专利名称：大截面圆心应力抗震涵管及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大截面圆心应力抗震涵管及其制备工艺。
背景技术：
目前国内传统的大型隧道常规施工技术有两种，一种是用大型盾构机施工的地铁工程，另一种是用人力开凿施工的隧道工程。地铁工程的内部结构是用预制管片组合成圆筒体，在用高压砂浆泵往夹缝里注入大量混凝土，待混凝土凝固后，支架内模板浇筑圆筒型混凝土结构体。由人工开凿的大型隧道的施工技术更为简单，先用水泥浆往涵洞内壁喷一层加固衬层，在支架内模板浇筑混凝土结构体。以上两种传统的常规技术由于结构简单，承压、抗震、抗裂的性能差，为了达到设计要求，加大了土石方开挖的工程量，所耗费的原材料特别多，工程造价特别高，施工效率特别低，还因运输量大，给现场施工造成很多不利影响，所以施工的工期特别长。由于客观上的原因，大型的长距离的内径超过4米的输水管线，在国内还没有工程实例。“南水北调”工程有多处地震区，要想满足现代引水工程的需要，增加结构强度，节约资源，降低工程造价，研究大截面抗震涵管是十分必要的，也是非常及时的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可有效提高抗弯曲、抗位移性能的大截面圆心应力抗震涵管。
本发明采用如下技术方案本发明包括混凝土涵管体及设置在涵管体内的由纵筋和环筋制作的圆筒形骨架，其特征在于所述的圆筒形骨架由里层骨架、中层骨架和外层骨架构成，在里层骨架和中层骨架上分别均匀固定有和骨架中轴线呈斜向交叉设置的右斜筒管和左斜筒管，在筒管内穿有经张拉产生预应力的钢绞线，在外层骨架上设置有环向筒管，两端通过设置在涵管体内壁上的锚具锚固，并在涵管体内壁上设置有和环向筒管内钢绞线相连接的助拉锚具，在涵管内壁和混凝土外衬之间设置有橡塑隔离层在助拉锚具和环向钢绞线连接处设置有固定钢绞线的锁扣。
本发明在环向筒管内绕置涵管体一周的钢绞线上设置有一个或一个以上的助拉锚具。
本发明在助拉锚具通过锁扣和设置在环向筒管内的钢绞线相连接。
本发明在里层骨架上的纵向连接孔内设置有可以进行连续纵向张拉可把立式制作的5-7米的管道串联起来的钢绞线。
本发明在涵管体内设置的纵向连接孔内的预应力纵筋可将分段施工的管段连接成长达30-150米的超长涵管体。
本发明所述的超长涵管体可以是在涵洞内利用涵洞内壁喷涂或粘贴橡塑隔离层后，按工艺流程施工并连接成超长涵管体。
本发明也可以是在平原开挖好的沟内，利用固定弧形管底座或利用活动管底座在支架外模板后，按工艺流程施工，并连接成超长涵管体。
本发明也可是用立式施工工艺，然后在吊装移位，用纵向预应力连接成超长涵管体。
本发明分段连接的管道对接用橡胶密封圈，伸缩缝用橡胶止水带密封。
本发明大截面圆心应力抗震涵管及其制备工艺采用下列步骤第一步混凝土外衬的制作用盾构机或人工开挖好涵洞体后，把用φ6-φ10钢筋制作的网片固定在涵洞外壁上，支架好圆筒型组合外模板，浇筑夹缝混凝土外衬。
第二步拆除组合外模板待外衬混凝土凝固后，拆除组合外模板，并按顺序往前推进，连接施工下一管段。
第三步橡塑隔离层的制作用高弹、耐高压、耐老化的橡塑合成材料利用喷涂或粘贴的工艺制作橡塑隔离层。
第四步圆筒型骨架的制作，每10米为一个管段，分别制作圆筒型外层骨架、中层骨架、里层骨架，并用径向钢筋连接成一体。
第五步加固张拉带的制作在外层骨架和中层骨架还有里层骨架之间用加大的钢筋，分布在涵管体上方宽1-2米部位设置加固张拉带，形成“龙骨结构体”。
