隧道內(nèi)預(yù)制拱架初支結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及隧道內(nèi)預(yù)制拱架初支結(jié)構(gòu)及其制備方法和尤其拼接的拱架。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隧道內(nèi)初期支護(hù)采用的拱架主要為H型鋼、工字鋼或者格柵鋼架，這些拱架結(jié)構(gòu)均采用鋼材作為主要材料。鋼拱架重量大，鋼的用量較大。而且重量大會造成運輸和安裝困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的實施例提供一種隧道內(nèi)預(yù)制拱架初支結(jié)構(gòu)及其制備方法和尤其拼接的拱架，能夠解決現(xiàn)場澆筑促使施工速度慢，施工質(zhì)量差的問題。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個方面提供一種隧道內(nèi)預(yù)制拱架初支結(jié)構(gòu)，其為管狀結(jié)構(gòu)，兩端分別為連接端，長度為2-5米，管徑為50-500毫米，所述拱架初支結(jié)構(gòu)的連接端設(shè)置向內(nèi)內(nèi)縮的臺階，供連接筒套接。
[0005]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述臺階的側(cè)壁開有第一螺紋孔，所述連接筒的側(cè)壁在與所述第一螺紋孔相疊加位置開有第二螺紋孔。
[0006]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述臺階的側(cè)壁開有第一錨孔，所述連接筒的側(cè)壁在與第一錨孔相疊加位置開有第二錨孔。
[0007]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述拱架初支結(jié)構(gòu)的形狀為弧形和/或“L”形。
[0008]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述拱架初支結(jié)構(gòu)的斷面為圓形或方形。
[0009]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述拱架初支結(jié)構(gòu)由石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、微硅粉、礦渣粉及減水劑、水的混合物澆筑，添加比例為:以質(zhì)量比計算，425R:石英砂:微硅粉:礦渣粉:鋼纖維:減水劑、水為1:1.1?1.5:0.I?0.5:0.2?0.5:1.0?3.0:0.01 ?0.03:0.1 ?0.4。
[0010]本發(fā)明另一個方面還提供了一種拱架，包括多個上述的拱架初支結(jié)構(gòu)和多個套筒，由多個拱架初支結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，相鄰兩個所述拱架初支結(jié)構(gòu)通過連接筒套接；連接筒套于所述拱架初支結(jié)構(gòu)的連接端并通過固定件與連接端固定連接；連接筒的壁厚為5-50毫米，長度為100-300毫米。
[0011]本發(fā)明另一方面還提供了一種所述拱架初支結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:
[0012]步驟I，準(zhǔn)備原料，所述原料包括:石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、微硅粉、礦渣粉及減水劑、水；所述原料的添加比例為:以質(zhì)量比計算，425R普通硅酸鹽水泥:石英砂:微硅粉:礦渣粉:鋼纖維:減水劑、水為1:1.1?1.5:0.I?0.5:0.2?0.5:1.0?3.0:0.01 ?0.03:0.1 ?0.4 ;
[0013]步驟2，將所述原料進(jìn)行拌和得到拌和料；
[0014]步驟3，將所述拌和料送入模具，振搗成型得初制品；
[0015]步驟4，將所述初制品進(jìn)行升溫、恒溫、降溫三階段的初養(yǎng)；
[0016]步驟5，對初養(yǎng)后的初制品拆模處理，并送入終養(yǎng)室進(jìn)行升溫、恒溫、降溫三階段的終養(yǎng)，得到拱架初支結(jié)構(gòu)。
[0017]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述步驟2包括:
[0018]將石英砂、鋼纖維進(jìn)行拌合得到第一混合物，拌合時間不少于4分鐘；
[0019]將425R普通硅酸鹽水泥、礦渣粉、微硅粉添加到所述第一混合物中拌合得到第二混合物，拌合時間為1.5-3分鐘；
[0020]將水、減水劑添加到第二混合物拌合得到拌和料，拌合時間3.5-5分鐘。
[0021]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述步驟3中，
[0022]所述振搗成型包括:以所述拌和料的振動加速度與振動床相同的方式進(jìn)行連續(xù)式振動，并抹平壓光模具上邊緣的拌和料；
