一种预制空腹混凝土管环及预制方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种预制空腹混凝土管环及预制方法。

背景技术：

基于钢(纤维)筋混凝土材料力学性能和经济性良好的特性，采用预制拼装管环作为承载结构的地下工程，主要应用于市政管道、地下通道、地下管廊等，最常用的管环为钢(纤维)筋混凝土管环。钢(纤维)筋混凝土管环一般为实体整浇，从而造成管环自重较大，拼装用管环尺寸受到较大限制，进而造成单位长度隧道管环接缝较多，不仅影响结构受力，而且因为接缝众多，增加了运营过程中隧道渗漏水的风险，因此隧道拼装用钢(纤维)筋混凝土管环亟需优化改进。同时，管环施工和运营过程中产生的混凝土裂缝，会降低管环结构承载力，影响管环结构耐久性，而在混凝土结构中掺入纤维则可以较好地提高混凝土结构的抗裂性，减小管环结构裂缝发生的风险。但是隧道管环结构配筋量较大，常会造成管环浇筑困难。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种预制空腹混凝土管环及预制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种预制空腹混凝土管环，应用于采用预制拼装法施工的地下工程，包括管环骨架、设置在管环骨架内用以形成空腹结构的气囊以及分层浇筑成型的管环本体，所述的管环骨架包括由多条环形主筋组成的骨架主体以及多条用以绑扎骨架主体的箍筋构成，所述的气囊设置在骨架主体与箍筋围成的环形空腔内，并通过挂钩固定在主筋上。

该预制空腹混凝土管环为钢/纤维筋混凝土管环、纤维钢/纤维筋混凝土管环或纤维混凝土管环，其中，钢/纤维筋混凝土管环和纤维钢/纤维筋混凝土管环中的钢/纤维筋为管片受力钢/纤维筋，纤维混凝土管环中的钢/纤维筋为用以通过挂钩固定气囊的构造钢/纤维筋。

所述的气囊占管环的体积20％以上，气囊外表面至管环外边界的距离满足管片受力和钢筋保护层厚度要求。

所述的气囊外表面为流线型，其材料为橡胶、pvc复合材料、不透水性织物或金属。

当气囊无需避让管环对应的预埋件时，则其为环形结构，当需要避让管环对应的预埋件时，则为同一环上的分段结构。

该预制空腹混凝土管环的横断面形状为圆形、圆角矩形和矩形形式。

浇筑管环本体成型的混凝土中的掺入纤维采用钢纤维和合成纤维，所述的钢纤维为碳钢纤维、低合金钢纤维或不锈钢纤维，所述的合成纤维为聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维或聚乙烯醇纤维，所述的管片骨架材料为钢筋或纤维筋。

所述的管环骨架采用钢筋或纤维筋。

一种预制空腹混凝土管环的预制方法，包括以下步骤：

1)绑扎管环骨架；

2)在绑扎管环骨架过程中置入未充气的气囊；

3)精确定位挂钩固定气囊位置后，进行充气，确保气囊的植入不会影响管环的承载力和耐久性；

4)采用商品混凝土进行空腹混凝土管环浇筑预制；

5)脱模养护预制空腹混凝土管环。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过在钢(纤维)筋混凝土管环中置入气囊替换混凝土，得到预制空腹混凝土管环，通过气囊的精确定位，确保气囊的置入不会对混凝土管环的承载力和耐久性产生影响，该方法可减小管环自身重量，增大预制管环尺寸，提高管环施工的便利性，可有效提高施工效率，节省原材料，节约工程造价，降低资源损耗，实现绿色施工，减小环境影响；随着地下工程开挖断面的增大引起的荷载增大，管环厚度也将不断增大，从而研发空腹混凝土管环具有重要的理论意义和实践价值。