第六步环向筒管的制作在外层骨架的里层或外侧分布环向筒管，相互交叉在涵管体内上部“加固张拉带”两边通向涵管体的内壁左上方，右上方锚具预留孔，并安装好左中下方，右中下方或左中上方，右中上方的助拉锚具。
第七步双向交叉斜筒管的制作在中层骨架的两侧或外侧分布双向交叉左斜筒管、右斜筒管，穿好管内钢绞线，安装好固定锚具和张拉锚具。
第八步内模板的安装根据涵管体内径大小确定内模板并把端面模板和内模板连在一起。
第九步浇筑管体混凝土用高压砂浆泵往模板内浇筑混凝土，并按工艺要求震捣成型。
第十步真空灌注，加压封锚把所有筒管分段抽成真空，分别用高压泵注入加膨胀剂、速凝剂的高标号水泥浆，并用特种水泥浆加压封平预留锚孔。
第十一步预应力钢绞线的连接用连接器连接斜向、纵向钢绞线，用套筒连接纵筋，重复上述步骤制作第二管段及其它管段。
第十三步涵管体端部伸缩缝的制作当管段连续构成的管体达到设计长度时，把橡胶止水带的一端浇筑于另一管段的端部，这样重复制作若干涵管体形成了输水管线。
本发明积极效果如下本发明在外层骨架内侧或外侧设置有环向筒管，环向筒管两端通过设置在涵管体内壁中上方的锚具锚固，并在涵管体内壁中下方或中上方设置有和环向筒管内钢绞线相连接的助拉锚具。本发明采用梯级张拉的新工艺，使管体环向受力更加合理。还由于在中层骨架和里层骨架采用了顺管体布置的斜向交叉预应力筋，使整体结构形成了圆心应力，从而增强了管体上方“龙骨结构”的性能，提高了抗震、抗弯曲、抗位移的能力。
本发明可用于我国在多发地震区建设的“南水北调”特大型引水工程，还可以满足大型跨江河大通道的需要，也可满足地震多发区建设穿山输水涵管和开凿穿山隧道的需要。
本发明适用于多发地震区用大型盾构机开挖的大型地下输水长距离的涵管工程，以及地铁工程，还适用于跨江河大通道工程。还可以用于“南水北调”工程平原地区长距离专用管线。
附图1为本发明结构示意图附图2为本发明附图1A-A向横截面剖视图附图3为本发明附图1的B部放大图附图4为本发明附图2的D部放大图附图5为本发明涵管体连接示意图附图6为本发明附图5的C部放大图附图7为本发明环向筒管绕置形态示意图附图8为本发明助拉锚具和钢绞线连接示意图在附图中1、涵管体、2外层骨架、3环筋、4中层骨架、5纵筋、6环筋、7左斜筒管、8里层骨架、9、右斜筒管、10纵向连接孔、11环筋、12纵筋、13锚具、14钢绞线、15纵筋、16环向筒管、17助拉锚具、18施工连接处、19橡胶止水带、20橡塑隔离层、21涵洞外壁、22涵管伸缩缝、23混凝土外衬、24岩层、25锁扣。
具体实施例方式
如附图所示，本发明包括混凝土涵管体1及设置在涵管体1内的由纵筋和环筋制作的圆筒形骨架，其特征在于所述的圆筒形骨架由里层骨架8、中层骨架4和外层骨架2构成，在里层骨架8和中层骨架4上分别均匀固定有和骨架中轴线呈斜向交叉设置的右斜筒管9和左斜筒管7，在筒管内穿有经张拉产生预应力的钢绞线，在外层骨架2上设置有环向筒管16，两端通过设置在涵管体1内壁上的锚具13锚固，并在涵管体1内壁上设置有和环向筒管16内钢绞线相连接的助拉锚具17，在涵管内壁21和混凝土外衬23之间设置有橡塑隔离层20在助拉锚具17和环向钢绞线14连接处设置有固定钢绞线14的锁扣25。
本发明在环向筒管16内绕置涵管体一周的钢绞线14上设置有一个或一个以上的助拉锚具17。
本发明在助拉锚具17通过锁扣25和设置在环向筒管16内的钢绞线14相连接。
本发明在里层骨架8上的纵向连接孔10内设置有可以进行连续纵向张拉可把立式制作的5-7米的管道串联起来的钢绞线。
本发明在涵管体1内设置的纵向连接孔10内的预应力纵筋可将分段施工的管段连接成长达30-150米的超长涵管体1。