[0023]所有所述拌和料送入模具的用時小于30分鐘；連續(xù)灌注時，相鄰兩個模具灌注的間隔小于6分鐘。
[0024]在一些實施例中，優(yōu)選為，所屬步驟3之后，所述步驟4之前，所述制備方法還包括:在初制品上方覆蓋塑料薄膜，然后靜停，靜停時間為3-7小時。
[0025]在一些實施例中，優(yōu)選為，步驟4中初養(yǎng)的溫度為40 ± 5°C間，相對濕度彡70 %，升溫速度小于12°C /小時，降溫速度小于15°C /小時，初養(yǎng)和所述靜停的總時間在24小時內(nèi)。
[0026]在一些實施例中，優(yōu)選為，步驟5中終養(yǎng)的溫度為80 ± 5 °C間，終養(yǎng)時間為45-50小時，升溫速度小于12°C /小時，降溫速度小于15°C /小時。
[0027]通過本發(fā)明的實施例提供的隧道內(nèi)預(yù)制拱架初支結(jié)構(gòu)及制備方法和用該拱架初支結(jié)構(gòu)拼接圍成的拱架，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過備料、拌合、入模、振蕩成型、初養(yǎng)、終養(yǎng)預(yù)制得到拱架初支結(jié)構(gòu)，將多個個拱架初支結(jié)構(gòu)串聯(lián)拼接在一起，相鄰兩個拱架初支結(jié)構(gòu)中間通過連接筒(可優(yōu)選鋼筒)連接，拼接成現(xiàn)場所需的拱架初支結(jié)構(gòu)。由于不需要現(xiàn)場澆筑，因此，操作方便，操作效率也高。另外，由于拱架初支結(jié)構(gòu)由石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、微硅粉、礦渣粉及減水劑、水的混合物提前澆筑預(yù)制，該混合物可稱為活性粉末混凝土?；钚苑勰┗炷?RPC)的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到160MPa以上，其密度僅為2400?2500kg/m3，而鋼材的抗壓強(qiáng)度300MPa，但密度為7850kg/m3。相比來說，鋼材的強(qiáng)度是RPC的2倍，但其密度卻是RPC的3倍，在同等強(qiáng)度條件下，RPC拱架比鋼拱架輕。運輸、安裝都非常方便，施工效率高。
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖進(jìn)行論述，顯然，在結(jié)合附圖進(jìn)行描述的技術(shù)方案僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。
[0029]圖1是本發(fā)明一個實施例中拱架初支結(jié)構(gòu)拼接而成的拱架的縱截面示意圖。
【具體實施方式】
[0030]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明各實施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不需要創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都在本發(fā)明所保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0031]考慮到目前隧道內(nèi)初期支護(hù)采用鋼質(zhì)拱架，用鋼量大，其過于笨重不方便運輸和安裝的問題，本實施例提供了一種隧道內(nèi)預(yù)制拱架初支結(jié)構(gòu)、及其制備方法和拱架。
[0032]一種隧道內(nèi)預(yù)制拱架初支結(jié)構(gòu)，為管狀結(jié)構(gòu)，兩端分別為連接端，長度為2-5米，管徑為50-500毫米，拱架初支結(jié)構(gòu)的連接端設(shè)置向內(nèi)內(nèi)縮的臺階，供連接筒套接。
[0033]一種拱架包括多個拱架初支結(jié)構(gòu)和多個套筒，由多個拱架初支結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，相鄰兩個拱架初支結(jié)構(gòu)通過連接筒套接；連接筒套于拱架初支結(jié)構(gòu)的連接端并通過固定件與連接端固定連接；連接筒的壁厚為5-50毫米，長度為100-300毫米。
[0034]一種上述拱架初支結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:
[0035]步驟1，準(zhǔn)備原料，原料包括:石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、微硅粉、礦渣粉及減水劑、水；所述原料的添加比例為:以質(zhì)量比計算，425R普通硅酸鹽水泥:石英砂:微硅粉:礦渣粉:鋼纖維:減水劑、水為1:1.1?1.5:0.1?0.5:0.2?0.5:1.0?3.0:0.01 ?0.03:0.1 ?0.4
[0036]步驟2，將原料進(jìn)行拌和得到拌和料；
[0037]步驟3，將拌和料送入模具，振搗成型得初制品；
[0038]步驟4，將初制品進(jìn)行升溫、恒溫、降溫三階段的初養(yǎng)；
