普通混凝土-UHPC-钢组合内衬洞室及施工方法

本发明涉及洞室施工，具体而言是一种普通混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室及施工方法。

背景技术：

1、地下内衬洞室储气凭借其储气压力高、密封性能较好、采气率大等优势，成为气体储备较为经济和安全的方法。常规内衬洞室由外向内包含钢筋混凝土层、沥青滑动层与钢板，由于高压储存气体时，内衬洞室处于受拉状态，常规内衬洞室发展面临两大技术难题：(1)由于普通混凝土抗拉强度低、开裂应变小，钢筋混凝土层受拉易开裂；(2)由于混凝土开裂处的钢板局部刚度较低，沥青滑动层与钢板易破损。上述难题造成常规内衬洞室埋深较大、储气压力难以继续提升。

2、因此，亟需研发一种抗裂性能高的内衬洞室结构从根本上解决上述难题，并提出相应的施工方法。

技术实现思路

1、根据上述技术问题，而提供一种普通混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室及施工方法。本发明采用的技术手段如下：

2、一种普通混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室，所述组合内衬洞室设置于围岩中，所述组合内衬洞室由外至内依次包括混凝土衬砌层、uhpc衬砌层和钢衬层；所述混凝土衬砌层、所述uhpc衬砌层和所述钢衬层均呈环形并通过多个栓钉连接，所述栓钉的一端与所述钢衬层外侧固定，具有圆头另一端没入所述混凝土衬砌层中。uhpc为超高性能混凝土(ultra-high performance concrete)。

3、优选地，所述钢衬层和所述uhpc衬砌层在轴向和周向上分别由多个钢衬子模块和多个uhpc子模块拼接而成；

4、所述uhpc子模块包括浇筑于所述钢衬子模块外表面的uhpc浇筑层和位于所述uhpc浇筑层内绑扎为一体的第一钢筋网，所述uhpc浇筑层的四周不越过所述钢衬子模块的四周，与所述钢衬子模块的四周具有空隙，且所述第一钢筋网的四周越过所述钢衬子模块的四周，形成外延钢筋；

5、相邻两个所述钢衬子模块的接缝焊接，相邻两个所述uhpc子模块之间的空隙浇筑有混凝土浇筑层；所述混凝土浇筑层浇筑材料与混凝土衬砌层浇筑材料相同，均为普通混凝土，且在浇筑混凝土衬砌层时直接将所述混凝土浇筑层浇筑完成。

6、所述钢衬子模块的外表面焊接有多个所述栓钉，所述栓钉穿过所述uhpc子模块和所述混凝土浇筑层，且所述栓钉的圆头裸露。

7、优选地，相邻两个所述uhpc子模块中的第一钢筋网的钢筋交错设置，交错间距大于钢筋直径d，d为钢筋的直径。

8、优选地，相邻两个所述uhpc子模块中位于所述空隙处的外延钢筋上搭接有垂直于所述外延钢筋的加固钢筋。

9、优选地，所述外延钢筋的伸出长度l1≧10d，优选为l1≧20d，d为钢筋的直径；且外延钢筋距离与其相邻的所述uhpc浇筑层的距离l2为10～20mm。

10、优选地，所述栓钉的间距为l3为100～300mm。

11、本发明还公开了一种普通混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室的施工方法，包括：

12、s1：在工厂预制多个钢衬子模块，且多个所述钢衬子模块满足其在轴向和周向上拼接后与洞室相适配；并在钢衬子模块上焊接栓钉；

13、s2：在工厂将焊接有栓钉的钢衬子模块做为浇筑uhpc子模块的底模，在钢衬子模块上绑扎第一钢筋网，预留出空隙和外延钢筋，然后浇筑uhpc形成uhpc子模块，且栓钉的圆头裸露；uhpc子模块与钢衬子模块形成uhpc-钢板组合子模块，并对uhpc-钢板组合子模块进行养护；

