高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及鐵路、公路、江河水下和海底及地下油庫隧道的支承防護結構件領域，具體為一種高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板。該組合隧道壁板包括：球鐵壁板、鋼筋混凝土板，球鐵壁板的背面連接鋼筋混凝土板組合隧道壁板；球鐵壁板的背面與鋼筋混凝土板的內(nèi)圓弧相吻合，球鐵壁板與鋼筋混凝土板通過連接件連接。本實用新型采用高強度高韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，將這兩種不同的結構材料通過特定的制造工藝和連接技術相互結合成為一個整體的管形隧道拱壁支護體系，使其充分利用球墨鑄鐵抗拉強度、伸長率、耐腐蝕性能和混凝土抗壓強度性能強的優(yōu)勢，兩種材料組合后的結構性能超過了原有兩種材料各自的力學性能。
【專利說明】高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及鐵路、公路、江河水下和海底及地下油庫隧道的支承防護結構件領域，具體為一種高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板。
【背景技術】
[0002]目前，國內(nèi)主要依據(jù)新奧法的基本原理進行隧道設計施工，特別對水下和大城市的地鐵和海底等隧道工程更是重點采用淺埋暗挖法設計施工，其核心技術是在施工中采用多種輔助技術措施先加固圍巖體，充分調動和利用周邊圍巖的自承能力，盾構開挖后及時支護、封閉成環(huán)，進行一次襯砌拱壁作為主體承載結構，然后作二次襯砌拱壁作為安全儲備、裝飾等，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護體系，是一種有效抑制圍巖發(fā)生過大變形的配套技術，這是國內(nèi)多年使用的傳統(tǒng)施工方法，兩次襯砌都是厚度有所不同的鋼筋混凝土弧形管片。
[0003]而這兩次襯砌拱壁的費用約占全部隧道建設投資的1/3?1/2，每天平均施工進度為I米多，其工藝較為復雜，施工周期長，建設費用較高。同時，由于混凝土本體的抗拉強度過低，雖在接頭處事先也留出螺孔拼裝用螺栓固定，但也是抵抗不住外加荷載(如地震作用力)使隧道發(fā)生局部垮坍，汶川大地震就使許多周邊鐵路、公路隧道垮坍、堵塞救援通道，造成大量人員傷亡就是嚴重教訓，因此設法提高隧道襯砌構件的結構強度是隧道工程建設所面臨迫切的重要課題。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，進行一次性襯砌拱壁支承防護結構體系，以解決傳統(tǒng)兩次襯砌拱壁存在的安全質量可靠性低，施工效率低的問題。
[0005]本實用新型的技術方案是:
[0006]一種高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，該組合隧道壁板包括:球鐵壁板、鋼筋混凝土板，球鐵壁板的背面連接鋼筋混凝土板組合隧道壁板；球鐵壁板的背面與鋼筋混凝土板的內(nèi)圓弧相吻合，球鐵壁板與鋼筋混凝土板通過連接件連接。
[0007]所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，球鐵壁板為壁板四框、壁板弧面組成，壁板四框、壁板弧面之間交接處設有加強筋片，球鐵壁板的壁板弧面上均勻開設有長方孔，長方孔之間的壁板弧面設有與壁板四框平齊的立筋板，壁板四框中的縱向、橫向以“T”形立筋板連接，形成箱式球鐵弧形框架結構。
[0008]所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，鋼筋混凝土板中設置鋼筋網(wǎng)籠，預埋螺母組合件或預埋桿與鋼筋網(wǎng)籠連接固定。
[0009]所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，鋼筋混凝土板中的預埋螺母組合件與球鐵壁板通過螺栓連接。
[0010]所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，球鐵壁板背面設有預埋桿，在預埋桿頂端為擋板或銷桿。
