economic effect is good, the self weight of the duct piece is reduced, the transportation is convenient, and the anti-permeability and corrosion resistance of the duct piece structure are enhanced.)

叠合预制双层管片结构

技术领域

本发明属于地下工程领域，特别是涉及一种叠合预制双层管片结构。

背景技术

地下空间工程中经常使用管片衬砌结构，尤其是在采用盾构法施工时，多采用管片衬砌。而今随着城市快速发展，地上空间可利用率越来越低，开发地下空间成为城市建设新走向。近年来国内各大城市兴建地铁、综合管廊，交通方面也经常开挖隧道以保障城市及交通的正常运行，盾构机的使用也越来越多，进而管片衬砌的使用率随之增高。普通混凝土管片对于抗渗要求很高，尤其在地下水及周围土质具有腐蚀性等特殊地域，普通混凝土管片渗漏成为施工和后期维护运营过程中的难题。隧道管片的渗漏十分常见，且后期修补加固比较困难，对于结构的适用性以及安全性有很大危害。目前采用的技术主要有在普通混凝土内加入抗渗外加剂等措施，但效果并不理想，或铺贴、喷涂附加防水层，在增加了工作量与工作难度的同时也并不能满足长周期抗渗的要求，需要经常维护补强。

超高性能混凝土简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)起源于上世纪七十年代的丹麦，至今已有四十余年研究发展的历史，近年来也得到各个行业的重视并开始应用，被称为过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料。其优异的力学性能与抗渗防腐高耐久性以及低碳排放的种种优点在建筑材料领域遥遥领先于普通混凝土。UHPC堪称耐久性最好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近钢结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。目前国内的研究应用集中在桥梁领域，如钢-UHPC桥梁结构近年来得到了良好的发展，但其他领域的应用较少，一个重要原因是其造价过高。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种叠合预制双层管片结构，主要研发了一种叠合预制双层管片结构，加强了UHPC层与混凝土层界面黏结的可靠性，避免了由于UHPC材料初期自收缩引起的层间应力集中，节约了高造价的UHPC材料及钢筋，经济效果好，施工方便，降低了管片自重，方便运输，增强了管片结构的抗渗和耐腐蚀性能。

本发明采用的技术方案如下：叠合预制双层管片结构包括相互连接的三个标准块、连接块A、连接块B、楔形顶块；所述管片衬砌块由外层的UHPC保护层和内层的普通混凝土层构成；所述UHPC保护层紧贴普通混凝土层；所述普通混凝土层上均布螺孔，相邻的标准块、连接块A、连接块B、楔形顶块之间通过连接螺栓穿过螺孔紧固连接；所述UHPC保护层内部包括受力钢筋a和部分桁架钢筋，所述普通混凝土层内包括受力钢筋b和部分桁架钢筋；所述UHPC保护层和普通混凝土层之间通过受力钢筋a、受力钢筋b、桁架钢筋三者形成的桁架-受力钢筋网架紧密连接在一起。

进一步地，标准块的弧心角呈72°，连接块A与连接块B的弧心角呈64.5°，楔形顶块的弧心角呈15°。

进一步地，所述标准块、连接块A、连接块B、楔形顶块上设有安装孔，所述连接块A外侧设置连接块A搭接边，所述连接块B外侧设置连接块B搭接边，所述楔形顶块两侧设有顶块左搭接边和顶块右搭接边；其中连接块A搭接边与顶块左搭接边的角度形状相对应，连接块B搭接边与顶块右搭接边的角度形状相对应；

