一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法与流程

本发明涉及隧道裂损管片接头试验领域，尤其是涉及一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法。

背景技术：

盾构隧道管片接头是隧道结构的薄弱部位，在隧道施工期和运营期各种荷载的作用下，管片接头常会出现开裂破坏，进一步损伤隧道管片接头的刚度。随着管片预制与隧道施工技术的不断发展，管片结构不仅用于盾构隧道，在不远的将来，钻爆法隧道的二衬也会越来越多地采用预制管片结构。隧道结构病害评估时，裂损管片接头刚度的合理确定关系到隧道结构病害评估的准确性，目前管片接头刚度研究一般针对状态良好的管片开展，存在初始裂损的管片接头刚度的研究还比较少，预设裂损管片的制作还没有有效的方法。

根据隧道管片接头裂损调研，接头处管片裂损以纵缝接头内外侧混凝土压剪破坏为主，管片本体一般不会因为运营期结构受力造成裂损，常见的裂损管片预制方法采用完整管片在对应位置进行切槽的方式，切槽深度过大会损坏受力钢筋，而切槽深度过小又仅仅是对保护层进行了切槽，均无法用于合理再现管片接头破坏情形，现在可用于准确描述管片接头受力损伤的预设裂损管片还没有有效的制作方法。

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用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

1.一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据试验方案确定隧道管片接头裂损的位置、角度、长度和宽度参数；

2)绑扎管片钢筋，并置入管片浇筑模具，进行预设裂损管片浇筑，设置管片结构裂损；

3)进行管片切割，并拼装形成满足试验方案要求的管片接头试件；

4)将具有预制裂损的管片接头试件在试验加载设备上就位，进行预设裂损管片接头多工况试验。

所述的步骤2)中，进行预设裂损管片浇筑具体为：

首先放入管片钢筋笼，开始浇筑混凝土，当浇筑至预设裂损位置时，停止混凝土浇筑，通过预留施工冷缝的方式设置管片结构裂损。

所述的施工冷缝根据裂损混凝土特征进行冷缝的相应处理，所述的裂损混凝土特征为裂损面两侧混凝土的粘结情况。

冷缝的处理方式根据不同裂损面粘合度的试验要求而不同。

当试验要求为用以研究管片有初始裂损，裂缝宽度小于0.2mm，裂损轻微的情况时，采取的冷缝的处理方式具体为：

浇筑至预设裂损面后暂停浇筑，至混凝土初凝后继续浇筑。

当试验要求为用以研究管片出现明显裂损，裂缝宽度大于0.2mm但混凝土粗骨料间的咬合力仍未丧失时，采取的冷缝的处理方式具体为：

浇筑至预设裂损面后暂停浇筑，至混凝土终凝后继续浇筑。

当试验要求为用以研究管片已出现混凝土压剪破坏，即粗骨料剪切错动，但仍有受力钢筋和构造钢筋相连时，采取的冷缝的处理方式具体为：

浇筑至预设裂损面后暂停浇筑，进行混凝土面找平后至混凝土终凝后继续浇筑。

在混凝土面找平后，采用塑料薄膜、薄塑料板、木板、纤维板或钢板进行覆盖用以减小前后浇筑混凝土间的粘结力，终凝后继续浇筑则完全消除冷缝两侧混凝土的粘聚力，实现再现实际工程中混凝土压裂，钢筋仍然起到一部分连接作用的情况。

所述的步骤4)中，具有预制裂损的管片接头试件包括在负弯矩情况下具有初始裂损的管片接头试件和在正弯矩情况下具有初始裂损的管片接头试件。

所述的管片钢筋笼保持完整，用以再现实际工程中管片钢筋笼未损坏而混凝土出现裂损的情况。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明通过在管片浇筑过程中引入混凝土施工“冷缝”，利用“冷缝”造成的混凝土界面强度参数降低，模拟管片接头受力情况下的裂损。

二、本发明提出采用初凝冷缝、终凝冷缝和界面找平并采用塑料薄膜覆盖的方式，分别用于描述轻微裂损(裂缝宽度小于0.2mm)、明显裂损(裂缝宽度大于0.2mm)但还未出现明显的剪切破坏以及混凝土压剪破坏(出现粗骨料剪切错动)的实际情况，模拟全面，试验效果好。

三、本发明所提出的裂损预制方法，与常见的采用切割机开槽方式不同，能够有效避免管片结构钢筋被破坏，与实际工程中混凝土压剪破坏的工况相同。

附图说明

图1为隧道管片钢筋笼就位。

图2为浇筑混凝土至预设裂损面。

图3为完成管片混凝土浇筑。

图4为进行管片切割。

图5为进行预设裂损的管片接头组装。

图6为各工况设置示意图，其中，图(6a)为正弯矩常规工况的设置示意图，图(6b)为正弯矩裂损工况的设置示意图，图(6c)为负弯矩常规工况的设置示意图，图(6d)为负弯矩裂损工况的设置示意图。

图7为本发明的步骤流程图。

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

如图7所示，本发明提供一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，如图1-5所示，包括以下步骤：

1)进行隧道病害检测，对包括裂损破坏模式、裂损程度评价、裂损张开情况等进行检测，确定管片接头裂损的位置、角度、长度、宽度等参数；

2)制定裂损管片接头试验方案，考虑试验加载设备特点，确定用于裂损管片接头力学试验的试验管片尺寸、管片切割及管片接头拼装方案；

3)制定预设裂损管片浇筑方案，基于管片裂损状态评估，确定裂损在管片的位置、角度、长度、宽度等参数；

4)绑扎管片钢筋，并置入管片浇筑模具，根据管片检测与评估结论，采用混凝土浇筑过程中不同的“冷缝”处理方式，设置管片结构裂损；对于不同的实验要求和模拟情况，具体分为以下三类：