本发明所述的超长涵管体1可以是在涵洞内利用涵洞内壁喷涂或粘贴橡塑隔离层后，按工艺流程施工并连接成超长涵管体1。
本发明也可以是在平原开挖好的沟内，利用固定弧形管底座或利用活动管底座在支架外模板后，按工艺流程施工，并连接成超长涵管体1。
本发明也可是用立式施工工艺，然后在吊装移位，用纵向预应力连接成超长涵管体1。
本发明分段连接的管道对接用橡胶密封圈，伸缩缝用橡胶止水带19密封。
本发明大截面圆心应力抗震涵管的制备工艺采用下列步骤第一步混凝土外衬23的制作用盾构机或人工开挖好涵洞体后，把用φ6-φ10钢筋制作的网片固定在涵洞外壁上21，支架好圆筒型组合外模板，浇筑夹缝混凝土外衬23。
第二步拆除组合外模板待外衬混凝土23凝固后，拆除组合外模板，并按顺序往前推进，连接施工下一管段。
第三步橡塑隔离层20的制作用高弹、耐高压、耐老化的橡塑合成材料利用喷涂或粘贴的工艺制作橡塑隔离层20。
第四步圆筒型骨架的制作，每10米为一个管段，分别制作圆筒型外层骨架2、中层骨架4、里层骨架8，并用径向钢筋连接成一体。
第五步加固张拉带的制作在外层骨架2和中层骨架4还有里层骨架8之间用加大的钢筋，分布在涵管体1上方宽1-2米部位设置加固张拉带，形成“龙骨结构体”。
第六步环向筒管的制作在外层骨架的里层或外侧分布环向筒管，相互交叉在涵管体1内上部“加固张拉带”两边通向涵管体1的内壁左上方，右上方锚具13预留孔，并安装好左中下方，右中下方或左中上方，右中上方的助拉锚具17。
第七步双向交叉斜筒管的制作在中层骨架4的两侧或外侧分布双向交叉左斜筒管7、右斜筒管8，穿好管内钢绞线14，安装好固定锚具和张拉锚具13。
第八步内模板的安装根据涵管体1内径大小确定内模板并把端面模板和内模板连在一起。
第九步浇筑管体混凝土用高压砂浆泵往模板内浇筑混凝土，并按工艺要求震捣成型。
第十步真空灌注，加压封锚把所有筒管分段抽成真空，分别用高压泵注入加膨胀剂、速凝剂的高标号水泥浆，并用特种水泥浆加压封平预留锚孔。
第十一步预应力钢绞线14的连接用连接器连接斜向、纵向钢绞线14，用套筒连接纵筋5、12、15，重复上述步骤制作第二管段及其它管段。
第十三步涵管体1端部伸缩缝22的制作当管段连续构成的管体达到设计长度时，把橡胶止水带19的一端浇筑于另一管段的端部，这样重复制作若干涵管体1形成了输水管线。
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用“环向网状结构”的新模式，利用环向对应方式在管体内中上方部位相互交叉张拉，在张拉的中间上方部位，涵管体1内设置加固张拉带”，使之形成“龙骨结构体”。能有效的聚集成倍的圆心应力，抵消由于管体承受内、外荷载所产生的拉应力。还由于采用了在涵管体1内壁上方部位设置了“加固张拉带”，使超长管体增加了抗高压、抗位移、抗弯曲的能力，提高了抗震的性能，能保证在多发地震区建设的输水管线能够正常的运行。
本发明还有一个特点，可以分段连续施工，还可以用立式工艺生产长5-7米的管道，在平原地区可以采用卧式工艺在开挖好的沟内打垫层，制作金属活动管台，制造完毕后吊装移位，利用纵向预应力钢绞线17串联在一起，形成超长涵管体1，按设计长度用橡胶止水带19密封，制作伸缩缝。
本发明由于采用新结构、新技术、新工艺，减少了工程量，节省了资源，降低了工程造价，提高了工程效率，缩短了工期，同时还改变了施工方式，改善了施工条件，基本上达到了机械化施工的水平。
施工方法如下1、用盾构机或人工开挖好涵洞后，支架定型的圆筒型组合外模板，外用φ6-φ10钢筋制作网片，固定在涵洞壁上用高压砂浆泵往夹缝灌注混凝土，形成圆筒型外衬23。