进一步地，所述UHPC保护层的厚度小于等于普通混凝土层的厚度；

进一步地，所述三个标准块、连接块A、连接块B、楔形顶块的接缝位置均设置防水密封垫；所述UHPC保护层外侧不做附加防水处理；

进一步地，当所述UHPC保护层内加入的增强纤维为钢纤维时，其内除所述受力钢筋a与桁架钢筋外不配置其他钢筋。

进一步地，管片纵向连接时错缝搭接，且在拼装过程中楔形顶块始终处于管片结构中轴线的两侧。

进一步地，所述UHPC保护层与普通混凝土层均为预制构件。

进一步地，所述UHPC保护层与普通混凝土层的预制方法为：首先绑扎连接UHPC保护层内的钢筋即受力钢筋a和桁架钢筋，上述两种钢筋均沿管片长度方向均匀等距布置；钢筋绑扎完成后浇筑UHPC保护层内的超高性能混凝土，浇筑完成后桁架钢筋的一部分应暴露于UHPC保护层的外侧；进行不小于48h的UHPC保护层高温蒸汽养护，温度应控制在90℃左右，蒸汽养护过程中对外露的桁架钢筋采取包裹防水膜或适当喷涂防锈蚀材料进行保护；在UHPC保护层的预制过程中监控收缩量，待UHPC保护层浇筑的超高性能混凝土初期自收缩基本完成并且强度达到要求后，采用叠合形式浇筑普通混凝土层，此时UHPC保护层起到叠合底板的作用，相应的应在其两侧支设侧模板后浇筑普通混凝土层，在浇筑过程中加入适量膨胀剂控制普通混凝土的收缩；浇筑完成后整体养护直至达到强度要求可出厂。

本发明的有益效果：

本发明的效果和优点是：采用叠合预制双层管片，加强了UHPC层与混凝土层界面黏结的可靠性，避免了由于UHPC材料初期自收缩引起的层间应力集中，节约了高造价的UHPC材料及钢筋，经济效果好，施工方便，降低了管片自重，方便运输，增强了管片结构的抗渗和耐腐蚀性能。

附图说明

图1为本发明的管片整体平面示意图；

图2为管片结构整体配筋示意图；

图3为管片间连接示意图；

图4为标准块俯视图；

图5为连接块A俯视图；

图6为连接块B俯视图；

图7为楔形顶块俯视图；

图8为标准块正视图；

图9为连接块A正视图；

图10为连接块B正视图；

图11为楔形顶块正视图；

图12为UHPC保护层配筋图；

图13为细部配筋放大图

图14为管片纵向连接展开图。

图中，1为标准块；2为连接块A；2-1为连接块A搭接边；3为连接块B；3-1为连接块B搭接边；4为楔形顶块；4-1为顶块左搭接边；4-2为顶块右搭接边；5为UHPC保护层；6为普通混凝土层；7为螺孔；8为受力钢筋a；9为受力钢筋b；10为桁架钢筋；11为安装孔。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，下面结合附图及实施例对本发明进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例：如图1-13所示：本发明包括相互连接的三个标准块1、连接块A2、连接块B3、楔形顶块4；所述管片衬砌块皆由外层的UHPC保护层5和内层的普通混凝土层6构成；所述UHPC保护层5紧贴普通混凝土层6；所述普通混凝土层6上均布螺孔7相邻的标准块1、连接块A2、连接块B3、楔形顶块4之间通过连接螺栓穿过螺孔7紧固连接；所述UHPC保护层5内部包括受力钢筋a8和部分桁架钢筋10，所述普通混凝土层内包括受力钢筋b9和部分桁架钢筋10；所述UHPC保护层5和普通混凝土层6之间通过受力钢筋a8、受力钢筋b9、桁架钢筋10三者形成的桁架-受力钢筋网架紧密连接在一起；所述UHPC保护层5与普通混凝土层6均为预制构件，其预制方法为：首先绑扎连接UHPC保护层内的钢筋即受力钢筋a8和桁架钢筋10，上述两种钢筋均沿管片长度方向均匀等距布置；钢筋绑扎完成后浇筑UHPC保护层内的超高性能混凝土，浇筑完成后桁架钢筋10的一部分应暴露于UHPC保护层5的外侧；进行不小于48h的UHPC保护层5高温蒸汽养护，温度应控制在90℃左右，蒸汽养护过程中对外露的桁架钢筋采取包裹防水膜或适当喷涂防锈蚀材料进行保护；在UHPC保护层5的预制过程中监控收缩量，待UHPC保护层5浇筑的超高性能混凝土初期自收缩基本完成并且强度达到要求后，采用叠合形式浇筑普通混凝土层6，此时UHPC保护层5起到叠合底板的作用，相应的应在其两侧支设侧模板后浇筑普通混凝土层6，在浇筑过程中加入适量膨胀剂控制普通混凝土的收缩；浇筑完成后整体养护直至达到强度要求可出厂；在预制叠合过程中应将预留的螺孔和安装孔进行预留；标准块1的弧心角呈72°，连接块A2与连接块B3的弧心角呈64.5°，楔形顶块4的弧心角呈15°；

