一种基于3D打印技术的缩尺盾构隧道管片制作方法

本发明涉及隧道工程，特别是涉及一种基于3d打印技术的缩尺盾构隧道管片制作方法。

背景技术：

1、随着城市地铁建设的扩张，愈来愈多的地铁隧道投入运行，隧道运营维护期间所遇到的突发事件的数量也越来越多。因此，研究地下隧道在各种突发状况下的受荷表现，保证接受地下隧道服务的人民人身安全和财产安全成为不可忽略课题。

2、地下隧道绝大多数为盾构隧道，其特点是隧道整体由大量预制衬砌管片拼装而成，存在接缝与螺栓连接结构，与传统矿山法隧道相比，这些连接处较为薄弱，在突发荷载作用下容易产生安全隐患。现今对盾构隧道的实验多以简化的缩尺隧道构件为对象，即对管片接缝和连接处进行削弱以及去除螺栓，然而此种简化处理后的缩尺隧道应用范围有限，并且由于缺少螺栓，与现实隧道的受荷表现仍有偏差；另外还存在使用部分足尺隧道管片进行实验研究，此项实验所研究的对象完全对照现实隧道原型，做到了结构还原，但是足尺管片造价高昂，亦不利于进行多次实验，也无法扩大实验规模。

3、因此，亟需一种既能满足还原现实隧道结构，也能减轻实验经济负担，还能进行一定程度实验规模扩充的缩尺盾构隧道构件。

技术实现思路

1、本发明主要目的在于提供一种基于3d打印技术的缩尺盾构隧道管片制作方法，以解决上述问题。

2、为达上述目的，本发明提供一种基于3d打印技术的缩尺盾构隧道管片制作方法，包括以下步骤：

3、s1、按照实际盾构隧道衬砌几何结构图纸建立几何模型，通过3d打印技术打印各部分盾构隧道管片的缩尺浇筑模具；

4、s2、按照实际盾构隧道配筋图纸中的钢筋笼设计图纸，制作金属网片来作为各部分盾构隧道缩尺管片的内嵌钢丝笼；

5、s3、按照实际盾构隧道各管片结构以及缩尺盾构隧道各管片浇筑要求配置相关零件；

6、s4、将缩尺浇筑模具、内嵌钢丝笼和相关零件按结构要求装配到位，然后向模具内浇筑混凝土，待混凝土成型后脱模并按照普通混凝土养护流程进行养护，待所有构件养护完成后进行组装实验。