2、待外衬凝固后拆除筒外模板，在连续往前推进，浇筑下段外衬。
3、制作由环筋3和纵筋5组成圆筒型骨架，由里层骨架8、中层骨架4、外层骨架三层构成。
4、在外层骨架的外侧或里侧分布在涵管体1的中间上方部位。相互交叉的圆型筒管16，并在管内穿入经张拉产生预应力的钢绞线14。
5、在圆筒型骨架上分布筒管、并在斜向筒管中7穿入经张拉产生预应力的钢纹线14。
6、浇筑混凝土，震捣成型，待混凝土强度达到70％以上时拆掉内模板。
7、安装好助拉锚具，张拉锚具，按顺序完成张拉。
8、用真空泵把筒管内的空气分段抽成真空，分别再用高压泵把配有膨胀剂速凝剂的高标号水泥浆灌于筒管中，然后在用特种水泥浆把助拉孔和锚孔加压封平。
9、按顺序在进行下一管段，达到设计长度后，用橡胶止水带19密封，制作伸缩缝(管段内径5-10米)。
10、8-10米长的管体可用卧式工艺，分段施工，也可以先预制固定弧形管座，直接在管座上连接施工。5-7米的管段也可以用活动管座，分段制作，然后吊装移位，安装成超长涵管体1。
11、5-7米内径的管段可用立式工艺生产。按顺序支架内模板，制作好骨架后支架模板，浇筑好混凝土后，先拆除内模板进行内壁张拉。完毕后吊装移位安装成超长涵管体1。
12、本发明钢绞线均在涵管体内壁张拉，平原开槽施工时，也可采用在涵管体外壁张拉。
13、用预应力连接技术，管段接口用橡胶密封环对口密封，涵管体1伸缩缝用橡胶止水带19密封。
如附图所示，每10米一个施工管段，每30-150米设计一道伸缩缝。该骨架用环筋用φ25-φ36钢筋，纵筋用φ22-φ25钢筋。钢筋用特制的套筒连接，钢绞线用连接器连接，助拉使用助拉器控制张拉。
本发明也可以用立式工艺生产5-7米内径的管线，在涵管体有预留的预应力接孔，还预留有用密封环密封的凹槽，管体的长度5-10米，厚度20-50cm。
权利要求
1.一种大截面圆心应力抗震涵管，包括混凝土涵管体(1)及设置在涵管体(1)内的由纵筋和环筋制作的圆筒形骨架，其特征在于所述的圆筒形骨架由里层骨架(8)、中层骨架(4)和外层骨架(2)构成，在里层骨架(8)和中层骨架(4)上分别均匀固定有和骨架中轴线呈斜向交叉设置的右斜筒管(9)和左斜筒管(7)，在筒管内穿有经张拉产生预应力的钢绞线，在外层骨架(2)上设置有环向筒管(16)，两端通过设置在涵管体(1)内壁上的锚具(13)锚固，并在涵管体(1)内壁上设置有和环向筒管(16)内钢绞线相连接的助拉锚具(17)，在涵管内壁(21)和混凝土外衬(23)之间设置有橡塑隔离层(20)在助拉锚具(17)和环向钢绞线(14)连接处设置有固定钢绞线(14)的锁扣(25)。
2.根据权利要求1所述的一种大截面圆心应力抗震涵管其特征在于在环向筒管(16)内绕置涵管体一周的钢绞线(14)上设置有一个或一个以上的助拉锚具(17)。
3.根据权利要求1或2所述的一种大截面圆心应力抗震涵管，其特征在于在助拉锚具(17)通过锁扣(25)和设置在环向筒管(16)内的钢绞线(14)相连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种大截面圆心应力抗震涵管，其特征在于在里层骨架(8)上的纵向连接孔(10)内设置有可以进行连续纵向张拉可把立式制作的5-7米的管道串联起来的钢绞线。
5.根据权利要求1或2所述的一种大截面圆心应力抗震涵管，其特征在于在涵管体(1)内设置的纵向连接孔(10)内的预应力纵筋可将分段施工的管段连接成长达30-150米的超长涵管体(1)。
