[实用新型]一种梯度功能盾构衬砌管片

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及一种梯度功能盾构衬砌管片，属隧道工程材料与制品技术领域。 

(二)背景技术

目前盾构法施工已成为城市软土地层中修建地下隧道、过江隧道和管道工程的主要方法。在盾构法中，由若干预制管片拼装而成隧道衬砌结构体，其中预制混凝土管片(以下简称管片)不仅是盾构隧道的主要结构形式，也是隧道防水、防火和耐久等综合性能的保证，因此，对管片强度、刚度以及耐久性等方面均提出了很高要求。 

由于城市建设需要，国外研制开发了多种新型盾构技术，但对盾构衬砌管片的研究相对缓慢，目前仍以钢筋混凝土管片为主。由于混凝土为脆性材料，抗拉性能差，因此，在运输、安装过程中，管片易发生破损。工程实践表明，钢筋混凝土管片破损现象一般发生在衬砌管片内侧角部，以表面混凝土在千斤顶顶力作用下发生局部剪切破坏为主，而在管片中部少有发生破损现象。通过采取有效技术措施，特别是控制钢筋混凝土管片拼装操作质量，管片破损现象发生几率可较原来减少50％左右，但始终无法完全解决，这是由混凝土本身呈脆性的致命弱点所决定的，因此，提高管片混凝土的抗冲击性能和抗拉、抗剪强度是解决管片破损问题的关键所在。 

鉴于钢筋混凝土管片在运输、安装过程中易发生破损的缺点，发展新型盾构衬砌管片正成为各国研究热点。近年来，一种新型盾构管片——钢纤维混凝土管片已在国外引起重视，并在一些工程中进行了试验性应用。与普通混凝土相比，钢纤维混凝土具有优良的抗冲击性能和抗剪强度，采用钢纤维混凝土制备的管片在施工期间破损率将大大降低，从而明显提高隧道衬砌的防水性能；由于钢纤维对混凝土开裂有抑制作用，在受力相同情况下，钢纤维混凝土开裂的情况将大大减少，裂缝的宽度亦缩小，从而可提高管片的耐久性。然而，钢纤维 材料价格较高，采用钢纤维混凝土将大幅增加管片初期投资成本，这是钢纤维混凝土管片的致命弱点。 

另一方面，地铁管片在环境中使用的长期耐久性也是人们普遍关注的重要问题。ZL200510120533.4提供了一种盾构隧道衬砌管片的制备方法，其结构是：从外侧向内侧，依次是高致密防水层、钢筋混凝土保护层、钢筋混凝土结构层和防火抗爆层，高致密防水层和保护层共同构成高防水抗渗层，其整体抗渗等级≥P30，Cl^-扩散系数≤1×10^-13m²/s，28d干缩值≤250个微应变。然而，对于深埋于地下(如地铁)、江底或海底(如过江隧道或海底隧道)的钢筋混凝土管片通常不存在由于氯离子渗透引起的钢筋锈蚀等问题，其原因是由于即使存在氯离子渗透等现象，但地下或水下含氧量很低；由于对管片进行了很好的防水处理，隧道内部的氧气也很难渗透到管片外侧，因而管片外侧的钢筋表面呈缺氧状态，其钢筋锈蚀问题在设计时一般不予考虑。对于氯离子环境中浅埋或与外部相连部分的管片，则需考虑氯离子渗透引起的钢筋锈蚀问题。对于管片内侧由于碳化引起的钢筋锈蚀也应引起足够的重视，这是由于隧道内部通风情况较差，隧道内的CO₂含量往往较高。同时，隧道内通常具有一定的湿度，混凝土碳化往往比较严重。因此如何提高管片内侧混凝土的抗碳化和抗裂性能是需要着重解决的关键问题。 

(三)发明内容

为解决现有钢筋混凝土管片存在的易破损、耐久性差、全部采用高韧性混凝土制备管片成本高等问题，本实用新型提供一种梯度功能盾构衬砌管片。 

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案是： 

一种梯度功能盾构衬砌管片，其结构自上而下，依次包括钢筋混凝土外保护层、钢筋混凝土外结构层、钢纤维增强混凝土强韧化内结构层和钢纤维增强混凝土强韧化内保护层；所述的钢筋混凝土外保护层与钢筋混凝土外结构层连为一体，由强度等级≥C50、坍落度为30～70mm的高性能混凝土制成；所述的钢纤维增强混凝土强韧化内结构层和钢纤维增强混凝土 强韧化内保护层连为一体，由强度等级≥C50、坍落度为30～70mm的钢纤维混凝土制成。 

一般而言，对于盾构衬砌管片，其中含有钢筋骨架，通常以钢筋骨架上的内外侧主筋区分结构层和保护层，内外侧主筋之间为结构层，外侧主筋以上为外保护层，内侧主筋以下为内保护层。 

本实用新型推荐所述的钢筋混凝土外保护层4与钢筋混凝土外结构层3的厚度分别为40～60mm和300～400mm；所述的钢纤维增强混凝土强韧化内结构层2和钢纤维增强混凝土强韧化内保护层1的厚度分别为20～90mm和50～60mm。