如图4-11所示：标准块1、连接块A2、连接块B3、楔形顶块4上设有安装孔11，所述连接块A2外侧设置连接块A搭接边2-1，所述连接块B3外侧设置连接块B搭接边3-1，所述楔形顶块4两侧设有顶块左搭接边4-1和顶块右搭接边4-2；其中连接块A搭接边2-1与顶块左搭接边4-1的角度形状相对应，连接块B搭接边3-1与顶块右搭接边4-2的角度形状相对应；

所述UHPC保护层5的厚度小于等于普通混凝土层6的厚度；本实施例以300mm管片厚度为例，UHPC保护层5的厚度可取120mm，普通混凝土层6的厚度可取180mm，此时每片管片整体的自重可较全普通混凝土管片降低10％~15％，实现更便利的运输与装配，且其自重下降的比例对于管片结构以自重抗浮基本不造成影响；优选的当UHPC保护层5与普通混凝土层6的厚度相等时，管片自重最低，受力效果与防渗防腐效果最佳，相应的可能会提高整体造价；

所述三个标准块1、连接块A2、连接块B3、楔形顶块4的接缝位置均设置防水密封垫；所述UHPC保护层5外侧不做附加防水处理；当所述UHPC保护层5内加入的增强纤维为钢纤维时，其内除所述受力钢筋a8与桁架钢筋10外不配置其他钢筋；由于UHPC材料超强的抗渗、防腐性能，将UHPC材料直接作为防水材料与受力材料，不做附加防水处理，利用UHPC本身的抗渗性和密实性抵抗地下水的内渗，而加入钢纤维的UHPC其受拉压性能较普通混凝土均有很大的提高，抗裂能力也得到增强，配置普通受力钢筋足以抵抗管片所受沉降、土压力等引起的外力，因此减少配筋以起到优异的经济效果；

如图14所示：管片纵向连接时错缝搭接，且在拼装过程中楔形顶块4始终处于管片结构中轴线的两侧。

特殊地，考虑UHPC材料前期自收缩较大，本发明仅能以UHPC材料作为预制过程中的叠合模板层，且在制作过程中应以90℃高温蒸汽养护不低于48h出模，并且在预制过程中对超高性能混凝土材料的自收缩进行监控，在其自初期急剧的自收缩基本完成后才可浇筑普通混凝土层6的混凝土；UHPC保护层5浇筑完毕后内侧面无需抹面，以自然粗糙表面与其上普通混凝土层6叠合；考虑管片UHPC保护层5与普通混凝土层6层间脱落与位移的可能，设置受力钢筋a8与桁架钢筋10沿管片长度方向均匀布置，当所选UHPC保护层5厚度过薄，普通混凝土层6很厚自重过大时，优选的可在普通混凝土层6穿入混凝土钉伸入UHPC保护层5中加强层间连接可靠性，本实施例两层厚度比为2：3，普通混凝土层自重不大，故仅配置受力钢筋a8与桁架钢筋网架10。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。