[發明專利]強腐蝕環境下超長使用壽命的盾構隧道襯砌結構及方法

在審

• 申請號: 201810766143.1
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN108756937A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 肖明清;孫文昊
• 申請（專利權）人: 中鐵第四勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: E21D11/08
• 分類號: E21D11/08;E21D11/10;E21D11/38
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 王福新

本發明公開了一種強腐蝕環境下超長使用壽命的盾構隧道襯砌結構，包括預制鋼筋混凝土襯砌管片(1)和鋼筋混凝土二次襯砌(2)，所述預制鋼筋混凝土襯砌管片(1)包括由外至內的預制管片中的外側鋼筋(3)、預制管片中間層鋼筋(4)、預制管片內側鋼筋(5)，所述鋼筋混凝土二次襯砌(2)包括二次襯砌受力鋼筋(6)。本發明還公開了一種適用于強腐蝕環境下的盾構隧道襯砌方法。本發明的強腐蝕環境下超長使用壽命的盾構隧道襯砌結構，遠期當管片內側及外側鋼筋發生銹蝕失效后，充分利用既有管片內部未腐蝕部分，并通過在內側澆筑鋼筋混凝土，形成外側鋼筋混凝土管片與內側現澆襯砌的疊合結構的技術方案，實現隧道襯砌結構的使用壽命延長。

技術領域

本發明屬于隧道工程技術領域，更具體地，涉及一種強腐蝕環境下超長使用壽命的盾構隧道襯砌結構及方法。

背景技術

目前盾構法隧道襯砌結構有兩種型式，一種是單層預制管片襯砌，另一種是預制襯砌管片與內部現澆混凝土襯砌組成的雙層襯砌結構。預制襯砌管片一般為鋼筋混凝土材料，由于在海水等強腐蝕環境下，氯離子滲透到鋼筋表面且氯離子濃度達到臨界值后會擊穿鋼筋表面的鈍化膜引起鋼筋銹蝕，導致結構承載能力下降直至喪失。為了保證襯砌結構的設計使用壽命，采用盾構法隧道修建的海底隧道一般采取增加外側鋼筋保護層厚度、在管片外側涂防腐涂層、鋼筋表面涂環氧涂層等提高耐久性的措施。

現有的單層襯砌結構，腐蝕環境下內外側鋼筋銹蝕后造成混凝土保護層剝離，鋼筋銹蝕加劇，當鋼筋銹蝕到一定程度時，襯砌結構失效，隧道結構使用壽命終止。由于在海水環境下，混凝土中鋼筋的銹蝕不可避免，因此單層混凝土管片的使用壽命較短。即使采取管片外側涂防腐涂料或鋼筋表面涂防腐涂層的做法，根據目前技術水平，只能延長使用壽命15-20年。目前采用單層襯砌管片修建的海底隧道使用壽命一般為100年。

雙層襯砌方案根據二次襯砌的作用及實施時間不同，可以有多種做法，一種是二次襯砌采用素混凝土，在隧道建設初期實施，二次襯砌不作為隧道襯砌結構主要受力構件，只作為防火、防撞擊、防止內側鋼筋銹蝕的保護結構。這種襯砌結構當管片外側鋼筋銹蝕后，其承載能力下降直至喪失，故襯砌結構使用壽命與單層襯砌相同，一般也是100年使用壽命。部分隧道采用了在既有隧道內側預留后期二次襯砌澆筑的空間，即原有管片外側鋼筋銹蝕失效后，在隧道內側重新澆筑一層襯砌結構，不再利用外側管片襯砌。該方案思路明確，但對原管片結構中未腐蝕部分沒有進行利用，所有外部荷載及防水均依靠二次襯砌，遠期需要澆筑的二次襯砌厚度較大，即隧道內凈空需預留較大的二次襯砌空間，這得使先施工的盾構隧道管片直徑增加較多、后期澆筑的襯砌厚度及鋼筋用量增加，初期投資和遠期投資均增加較多。

根據目前的研究成果，采取上述措施后，襯砌管片可滿足使用年限不低于100年的目標。但無論是管片表面做防腐涂層還是采用環氧鋼筋，一般僅可延長使用壽命15-20年；另外盾構隧道管片接縫防水密封墊一般布置于外側，隨著管片外側密封墊溝槽附近鋼筋的銹蝕，密封墊溝槽附近混凝土會剝落，造成防水失效。故對于某些重大的海底隧道工程，想要實現150年甚至更長的使用壽命，則需要采取其他措施。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種強腐蝕環境下超長使用壽命的盾構隧道襯砌結構及方法，在預制鋼筋混凝土襯砌管片中，預制管片中的外側鋼筋和預制管片內側鋼筋是受力鋼筋，用于承擔近期荷載，外側受力鋼筋銹蝕后，在預制鋼筋混凝土襯砌管片內側鋪設的含有二次襯砌受力鋼筋的遠期澆筑的鋼筋混凝土二次襯砌，預埋徑向拉結筋接駁器貫穿于預制管片內側鋼筋使預制管片中間層鋼筋和二次襯砌受力鋼筋實現拉結，形成預制管片中間層鋼筋為外側受力鋼筋和二次襯砌受力鋼筋為內側受力鋼筋的新的襯砌結構，用于承擔隧道外部荷載。該結構充分利用既有管片內部未腐蝕部分，并通過在內側澆筑鋼筋混凝土，形成外側鋼筋混凝土管片與內側現澆襯砌的疊合結構的技術方案，從而實現隧道襯砌結構的使用壽命大幅延長。

為了實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供一種強腐蝕環境下超長使用壽命的盾構隧道襯砌結構，其特征在于，包括預制鋼筋混凝土襯砌管片和鋼筋混凝土二次襯砌；其中，