[發明專利]一種高性能梯度功能盾構襯砌管片及其制備方法

有效

• 申請號: 201010166354.5
• 申請日: 2010-05-10
• 公開（公告）號: CN102207000A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 孔德玉;姜俊;王曉棟
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學;杭州建工建材有限公司
• 主分類號: E21D11/08
• 分類號: E21D11/08;B32B13/02;C04B28/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

(一)技術領域

本發明涉及一種高性能梯度功能盾構襯砌管片及其制備方法，屬隧道工程材料與制品技術領域。

(二)背景技術

目前盾構法施工已成為城市軟土地層中修建地下隧道、過江隧道和管道工程的主要方法。在盾構法中，由若干預制管片拼裝而成隧道襯砌結構體，其中預制混凝土管片(以下簡稱管片)不僅是盾構隧道的主要結構形式，也是隧道防水、防火和耐久等綜合性能的保證，因此，對管片強度、剛度以及耐久性等方面均提出了很高要求。

由于城市建設需要，國外研制開發了多種新型盾構技術，但對盾構襯砌管片的研究相對緩慢，目前仍以鋼筋混凝土管片為主。由于混凝土為脆性材料，抗拉性能差，因此，在運輸、安裝過程中，管片易發生破損。工程實踐表明，鋼筋混凝土管片破損現象一般發生在襯砌管片內側角部，以表面混凝土在千斤頂頂力作用下發生局部剪切破壞為主，而在管片中部少有發生破損現象。通過采取有效技術措施，特別是控制鋼筋混凝土管片拼裝操作質量，管片破損現象發生幾率可較原來減少50％左右，但始終無法完全解決，這是由混凝土本身呈脆性的致命弱點所決定的，因此，提高管片混凝土的抗沖擊性能和抗拉、抗剪強度是解決管片破損問題的關鍵所在。

鑒于鋼筋混凝土管片在運輸、安裝過程中易發生破損的缺點，發展新型盾構襯砌管片正成為各國研究熱點。近年來，一種新型盾構管片——鋼纖維混凝土管片已在國外引起重視，并在一些工程中進行了試驗性應用。與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土具有優良的抗沖擊性能和抗剪強度，采用鋼纖維混凝土制備的管片在施工期間破損率將大大下降，從而明顯提高隧道襯砌的防水性能；由于鋼纖維對混凝土開裂有抑制作用，在受力相同情況下，鋼纖維混?凝土開裂的情況將大大減少，裂縫的寬度亦縮小，從而可提高管片的耐久性。然而，鋼纖維材料價格較高，采用鋼纖維混凝土將大幅增加管片初期投資成本，這是鋼纖維混凝土管片的致命弱點。

另一方面，地鐵管片在環境中使用的長期耐久性也是需要加以關注的重要問題，通常主要考慮氯離子滲透到達鋼筋表面引起的鋼筋銹蝕問題。ZL200510120533.4提供了一種盾構隧道襯砌管片的制備方法，其結構是：從外側向內側，依次是高致密防水層、鋼筋混凝土保護層、鋼筋混凝土結構層和防火抗爆層，高致密防水層和保護層共同構成高防水抗滲層，其整體抗滲等級≥P30，Cl^-擴散系數≤1×10^-13m²/s，28d干縮值≤250個微應變。然而，對于深埋于地下(如地鐵)、江底或海底(如過江隧道或海底隧道)的鋼筋混凝土管片通常不存在由于氯離子滲透引起的鋼筋銹蝕問題，其原因是由于即使存在氯離子滲透等現象，但地下或水下含氧量很低；由于對管片進行了很好的防水處理，隧道內部的氧氣也很難滲透到管片外側，因而管片外側的鋼筋表面呈缺氧狀態，其鋼筋銹蝕問題在設計時一般不予考慮。對于氯離子環境中淺埋或與外部相連部分的管片，則需考慮氯離子滲透引起的鋼筋銹蝕問題。對于管片內側由于碳化引起的鋼筋銹蝕也應引起足夠的重視，這是由于隧道內部通風情況較差，隧道內的CO₂含量往往較高。同時，隧道內通常具有一定的濕度，混凝土碳化往往比較嚴重。因此如何提高管片內側混凝土的抗碳化和抗裂性能是需要著重解決的關鍵問題。

(三)發明內容

為解決現有鋼筋混凝土管片存在的易破損、耐久性差、全部采用高韌性混凝土制備管片成本高等問題，本發明提供一種高性能梯度功能盾構襯砌管片。

為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案是：

一種高性能梯度功能盾構襯砌管片，其結構自上而下，依次包括納米改性混凝土外保護層、納米改性混凝土外結構層、鋼纖維增強納米改性混凝土強韌化內結構層和鋼纖維增強納米改性混凝土強韌化內保護層。所述的納米改性混凝土外保護層與納米改性混凝土外結構層?連為一體，由強度等級≥C50、坍落度為30～70mm的納米改性混凝土制成；所述的鋼纖維增強納米改性混凝土強韌化內結構層和鋼纖維增強納米改性混凝土強韌化內保護層連為一體，由強度等級≥C50、坍落度為30～70mm的鋼纖維增強納米改性混凝土制成。

一般而言，對于盾構襯砌管片，其中含有鋼筋骨架，通常以鋼筋骨架上的內外側主筋區分結構層和保護層，內外側主筋之間為結構層，外側主筋以上為外保護層，內側主筋以下為內保護層。