[0011]所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，同時在預埋桿中部鉆孔安裝銷桿。
[0012]所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，預埋螺母組合件為螺桿、螺母、螺孔構成，預埋螺母組合件的一端螺桿通過螺母與鋼筋混凝土板中鋼筋網(wǎng)籠連接固定，預埋螺母組合件的另一端開設有螺孔，螺栓穿過壁板弧面上的壁板混凝土連接孔與螺孔連接固定。
[0013]所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，壁板四框的四個立面分別開設有軸向連接孔和徑向連接孔，根據(jù)隧道要求的直徑大小分成等分組合隧道壁板，組合隧道壁板通過徑向連接孔拼裝成一個單節(jié)的整體圓環(huán)管，相鄰兩節(jié)整體圓環(huán)管的兩端部通過組合隧道壁板上的軸向連接孔拼裝，在鋼筋混凝土板背面與周圍巖土體之間的盾構隧道洞壁周圍空隙中，通過注漿體搗實固定，形成由球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板整體圓環(huán)管一次性襯砌拱壁的新型隧道支承防護結構體系。
[0014]所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，球鐵壁板、鋼筋混凝土板的連接是彈性連接結構或剛性組合連接結構。
[0015]所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，單片組合隧道壁板之間連接成整體圓環(huán)管，以及整體圓環(huán)管之間的連接均屬于彈性連接結構。
[0016]本實用新型的優(yōu)點及有益效果是:
[0017]1、本實用新型采用高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板(即管片)，將這兩種不同的結構材料通過特定的制造工藝和連接技術相互結合成為一個整體的管形隧道拱壁支護體系，使其充分利用球墨鑄鐵抗拉強度、伸長率、耐腐蝕性能都高和混凝土抗壓強度性能強的優(yōu)勢，其最大的技術特點是:由兩種材料組合后結構形成的隧道壁板，由于充分利用和發(fā)揮了其各自的材料優(yōu)良特性，綜合性能超過了原有兩種材料各自的力學性能和物理性能，是確保各種隧道特別是海下隧道及地下油庫工程安全質量的新型支承防護體系。
如，高強度混凝土 C60等級的抗壓強度為60MPa，而其抗拉強度只有6MPa，延性很小，而高強韌性球墨鑄鐵選用牌號為QT600-9作為主要組合結構件，其抗拉強度為600MPa，伸長率為9%，僅抗拉強度要比高強度混凝土構件(C60)高出近100倍。
[0018]2、傳統(tǒng)技術依據(jù)新奧法的設計思想，先臨時加固圍巖體，開挖成洞后及時進行一次襯砌拱壁作為主體承載結構，然后再作二次襯砌拱壁作為安全儲備、裝飾等，兩次襯砌都是厚度有所不同的鋼筋混凝土弧形管片拼接的圓管隧道，而這兩次拱壁襯砌的材料人工的費用約占總投資的1/3?1/2，平均完成進度只有I米/日。而本實用新型是將事先制造好的球鐵弧形框架與鋼筋混凝土弧形板連接為一體的組合壁板，進行一次性襯砌拱壁成環(huán)后，在圓環(huán)外徑與隧道洞壁之間間隙直接注漿固定，這就形成了結構更合理、綜合力學性能更高的隧道支承防護體系。
[0019]3、由于球墨鑄鐵件初始形成了銹蝕保護膜，減緩了銹蝕的發(fā)展，它在3wt%的堿溶液、飽和鹽水、氨液和濃硫酸等介質中的耐腐蝕性能大大高于普通鋼，是完全可以與鋼筋混凝土組合各種優(yōu)良材料特性互相支援，既完善了結構行為，又極大提高了組合結構的綜合強度，同時確保了海底隧道在濕氣嚴重、鹽分滲浸條件下組合結構的使用壽命和工程安全質量的可靠性。英國的江河上的大橋用耐候鋼做組合構件設計壽命為120年，但規(guī)范中聲明在沿海受潮濕、鹽霧影響嚴重的區(qū)域不應使用耐候鋼構件。本實用新型設計的高強韌性球鐵隧道壁板既有綜合高強度，又能長久耐腐蝕，設計壽命可達100年。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為組合隧道壁板與注漿體等效層示意圖。
