一种装配式BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌制造技术

本发明专利技术属于隧道工程技术领域，具体涉及一种装配式BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌。所述BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌包括环形的三层材料；第一层和第三层均采用玄武岩纤维复合材料（BFRP）制成，中间层为填充的自密实工程水泥基复合混凝土材料（ECC）；相邻层之间密切贴合，形成隧道衬砌结构。采用该装配式BFRP管混凝土组合材料制作的隧道衬砌结构，外层BFRP管相较于传统混凝土材料更耐腐蚀，且密度小重量轻、抗拉强度高，有效地避免了传统混凝土材料抗拉强度低、易开裂渗水的问题，以及混凝土材料耐久性差、不宜在氯离子含量高的海水等腐蚀性环境中使用的缺点，为解决跨海隧道的耐久性提出了新的解决方案。

A prefabricated BFRP pipe concrete composite structure tunnel lining

【技术实现步骤摘要】
一种装配式BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌
本专利技术涉及隧道工程
，特别涉及一种装配式BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌。
技术介绍
近年来，随着隧道施工技术水平的提高，水下隧道得到了空前的发展，跨江、跨海隧道得到了人们的日益青睐。例如已经建成通车的港珠澳大桥主体工程海底隧道，全长约6.7公里，是迄今为止世界最长、埋入海底最深（最深处近50米）、车道数最多、综合技术难度最高的沉管隧道之一。在拟建中的渤海湾海底隧道、琼州海峡隧道以及构思中的台湾海峡隧道等，如建成通车将大大缩短来往海峡两岸的时间，具有举足轻重的地位。然而在用盾构法或沉管法进行海底隧道施工时，不得不考虑到海水中高浓度氯离子对现有混凝土隧道结构的腐蚀，而且混凝土抗拉强度低、易开裂，一旦混凝土衬砌结构开裂，海水将渗入隧道承重的混凝土衬砌结构之内，进一步腐蚀混凝土结构，导致混凝土承载能力大大降低，耐久性下降，使得维修成本大大增加。如保养不当，甚至有隧道漏水、垮塌的危险。因此，随着混凝土隧道衬砌结构的广泛使用，混凝土衬砌结构的一些缺点也逐渐暴露出来，在我国隧道建设中，许多隧道都已经进入高维修管理阶段，隧道的病害防治已越来越成为人们重视的问题。由于隧道衬砌混凝土耐久性差、易开裂、渗水等质量隐患，严重的可能造成隧道局部塌陷，轻微的会出现漏水现象，即使一些隧道的轻微漏水事件没有对隧道整体结构造成影响，但势必会在民众当中引起恐慌，造成不良影响。故而，解决隧道衬砌结构混凝土耐久性差、易开裂渗水这一难题已逐渐成为工程师关注的问题。可以预见，在不久的将来，我国即将修建一系列世界瞩目的跨海隧道工程，而传统混凝土衬砌材料的开裂渗水问题将成为亟待解决的技术难题。不仅在修建跨海隧道时要防止海水对混凝土衬砌结构的腐蚀，建在富含腐蚀性介质的公路或铁路隧道，其衬砌背后的腐蚀性环境水，也容易沿衬砌的工作缝、变形缝、毛细孔以及空洞渗流到衬砌内侧，对衬砌混凝土结构产生物理或者化学性的腐蚀作用，严重影响隧道运营安全。如果隧道穿过山体附近地下水集聚的地方，当隧道围岩与含水层连通时，一旦隧道的放水排水设施不完善，就必然会发生隧道水害。故而不论是跨海隧道亟待解决的防止海水侵蚀的技术难题，还是修建众多的公路和铁路隧道所面临的腐蚀性环境水侵蚀混凝土造成的维护保养问题，亟待寻找解决混凝土衬砌材料易开裂渗水和耐久性差的方法。
技术实现思路
针对在修建跨海隧道时防止海水对混凝土衬砌结构的腐蚀问题以及近年来我国隧道工程建设与运营过程中出现的隧道结构混凝土开裂并渗水的问题，本专利技术提供了一种装配式BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌，本专利技术用BFRP管混凝土组合材料代替传统钢筋混凝土材料作为隧道承重的衬砌结构，BFRP材料耐腐蚀、密度小重量轻、强度高，特别是具有较高的抗拉强度，从而避免了混凝土结构易开裂渗水的缺点。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种装配式BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌，所述隧道衬砌由内到外依次为第一层、第二层和第三层，相邻层之间无间隙；所述第一层和所述第三层均采用玄武岩纤维增强聚合物复合材料制成，所述第二层采用自密实ECC混凝土复合材料制成。所述第一层和所述第三层为两个直径不同的BFRP环形管，所述BFRP环形管之间填充自密实ECC混凝土复合材料，即为第二层。所述BFRP环形管为闭合的环形管，每层管环均为一个闭合的环弧形，无径向拼接缝。所述BFRP环形管为平板型，所述BFRP环形管的外径为10~12m或14~16m，环厚为1500mm或2000mm。