7、进一步地，在步骤s1中，根据实际盾构隧道衬砌几何结构图纸，使用3d设计软件设计实际盾构隧道管片所有类型的模具模型；

8、缩尺盾构隧道管片类型包括以下种类：封顶块管片、左邻接块管片、右邻接块管片、左标准块管片、右标准块管片、底部块管片；

9、每种类型缩尺盾构隧道管片的模具按结构分为浇筑模具主体和浇筑模具封顶盖。

10、进一步地，在步骤s2中，根据实际盾构隧道衬砌配筋图纸，按比例缩小设计强度等效的所有类型缩尺盾构隧道衬砌配筋图纸；

11、缩尺盾构隧道衬砌配筋图纸类型包括以下种类：封顶块管片配筋图、左邻接块管片配筋图、右邻接块管片配筋图、标准块管片配筋图、底部块管片配筋图。

12、进一步地，金属网片制作包括以下步骤：

13、a1：根据缩尺盾构隧道衬砌配筋图纸，按面进行金属网片开模，每个单独的钢丝笼都包含六个面；

14、a2、根据每个面的金属网片模具制作相应的钢丝笼网片；

15、a3、将制作好的钢丝笼网片组装、焊接，形成各个缩尺盾构隧道管片类型对应的缩尺盾构隧道管片内嵌钢丝笼；

16、a4、根据预留螺栓位置切割多余的钢丝。

17、进一步地，在步骤s3中，相关零件包括以下零件：

18、a1、与实际盾构隧道衬砌连接螺栓结构相同，大小按一定比例缩小的缩尺螺栓，螺栓强度按实验所需比例的强度调整定制；

19、a2、与盾构隧道管片的缩尺浇筑模具预留螺栓孔直径匹配的强度高、不易变形的管状材料。

20、进一步地，在步骤s4中，根据实验要求配置浇筑材料浆液，将其倒入组装完毕的组装体中，直至液面稍低于浇筑模具主体垂直高度最小的外边；

21、接着将浇筑模具封顶盖与其对应的浇筑模具主体组合，用胶带缠绕两者的缝隙进行固定，待操作完毕后继续倒入浇筑材料浆液，直至液面与浇筑模具封顶盖预留孔洞下边缘重合，完成浇筑。

22、本发明具有以下有益效果：

23、(1)浇筑完成的缩尺盾构隧道管片完全按照实际盾构隧道管片的结构来制作，精细化程度极高，减少了实验简化带来的缺陷。

24、(2)用于浇筑缩尺盾构隧道管片的所有材料能够根据实验需要以及经济条件需要在一定范围内单独进行调整，使用的材料获取简便，普适性良好。

25、(3)在浇筑缩尺盾构隧道管片的过程中，以及根据实验需要运输组装缩尺管片的过程中无需大型器械操作，材料进场退场便捷；与现有足尺盾构隧道管片实验相比，在小范围内的运输完全可依靠人工搬运，减小作业空间；与现有缩尺隧道管片实验相比，舍去了进行现场支模浇筑的过程，降低了对实验构件制作场地的要求，实验构件制作场地选择性更多。

技术特征：

1.一种基于3d打印技术的缩尺盾构隧道管片制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于3d打印技术的缩尺盾构隧道管片制作方法，其特征在于，在步骤s1中，根据实际盾构隧道衬砌几何结构图纸，使用3d设计软件设计实际盾构隧道管片所有类型的模具模型；

3.如权利要求1所述的一种基于3d打印技术的缩尺盾构隧道管片制作方法，其特征在于，在步骤s2中，根据实际盾构隧道衬砌配筋图纸，按比例缩小设计强度等效的所有类型缩尺盾构隧道衬砌配筋图纸；

4.如权利要求3所述的一种基于3d打印技术的缩尺盾构隧道管片制作方法，其特征在于，金属网片制作包括以下步骤：

5.如权利要求1所述的一种基于3d打印技术的缩尺盾构隧道管片制作方法，其特征在于，在步骤s3中，相关零件包括以下零件：

6.如权利要求1所述的一种基于3d打印技术的缩尺盾构隧道管片制作方法，其特征在于，在步骤s4中，根据实验要求配置浇筑材料浆液，将其倒入组装完毕的组装体中，直至液面稍低于浇筑模具主体垂直高度最小的外边；

技术总结
本发明公开了一种基于3D打印技术的缩尺盾构隧道管片制作方法，涉及隧道工程技术领域。包括以下步骤：S1、按照实际盾构隧道衬砌几何结构制作缩尺浇筑模具；S2、按照实际盾构隧道配筋图纸中的钢筋笼设计图纸，制作金属网片来作为各部分盾构隧道缩尺管片的内嵌钢丝笼；S3、按照实际盾构隧道各管片结构以及缩尺盾构隧道各管片浇筑要求配置相关零件；S4、将缩尺浇筑模具、内嵌钢丝笼和相关零件按结构要求装配到位，然后向模具内浇筑混凝土，待混凝土成型后脱模并进行养护，待所有构件养护完成后进行组装实验。本发明浇筑完成的缩尺盾构隧道管片完全按照实际盾构隧道管片的结构来制作，精细化程度高，减少了实验简化带来的缺陷。

技术研发人员：刘超,赵冠华,崔杰,刘海,朱顺航
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17