[0021]圖2 (a)-圖2 (f)為高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板示意圖。其中，圖2 Ca)為主視圖；圖2 (b)為側視圖；圖2 (c)為圖2 Ca)的A向視圖；圖2 Cd)為圖2 Ca)的B處預埋螺母組合件放大視圖；圖2 (f)為圖2 (a)中C向放大視圖；圖2 Ce)為圖2 Cf)的D-D視圖。
[0022]圖3為背板全板組合式隧道壁板示意圖。
[0023]圖4為背板拉鉤鑄出一體式組合隧道壁板示意圖。
[0024]圖中，I球鐵壁板；2鋼筋混凝土板；3周圍巖土體；4注漿體；5立筋板；6預埋螺母組合件軸向連接孔；8螺栓；9鋼筋網(wǎng)籠；10徑向連接孔；11螺桿；12螺母；13螺孔；14壁板四框；15壁板弧面；16長方孔；17壁板混凝土連接孔；18加強筋片；19預埋桿；20擋板或銷桿。
【具體實施方式】
[0025]如圖1-圖4所示，本實用新型高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板主要包括:球鐵壁板1、鋼筋混凝土板2，球鐵壁板I的背面連接鋼筋混凝土板2組合隧道壁板。球鐵壁板I的背面與鋼筋混凝土板2的內(nèi)圓弧相吻合，球鐵壁板I與鋼筋混凝土板2通過連接件連接。
[0026]如圖2 (a)、圖2 (b)、圖2 (C)所示，球鐵壁板I為壁板四框14、壁板弧面15組成，壁板四框14、壁板弧面15之間交接處設有加強筋片18，球鐵壁板I的壁板弧面15上均勻開設有長方孔16，長方孔16之間的壁板弧面15設有與壁板四框14平齊的立筋板5，壁板四框14中的縱向、橫向以“T”形立筋板5連接，形成類似于桁架中間有空格的箱式球鐵弧形框架結構。鋼筋混凝土板2中設置鋼筋網(wǎng)籠9，預埋螺母組合件6或預埋桿19可與鋼筋網(wǎng)籠9連接固定。其中，
[0027]如圖3所示，鋼筋混凝土板2中的預埋螺母組合件6與球鐵壁板I通過螺栓8連接；首先在鋼筋混凝土模板框的弧形底板從背面將所有預埋螺母組合件6用螺栓緊固，使預埋螺母組合件6與鋼筋網(wǎng)籠9的主筋靠緊固定。如圖4所示，球鐵壁板I背面設有預埋桿19，在預埋桿19頂端為擋板或銷桿20，也可以同時在預埋桿19中部鉆孔安裝銷桿。球鐵壁板I在與鋼筋混凝土板2組合后承載能力完全有保證，目的是在保證框架整體強度的條件下盡量減少球鐵框架的重量，降低基礎造價。
[0028]如圖2 (d)、圖2 (e)、圖2 (f)所示，預埋螺母組合件6為螺桿11、螺母12、螺孔13構成，預埋螺母組合件6的一端螺桿11通過螺母12與鋼筋混凝土板2中鋼筋網(wǎng)籠9連接固定，預埋螺母組合件6的另一端開設有螺孔13，螺栓8穿過壁板弧面15上的壁板混凝土連接孔17與螺孔13連接固定。
[0029]如圖1、圖2 (a)、圖2 (C)所示，壁板四框14的四個立面分別開設有軸向連接孔7和徑向連接孔10，根據(jù)隧道要求的直徑大小分成若干等分組合隧道壁板(本實施例為8等分，每等分45° )，然后把這些組合隧道壁板通過徑向連接孔10拼裝成一個單節(jié)的整體圓環(huán)管，相鄰兩節(jié)整體圓環(huán)管的兩端部通過組合隧道壁板上的軸向連接孔7拼裝，在鋼筋混凝土板2背面與周圍巖土體3之間的盾構隧道洞壁周圍空隙中，通過注漿體4搗實固定，凝固后便形成由球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板整體圓環(huán)管一次性襯砌拱壁的新型隧道支承防護結構體系。從而，綜合利用了高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土兩者的優(yōu)良特性，可以用傳統(tǒng)的施工方法和簡便的施工工藝，獲得更高的結構性能，其技術經(jīng)濟效益和社會效益極為顯著，非常適合我國基礎建設的國情，具有非常廣闊的應用前景，有效地防止海底隧道遭受地震發(fā)生局部垮坍漏水而無法修復，大量挽救人的性命、物資、財產(chǎn)損失。
[0030]本實用新型中，球鐵壁板1、鋼筋混凝土板2的連接是彈性連接結構或剛性組合連接結構。另外，單片組合隧道壁板之間連接成整體圓環(huán)管，以及整體圓環(huán)管之間的連接均屬于彈性連接結構。本實用新型在技術上是可行、可靠的，經(jīng)濟上投資和傳統(tǒng)兩次襯砌隧道的費用相差不大，我國是鋼鐵大國，球鐵原料有保證，價格低廉，勢在必行。