14、s3：对uhpc-钢板组合子模块的uhpc浇筑层表面进行凿毛处理；

15、s4：在洞室内绑扎混凝土衬砌层的第二钢筋网，再将uhpc-钢板组合子模块运送至洞室内，并搭接加固钢筋、焊接，形成混凝土衬砌层的内模板；

16、s5：浇筑混凝土，并进行养护，形成混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室，完成施工。

17、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、1、本发明的普通混凝土-超高性能混凝土(uhpc)-钢板组合内衬洞室通过在传统洞室钢衬与混凝土衬砌之间增加了uhpc衬砌层。充气状态下，最大拉应力出现在内侧uhpc衬砌层。uhpc内部致密并掺入了钢纤维，具有超高的抗拉强度和拉伸韧性，经过密配钢筋后，外力作用下，裂缝宽度得到大幅度减小，进而显著提高洞室的密封性。

19、2、本发明的普通混凝土-超高性能混凝土-钢板组合内衬洞室通过在钢板上设置栓钉连接件，再浇筑uhpc衬砌与普通混凝土衬砌，在外力作用下三者可以协同工作，各个衬砌层间可以相互传递作用力，因此钢衬局部刚度得到有效提高。

20、3、本发明的普通混凝土-超高性能混凝土-钢板组合内衬洞室以钢板-uhpc组合衬砌板为普通混凝土模板进行浇筑，浇筑后无需拆卸模板。减少了传统工艺中的模板拆卸流程，施工方法简便、快捷。并且，由于uhpc-钢板组合子模块在工厂预制，现场只需要普通混凝土进行浇筑即可，现场工作量小，提高了结构的装配化率，便于快速化施工。

21、基于上述理由本发明可在洞室施工技术领域广泛推广。

技术特征：

1.一种普通混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室，所述组合内衬洞室设置于围岩中，其特征在于，所述组合内衬洞室由外至内依次包括混凝土衬砌层、uhpc衬砌层和钢衬层；所述混凝土衬砌层、所述uhpc衬砌层和所述钢衬层均呈环形并通过多个栓钉连接，所述栓钉的一端与所述钢衬层外侧固定，具有圆头的另一端没入所述混凝土衬砌层中。

2.根据权利要求1所述的一种普通混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室，其特征在于，所述钢衬层和所述uhpc衬砌层在轴向和周向上分别由多个钢衬子模块和多个uhpc子模块拼接而成；

3.根据权利要求2所述的一种普通混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室，其特征在于，相邻两个所述uhpc子模块中的第一钢筋网的钢筋交错设置，交错间距大于钢筋直径d。

4.根据权利要求2所述的一种普通混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室，其特征在于，相邻两个所述uhpc子模块中位于所述空隙处的外延钢筋上搭接有垂直于所述外延钢筋的加固钢筋。

5.根据权利要求2所述的一种普通混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室，其特征在于，所述外延钢筋的伸出长度l1≧10d，d为钢筋的直径；且外延钢筋距离与其相邻的所述uhpc浇筑层的距离l2为10～20mm。

6.根据权利要求2所述的一种普通混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室，其特征在于，所述栓钉的间距为l3为100～300mm。

7.一种普通混凝土-uhpc-钢组合内衬洞室的施工方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种普通混凝土‑UHPC‑钢组合内衬洞室及施工方法，组合内衬洞室由外至内依次包括混凝土衬砌层、UHPC衬砌层和钢衬层；所述混凝土衬砌层、所述UHPC衬砌层和所述钢衬层均呈环形并通过多个栓钉连接。钢衬层和UHPC衬砌层在工厂进行预制，形成UHPC‑钢板组合子模块，到现场进行焊接，然后进行混凝土浇筑，形成混凝土‑UHPC‑钢组合内衬洞室，完成施工。本发明减少了传统工艺中的模板拆卸流程，施工方法简便、快捷。现场只需要普通混凝土进行浇筑即可，工作量小，提高了结构的装配化率，超高性能混凝土UHPC具有超高的抗拉强度和拉伸韧性，经过密配钢筋后显著提高洞室的密封性。

技术研发人员：王衍,郝薛将,王者超,李明辉
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16