(1)浇筑至预设裂损面后，暂停浇筑，至混凝土初凝后继续浇筑(初凝后继续浇筑，冷缝两侧混凝土的粘结性仍较强，可以用于研究管片有初始裂损，裂缝宽度小于0.2mm，裂损十分轻微的情况)；

(2)浇筑至预设裂损面后，暂停浇筑，至混凝土终凝后继续浇筑(终凝后继续浇筑，冷缝两侧混凝土的粘结性进一步减弱，可以用于研究管片出现明显裂损，裂缝宽度大于0.2mm，但混凝土粗骨料间的咬合力仍未丧失)；

(3)浇筑至预设裂损面后，暂停浇筑，并进行混凝土面找平，采用塑料薄膜覆盖(或采用薄塑料板、木板、纤维板、钢板等)减小前后浇筑混凝土间的粘结力，终凝后继续浇筑(冷缝两侧混凝土基本无粘结性，可以用于研究管片已出现混凝土压剪破坏，出现粗骨料剪切错动，但仍有受力钢筋和构造钢筋相连)。

5)根据管片接头力学试验方案进行管片切割，并拼装形成满足试验方案要求的管片接头试件；如图4所示。

6)将具有预制裂损的管片接头在试验加载设备上就位，进行预设裂损管片接头多工况试验。如图5所示。

如图6所示，同样的步骤，可以得到负弯矩情况下具有初始裂损的管片试件。

技术特征：

1.一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据试验方案确定隧道管片接头裂损的位置、角度、长度和宽度参数；

2)绑扎管片钢筋，并置入管片浇筑模具，进行预设裂损管片浇筑，设置管片结构裂损；

3)进行管片切割，并拼装形成满足试验方案要求的管片接头试件；

4)将具有预制裂损的管片接头试件在试验加载设备上就位，进行预设裂损管片接头多工况试验。

2.根据权利要求1所述的一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，其特征在于，所述的步骤2)中，进行预设裂损管片浇筑具体为：

首先放入管片钢筋笼，开始浇筑混凝土，当浇筑至预设裂损位置时，停止混凝土浇筑，通过预留施工冷缝的方式设置管片结构裂损。

3.根据权利要求2所述的一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，其特征在于，所述的施工冷缝根据裂损混凝土特征进行冷缝的相应处理，所述的裂损混凝土特征为裂损面两侧混凝土的粘结情况。

4.根据权利要求3所述的一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，其特征在于，冷缝的处理方式根据不同裂损面粘合度的试验要求而不同。

5.根据权利要求4所述的一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，其特征在于，当试验要求为用以研究管片有初始裂损，裂缝宽度小于0.2mm，裂损轻微的情况时，采取的冷缝的处理方式具体为：

浇筑至预设裂损面后暂停浇筑，至混凝土初凝后继续浇筑。

6.根据权利要求4所述的一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，其特征在于，当试验要求为用以研究管片出现明显裂损，裂缝宽度大于0.2mm但混凝土粗骨料间的咬合力仍未丧失时，采取的冷缝的处理方式具体为：

浇筑至预设裂损面后暂停浇筑，至混凝土终凝后继续浇筑。

7.根据权利要求4所述的一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，其特征在于，当试验要求为用以研究管片已出现混凝土压剪破坏，即粗骨料剪切错动，但仍有受力钢筋和构造钢筋相连时，采取的冷缝的处理方式具体为：

浇筑至预设裂损面后暂停浇筑，进行混凝土面找平后至混凝土终凝后继续浇筑。

8.根据权利要求7所述的一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，其特征在于，在混凝土面找平后，采用塑料薄膜、薄塑料板、木板、纤维板或钢板进行覆盖用以减小前后浇筑混凝土间的粘结力，终凝后继续浇筑则完全消除冷缝两侧混凝土的粘聚力，实现再现实际工程中混凝土压裂，钢筋仍然起到一部分连接作用的情况。

9.根据权利要求1所述的一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，其特征在于，所述的步骤4)中，具有预制裂损的管片接头试件包括在负弯矩情况下具有初始裂损的管片接头试件和在正弯矩情况下具有初始裂损的管片接头试件。

10.根据权利要求2所述的一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，其特征在于，所述的管片钢筋笼保持完整，用以再现实际工程中管片钢筋笼未损坏而混凝土出现裂损的情况。

技术总结
本发明涉及一种用于接头力学试验的预设裂损隧道管片制作方法，包括以下步骤：1)根据试验方案确定隧道管片接头裂损的位置、角度、长度和宽度参数；2)绑扎管片钢筋，并置入管片浇筑模具，进行预设裂损管片浇筑，设置管片结构裂损；3)进行管片切割，并拼装形成满足试验方案要求的管片接头试件；4)将具有预制裂损的管片接头试件在试验加载设备上就位，进行预设裂损管片接头多工况试验与现有技术相比，本发明具有制作简单，操作方便，不破坏管片结构钢筋，且可以通过调整浇筑过程，得到界面参数不同的裂损，可为相关领域研究提供参考等优点。

技术研发人员：谢东武;丁文其;张清照;潘青
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2020.06.09
技术公布日：2020.09.25