[0031]本實用新型的球鐵材質牌號選用鑄態(tài)QT600-9，這是廠內(nèi)自控標準，其抗拉強度為600MPa，伸長率9%，國家標準為(GB/T1348-2009)QT600_3，其抗拉強度為600MPa，伸長率為3%，伸長率比國標高出三倍，目的是確保球鐵框架高強度的同時具備較高的伸長率韌性，過去傳統(tǒng)兩次襯砌拱壁的破壞點也多在弧形壁板的接頭處，可有效增加構件接頭處有足夠的彈性變形的能力。
【權利要求】
1.一種高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，其特征在于，該組合隧道壁板包括:球鐵壁板、鋼筋混凝土板，球鐵壁板的背面連接鋼筋混凝土板組合隧道壁板；球鐵壁板的背面與鋼筋混凝土板的內(nèi)圓弧相吻合，球鐵壁板與鋼筋混凝土板通過連接件連接。
2.按照權利要求1所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，其特征在于，球鐵壁板為壁板四框、壁板弧面組成，壁板四框、壁板弧面之間交接處設有加強筋片，球鐵壁板的壁板弧面上均勻開設有長方孔，長方孔之間的壁板弧面設有與壁板四框平齊的立筋板，壁板四框中的縱向、橫向以“T”形立筋板連接，形成箱式球鐵弧形框架結構。
3.按照權利要求1所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，其特征在于，鋼筋混凝土板中設置鋼筋網(wǎng)籠，預埋螺母組合件或預埋桿與鋼筋網(wǎng)籠連接固定。
4.按照權利要求3所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，其特征在于，鋼筋混凝土板中的預埋螺母組合件與球鐵壁板通過螺栓連接。
5.按照權利要求3所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，其特征在于，球鐵壁板背面設有預埋桿，在預埋桿頂端為擋板或銷桿。
6.按照權利要求5所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，其特征在于，同時在預埋桿中部鉆孔安裝銷桿。
7.按照權利要求3所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，其特征在于，預埋螺母組合件為螺桿、螺母、螺孔構成，預埋螺母組合件的一端螺桿通過螺母與鋼筋混凝土板中鋼筋網(wǎng)籠連接固定，預埋螺母組合件的另一端開設有螺孔，螺栓穿過壁板弧面上的壁板混凝土連接孔與螺孔連接固定。
8.按照權利要求2所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，其特征在于，壁板四框的四個立面分別開設有軸向連接孔和徑向連接孔，根據(jù)隧道要求的直徑大小分成等分組合隧道壁板，組合隧道壁板通過徑向連接孔拼裝成一個單節(jié)的整體圓環(huán)管，相鄰兩節(jié)整體圓環(huán)管的兩端部通過組合隧道壁板上的軸向連接孔拼裝，在鋼筋混凝土板背面與周圍巖土體之間的盾構隧道洞壁周圍空隙中，通過注漿體搗實固定，形成由球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板整體圓環(huán)管一次性襯砌拱壁的新型隧道支承防護結構體系。
9.按照權利要求1所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，其特征在于，球鐵壁板、鋼筋混凝土板的連接是彈性連接結構或剛性組合連接結構。
10.按照權利要求1所述的高強韌性球墨鑄鐵-鋼筋混凝土組合隧道壁板，其特征在于，單片組合隧道壁板之間連接成整體圓環(huán)管，以及整體圓環(huán)管之間的連接均為彈性連接結構。
【文檔編號】E21D11/10GK203531922SQ201320689522
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權日:2013年11月4日
【發(fā)明者】吳鎮(zhèn), 吳敬, 關鍵 申請人:吳成玉