所述BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌的横截面为圆形、椭圆形、马蹄形或矩形。所述第一层的外弧面和第三层的内弧面可根据需要熔塑若干剪力钉。根据三层环管间通过摩擦黏合提供抗滑移纵向剪力，即ECC混凝土与BFRP之间的黏结摩擦力提供抗滑移能力。考虑到隧道衬砌结构以受压为主，所受纵向力较小，该黏结摩擦力足以抵抗，无需在两种环管材料之间设置抗剪连接件。如经过计算不能满足要求，可根据需要在第一层外弧面和第三层内弧面熔塑若干剪力钉，以增强不同材料之间的机械咬合力。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：该结构形式充分利用了BFRP材料具有超强的抗裂能力和耐腐蚀性以及自密实ECC混凝土材料的超高韧性，对于解决隧道衬砌结构混凝土易开裂渗水、易受到隧道周围环境水的腐蚀以及结构耐久性差等具有重要的工程实际价值和研究意义，能够有效地预防现有隧道施工与运营过程中出现的隧道混凝土开裂产生的渗水问题。与普通的隧道混凝土衬砌相比：1）BFRP材料密度小重量轻、强度高，特别是抗拉强度高不易开裂，避免了传统钢筋混凝土隧道衬砌易开裂渗水的现象；2）由于BFRP材料具有优越的耐腐蚀性能，隧道衬砌结构的耐久性得到了重要保障，确保隧道衬砌的设计寿命，节省隧道的运营维修成本；3）在工厂预制BFRP管后再充填自密实ECC混凝土，无环向拼缝，质量好，隧道建设工期缩短，相较于常见的盾构隧道衬砌管片，BFRP管只需沿隧道方向纵向拼接，大大减少了环向拼缝，在构造上就减轻了渗水问题，且整体性更强；4）该隧道衬砌结构的内侧BFRP管内表面光洁且绿色环保，使得隧道内的环境吻合美学要求，并节约了隧道内装的建设费用；5）该组合结构在施工过程中不需要模板，能够大幅节省传统钢筋混凝土隧道衬砌施工过程中的模板损耗成本以及模板制作的时间成本。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的装配式BFRP管混凝土隧道衬砌的横截面图；图2是本专利技术的装配式BFRP管混凝土隧道衬砌的三维图；图3是本专利技术的直螺栓的结构示意图；图4是本专利技术的BFRP管混凝土隧道衬砌的安装槽和遇水膨胀橡胶条的结构示意图。附图标记说明：第一层1，第二层2，第三层3，灌注孔4，直螺栓5，遇水膨胀橡胶条6，安装槽7。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。实施例1为了解决传统钢筋混凝土隧道衬砌经常出现的开裂、水害、腐蚀和冻害等问题，如图1所示，本实施例提供了一种装配式BFRP管混凝土隧道衬砌，该衬砌结构是一种由两层BFRP环管之间填充自密实ECC混凝土形成的组合结构。不同于传统的盾构管片，本专利技术的BFRP管混凝土隧道衬砌无径向拼缝，是一个整体的环管，从而避免了传统盾构隧道管片径向缝渗水的病害。本专利技术的组合结构环管可根据现场情况在工厂预制成不同直径，横截面形状尺寸不仅仅限制于图1所示的圆形，也可以设计成椭圆形、矩形、马蹄形等，可根据实际情况设计。第一层1和第三层3均采用BFRP（BasaltFiberReinforcedPolymer/Plastic，玄武岩纤维增强聚合物/塑料）复合材料制成，第二层2采用自密实ECC混凝土（EngineeredCementitiousComposites，工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装配式BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌，其特征在于：所述隧道衬砌由内到外依次为第一层、第二层和第三层，相邻层之间无间隙；/n所述第一层和所述第三层均采用玄武岩纤维增强聚合物复合材料制成，所述第二层采用自密实ECC混凝土复合材料制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种装配式BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌，其特征在于：所述隧道衬砌由内到外依次为第一层、第二层和第三层，相邻层之间无间隙；
所述第一层和所述第三层均采用玄武岩纤维增强聚合物复合材料制成，所述第二层采用自密实ECC混凝土复合材料制成。


2.根据权利要求1所述的装配式BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌，其特征在于：所述第一层和所述第三层为两个直径不同的BFRP环形管，所述BFRP环形管之间填充自密实ECC混凝土复合材料，即为第二层。


3.根据权利要求2所述的装配式BFRP管混凝土组合结构隧道衬砌，其特征在于：所述BFRP环形管为闭合的环形管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新定，代洪波，刘坦，王维宇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32