6.根据权利要求5所述的一种大截面圆心应力抗震涵管，其特征在于所述的超长涵管体(1)可以是在涵洞内利用涵洞内壁喷涂或粘贴橡塑隔离层后，按工艺流程施工并连接成超长涵管体(1)。
7.根据权利要求5所述的一种大截面圆心应力抗震涵管，也可以是在平原开挖好的沟内，利用固定弧形管底座或利用活动管底座在支架外模板后，按工艺流程施工，并连接成超长涵管体(1)。
8.根据权利要求1或5所述的一种大截面圆心应力抗震涵管，其特征在于也可是用立式施工工艺，然后在吊装移位，用纵向预应力连接成超长涵管体(1)。
9.根据权利要求1或2所述的一种大截面圆心应力抗震涵管，其特征在于分段连接的管道对接用橡胶密封圈，伸缩缝用橡胶止水带(19)密封。
10.一种大截面圆心应力抗震涵管的制备工艺，其特征在于包括下列步骤第一步混凝土外衬(23)的制作用盾构机或人工开挖好涵洞体后，把用φ6-φ10钢筋制作的网片固定在涵洞外壁上(21)，支架好圆筒型组合外模板，浇筑夹缝混凝土外衬(23)。第二步拆除组合外模板待外衬混凝土(23)凝固后，拆除组合外模板，并按顺序往前推进，连接施工下一管段。第三步橡塑隔离层(20)的制作用高弹、耐高压、耐老化的橡塑合成材料利用喷涂或粘贴的工艺制作橡塑隔离层(20)。第四步圆筒型骨架的制作，每10米为一个管段，分别制作圆筒型外层骨架(2)、中层骨架(4)、里层骨架(8)，并用径向钢筋连接成一体。第五步加固张拉带的制作在外层骨架(2)和中层骨架(4)还有里层骨架(8)之间用加大的钢筋，分布在涵管体(1)上方宽1-2米部位设置加固张拉带，形成“龙骨结构体”。第六步环向筒管的制作在外层骨架的里层或外侧分布环向筒管，相互交叉在涵管体(1)内上部“加固张拉带”两边通向涵管体(1)的内壁左上方，右上方锚具(13)预留孔，并安装好左中下方，右中下方或左中上方，右中上方的助拉锚具(17)。第七步双向交叉斜筒管的制作在中层骨架(4)的两侧或外侧分布双向交叉左斜筒管(7)、右斜筒管(8)，穿好管内钢绞线(14)，安装好固定锚具和张拉锚具(13)。第八步内模板的安装根据涵管体(1)内径大小确定内模板并把端面模板和内模板连在一起。第九步浇筑管体混凝土用高压砂浆泵往模板内浇筑混凝土，并按工艺要求震捣成型。第十步真空灌注，加压封锚把所有筒管分段抽成真空，分别用高压泵注入加膨胀剂、速凝剂的高标号水泥浆，并用特种水泥浆加压封平预留锚孔。第十一步预应力钢绞线(14)的连接用连接器连接斜向、纵向钢绞线(14)，用套筒连接纵筋(5)、(12)、(15)，重复上述步骤制作第二管段及其它管段。第十三步涵管体(1)端部伸缩缝(22)的制作当管段连续构成的管体达到设计长度时，把橡胶止水带(19)的一端浇筑于另一管段的端部，这样重复制作若干涵管体(1)形成了输水管线。
全文摘要
本发明涉及一种大截面圆心应力抗震涵管，其圆筒形骨架由里层骨架、中层骨架和外层骨架构成，在里层骨架和中层骨架上分别均匀固定有和骨架中轴线呈斜向交叉设置的右斜筒管和左斜筒管，在筒管内穿有经张拉产生预应力的钢绞线，在外层骨架上设置有环向筒管，环向筒管两端通过设置在涵管体内壁上的锚具锚固，并在涵管体内壁上设置有和环向筒管内钢绞线相连接的助拉锚具，本发明适用于多发地震区用大型盾构机开挖的大型地下输水涵洞的结构工程，以及地铁工程，还适用于跨江河大通道工程，还可以用于长距离大型引水工程的深埋专用管线。
文档编号F16L1/038GK1837666SQ200510012429
公开日2006年9月27日 申请日期2005年3月25日 优先权日2005年3月25日
发明者张楸长, 吴晓星, 张双久 申请人:衡水长江预应力有限公司