[0039]步驟5，對初養(yǎng)后的初制品拆模處理，并送入終養(yǎng)室進(jìn)行升溫、恒溫、降溫三階段的終養(yǎng)，得到拱架初支結(jié)構(gòu)。
[0040]通過備料、拌合、入模、振蕩成型、初養(yǎng)、終養(yǎng)預(yù)制得到拱架初支結(jié)構(gòu)，將多個個拱架初支結(jié)構(gòu)串聯(lián)拼接在一起，相鄰兩個拱架初支結(jié)構(gòu)中間通過連接筒(可優(yōu)選鋼筒)連接，拼接成現(xiàn)場所需的拱架初支結(jié)構(gòu)。由于不需要現(xiàn)場澆筑，因此，操作方便，操作效率也高。另夕卜，由于拱架初支結(jié)構(gòu)由石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、微硅粉、礦渣粉及減水劑、水的混合物提前澆筑預(yù)制，該混合物可稱為活性粉末混凝土?；钚苑勰┗炷?RPC)的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到160MPa以上，其密度僅為2400?2500kg/m3，而鋼材的抗壓強(qiáng)度300MPa，但密度為7850kg/m3。相比來說，鋼材的強(qiáng)度是RPC的2倍，但其密度卻是RPC的3倍，在同等強(qiáng)度條件下，RPC拱架比鋼拱架輕。運輸、安裝都非常方便，施工效率高。
[0041]接下來運用多個實施例來詳細(xì)描述:
[0042]本技術(shù)涉及的拱架是由拱架初支結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，拱架初支結(jié)構(gòu)為提前非現(xiàn)場預(yù)制rfn 。
[0043]在本例中的拱架初支結(jié)構(gòu)1，為管狀結(jié)構(gòu)，兩端分別為連接端，長度為2-5米，管徑為50-500毫米，具體的管徑根據(jù)圍巖條件確定，基于隧道的形狀，基本確定拱架初支結(jié)構(gòu)的長度為2-5米，以開挖跨度14.58米的雙線鐵路隧道為例，如圖1所示，可將拱架分為A、B、C、D四種類型。相鄰兩段拱架初支結(jié)構(gòu)之間采用連接筒連接，該連接筒優(yōu)選為鋼管套筒，為了方便鋼管套住拱架初支結(jié)構(gòu)，拱架初支結(jié)構(gòu)的連接端拱架初支結(jié)構(gòu)的連接端設(shè)置向內(nèi)內(nèi)縮的臺階，供連接筒套接。
[0044]基于上述拱架初支結(jié)構(gòu)串聯(lián)，采用連接筒套接的技術(shù)方案，為了提高連接的穩(wěn)定性，發(fā)明人又開發(fā)了新的技術(shù)方案，在上有方案的基礎(chǔ)上加強(qiáng)了連接。具體為，臺階的側(cè)壁開有第一螺紋孔，連接筒的側(cè)壁在與第一螺紋孔相疊加位置開有第二螺紋孔，拱架初支結(jié)構(gòu)和連接筒之間通過螺栓固定連接。
[0045]發(fā)明人還開發(fā)了一種替換螺栓連接的方式，即錨固鏈接，具體為，臺階的側(cè)壁開有第一錨孔，連接筒的側(cè)壁在與第一錨孔相疊加位置開有第二錨孔，拱架初支結(jié)構(gòu)和連接筒之間通過錨栓固定連接。
[0046]基于上述各技術(shù)方案，拱架初支結(jié)構(gòu)的具體形狀根據(jù)拱架的整體結(jié)構(gòu)而定，大部分為弧形管，有兩個或四個“L”形拱架初支結(jié)構(gòu)放置于拱架拐角處。
[0047]基于上述各技術(shù)方案，拱架初支結(jié)構(gòu)的斷面為圓形或方形。斷面形狀可以根據(jù)設(shè)計需要來確定。
[0048]本發(fā)明不僅在采用了提前預(yù)制的方式，還基于原有的鋼質(zhì)的拱架重量大，用鋼量大，因此，發(fā)明人進(jìn)行了新的改進(jìn)，形成新的進(jìn)步性技術(shù)方案。拱架初支結(jié)構(gòu)由石英砂、鋼纖維、425R普通硅酸鹽水泥、微硅粉、礦渣粉及減水劑、水的混合物澆筑。其中原料的添加比例為:以質(zhì)量比計算，425R普通硅酸鹽水泥:石英砂:微硅粉:礦渣粉:鋼纖維:減水劑、水為 1:1.I ?1.5:0.I ?0.5:0.2 ?0.5:1.0 ?3.0:0.01 ?0.03:0.1 ?0.4。也就是說，拱架初支結(jié)構(gòu)I為RPC活性粉末混凝土材質(zhì)，這種材質(zhì)具備超高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性、體積穩(wěn)定性良好的新型材料，是一種力學(xué)性能、耐久性都非常優(yōu)越的新型建筑材料，隧道外預(yù)制，改善了養(yǎng)護(hù)條件，提高施工質(zhì)量?；钚苑勰┗炷?RPC)的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到160MPa以上，其密度僅為2400?2500kg/m3，而HPB300鋼材的抗壓強(qiáng)度300MPa，但密度為7850kg/m3。鋼材的強(qiáng)度是RPC的2倍，但其密度卻是RPC的3倍，可見，在同等強(qiáng)度條