附图说明

图1为预制空腹混凝土管环的横断面结构图。

图2为图1中1-1剖面的钢(纤维)筋混凝土管环结构图。

图3为图1中1-1剖面的纤维钢(纤维)筋混凝土管环结构图。

图4为图1中1-1剖面的纤维混凝土管环结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明提供一种预制空腹混凝土管片及预制方法，该预制空腹混凝土管片可应用于采用预制拼装法施工的地下工程，包括但不限于顶管隧道、地下管廊等情形。

该预制空腹混凝土管环的结构如图1-4所示，包括管环骨架、设置在管环骨架内用以形成空腹结构的气囊以及分层浇筑成型的管环本体，所述的管环骨架包括由多条环形主筋组成的骨架主体以及多条用以绑扎骨架主体的箍筋构成，所述的气囊设置在骨架主体与箍筋围成的空腔内，并通过挂钩固定在主筋上。

该预制空腹混凝土管环的材料可为钢(纤维)筋混凝土、纤维钢(纤维)筋混凝土或纤维混凝土；其中，钢(纤维)筋混凝土管环采用经典的钢(纤维)筋和混凝土力学计算模式；纤维钢(纤维)筋混凝土管环则考虑纤维和钢(纤维)筋共同受力，管环配置钢(纤维)筋量可得到有效减少，而纤维混凝土管环则完全采用纤维替代钢(纤维)筋，本发明在管环骨架中设置气囊，气囊采用挂钩固定在管环钢(纤维)筋骨架上，其中钢(纤维)筋混凝土管环和纤维钢(纤维)筋混凝土管环中的钢(纤维)筋为管环受力钢(纤维)筋，而纤维混凝土管环中的钢(纤维)筋为构造钢(纤维)筋，用于进行气囊的定位。

气囊的外表面至对应管环外边界的距离满足管环受力和钢筋保护层厚度要求，气囊的定位确保管环钢筋的保护层厚度，不影响管环结构的耐久性，气囊体积所占管环体积达20％以上，有效的减少了混凝土用量，降低质量。

气囊的外形需考虑管环内部构造特征，需避让管环对应的预埋件，可根据需要采用完整气囊环或同一环气囊分段安放。

另外，气囊的外形和定位应确保不明显影响管环承载能力，采用方便混凝土浇筑的流线型，由于内置气囊增大混凝土散热面积，减小混凝土体积，从而减少大体积混凝土水化热可能引发的管环裂缝。

用于定位气囊的挂钩应有足够的强度和韧性，确保气囊在浇筑混凝土过程中不得偏位。

气囊材料可采用橡胶、pvc复合材料、不透水性织物、金属或其他高分子材料等，并具有耐压性、耐穿刺性，避免在气囊安装、定位和浇筑混凝土过程中破裂失效，并且制作气囊的材料不得在隧道运营过程中对环境产生不良影响。

由于气囊可以显著减轻管环平均密度，管环尺寸可以结合目前隧道施工机械设备的施工能力进行增大，减少单位长度管环数量，减少单位长度隧道管环接缝数，减小隧道接缝渗漏水风险。

本例中，预制空腹混凝土管片的横断面外形可根据受力特点和空间利用情况采用圆形、圆角矩形和类矩形等形式。

该预制空腹混凝土管片在浇筑的混凝土中掺入纤维，纤维可采用钢纤维(包括碳钢纤维、低合金钢纤维、不锈钢纤维等)和合成纤维(包括聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维等)等在纤维混凝土中常用的无毒纤维，混凝土中掺入纤维量除考虑管环混凝土裂缝控制要求外，另需考虑受力要求，对应减少钢(纤维)筋骨架配筋量，方便钢(纤维)筋绑扎。

管环骨架可采用钢筋、纤维筋等满足受力要求的材料。

预制空腹混凝土管环设计方法，可通过以下步骤实现：

(1)绑扎管环钢(纤维)筋骨架；

(2)绑扎管环钢(纤维)筋骨架过程中置入气囊；

(3)精确定位气囊挂钩，确保气囊的植入不会影响管环的承载力和耐久性；

(4)采用商品混凝土进行空腹钢(纤维)筋混凝土管环预制；

(5)脱模养护预制空腹钢(纤维)筋混凝土管环。