本發(fā)明涉及盾構(gòu)隧道，尤其涉及一種盾構(gòu)管片的孔道芯模模具及其預(yù)制模具。

背景技術(shù)：

1、盾構(gòu)管片內(nèi)設(shè)置孔道主要是為了滿足隧道內(nèi)部的多種功能需求，包括通風(fēng)、排水、電纜布線、管道安裝等。例如，盾構(gòu)管片內(nèi)設(shè)置有環(huán)向的孔道，孔道內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束，能夠增強盾構(gòu)管片的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性，提高隧道的整體承載能力和抗裂性能。預(yù)應(yīng)力鋼束在盾構(gòu)管片內(nèi)的一些主要作用包括：第一，預(yù)應(yīng)力鋼束通過施加預(yù)應(yīng)力，可以使盾構(gòu)管片在承受外部荷載時，內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，從而提高管片的整體強度和剛度。這種預(yù)應(yīng)力可以抵消部分由外部荷載引起的拉應(yīng)力，減少管片的開裂風(fēng)險。第二，增強抗裂性能；預(yù)應(yīng)力鋼束的設(shè)置可以有效控制盾構(gòu)管片的裂縫開展，特別是在隧道受到不均勻沉降或側(cè)向壓力時，預(yù)應(yīng)力鋼束可以限制裂縫的寬度和長度，提高管片的抗裂性能。通過預(yù)應(yīng)力鋼束的合理布置，可以確保管片在各種荷載作用下的穩(wěn)定性。第三，提高承載能力；預(yù)應(yīng)力鋼束的施加可以提高盾構(gòu)管片的承載能力，使其能夠承受更大的外部荷載，如土壓力、水壓力等。第四，改善結(jié)構(gòu)性能；預(yù)應(yīng)力鋼束的設(shè)置還可以改善盾構(gòu)管片的整體結(jié)構(gòu)性能，如提高其抗震性能、抗變形能力等。第五，延長使用壽命；通過預(yù)應(yīng)力鋼束的施加，可以減少盾構(gòu)管片在使用過程中的損傷和劣化，延長隧道的使用壽命。預(yù)應(yīng)力鋼束的防腐處理也可以提高鋼束的耐久性，進一步保障隧道的長期穩(wěn)定運行。

2、含有環(huán)向孔道的盾構(gòu)管片的澆筑步驟是一個精細(xì)且技術(shù)要求較高的過程，需要確?？椎赖奈恢?、尺寸和形狀精確，同時保證管片的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)強度。含有環(huán)向孔道的盾構(gòu)管片澆筑的一般步驟包括：

3、(1)將用于形成環(huán)向孔道的芯模或模具組件安裝在鋼筋骨架中，確保芯模的位置和方向正確，且固定牢固。

4、(2)將鋼筋骨架和芯模一起布置在模具內(nèi)。

5、(3)將用于形成環(huán)向孔道的芯模安裝到模具內(nèi)，確保芯模的位置和方向正確，且固定牢固。

6、(4)制備符合要求的混凝土并進行混凝土澆筑。將攪拌好的混凝土均勻澆筑到模具內(nèi)，使用振動器對混凝土進行振搗，以排除氣泡，確?；炷撩軐?。在澆筑過程中，應(yīng)注意控制混凝土的澆筑速度和厚度，避免混凝土流動不暢或產(chǎn)生離析。

7、(5)在混凝土澆筑完成后，對盾構(gòu)管片表面進行必要的處理，如抹平、壓光等，確保表面平整、光滑。

8、(6)在混凝土澆筑完成后，對盾構(gòu)管片進行適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護，如蒸汽養(yǎng)護、養(yǎng)護劑養(yǎng)護、覆蓋保濕材料、噴水養(yǎng)護、水池養(yǎng)護等，以確?；炷恋膹姸群湍途眯?。

9、(7)在混凝土達到足夠的強度后，拆除模具，對盾構(gòu)管片進行檢驗，包括孔道的位置、尺寸、形狀等，確保管片符合設(shè)計要求和施工標(biāo)準(zhǔn)。

10、孔道的芯模通常是一種專門設(shè)計的模具組件，用于在混凝土澆筑過程中形成孔道的形狀和尺寸。芯模的設(shè)計和材料選擇需要考慮其在混凝土澆筑和養(yǎng)護過程中的穩(wěn)定性、耐用性和便于拆卸等因素。常見的孔道芯模類型包括木質(zhì)芯模、塑料芯模、金屬芯模、橡膠芯模和復(fù)合材料芯模。波紋管(corrugated?pipe)是一種特殊類型的芯模，它通常由柔性材料制成，具有波紋狀的表面結(jié)構(gòu)。波紋管作為芯模適用于需要形成環(huán)向孔道的盾構(gòu)管片，特別是在孔道需要具有一定柔韌性和密封性的情況下。波紋管的安裝和拆卸相對簡單，可以適應(yīng)不同尺寸和形狀的孔道需求。例如，波紋管的柔韌性使其能夠適應(yīng)混凝土澆筑過程中的微小變形，減少對混凝土結(jié)構(gòu)的損傷。波紋管的波紋狀結(jié)構(gòu)可以增加其與混凝土的接觸面積，提高孔道的密封性和穩(wěn)定性。

11、優(yōu)選地，若將芯模放置在管體內(nèi)并充當(dāng)支撐和支架作用，那么在拆模之后，芯?？梢猿槌銮曳磸?fù)使用。若將芯模直接替代管體使用，此時芯模被預(yù)埋在混凝土中形成孔道，成為預(yù)制構(gòu)件的組成部分且不可反復(fù)使用，這種情況下，芯模通常是硬質(zhì)管。

12、當(dāng)前，由波紋管作為芯模構(gòu)成的孔道，孔道被預(yù)制形成弧形。該孔道的直徑相同。當(dāng)多個盾構(gòu)管片拼接形成管環(huán)時，多個孔道拼接形成一個圓形孔道。當(dāng)由孔道內(nèi)的鋼束施加預(yù)應(yīng)力時，經(jīng)常出現(xiàn)以下問題，

13、(1)預(yù)應(yīng)力傳遞不均：普通孔道的端部直徑?jīng)]有變化，可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼束在孔道內(nèi)的傳遞不均勻，影響預(yù)應(yīng)力的有效施加。

14、(2)當(dāng)相鄰的盾構(gòu)管片出現(xiàn)錯臺時，普通孔道的端部直徑?jīng)]有變化，可能導(dǎo)致在錯臺連接時難以實現(xiàn)孔道的精確對接，影響管片的整體性和密封性，同時也造成了隧道內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束穿束施工操作上的困難。在錯臺連接處，由于孔道的直徑?jīng)]有變化，可能會產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響管片的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性。在錯臺施工過程中，需要確?？椎赖木_對接和密封，否則可能會導(dǎo)致滲水或結(jié)構(gòu)損壞。

15、因此，孔道的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)優(yōu)化。但是，孔道的芯模優(yōu)化遇到了較多問題。若簡單地將波紋管的兩端設(shè)置為錐形或者擴張喇叭形，發(fā)現(xiàn)芯模無法被穩(wěn)定固定。

16、具體地，在固定方面：(1)固定難度增加了，擴張喇叭口的設(shè)計會增加波紋管在模具內(nèi)的固定難度，因為喇叭口部分可能會在混凝土澆筑過程中產(chǎn)生位移或變形。(2)固定點不好確定，需要設(shè)計額外的固定點或支撐結(jié)構(gòu)來確保波紋管在模具內(nèi)的穩(wěn)定位置，這可能會增加模具的復(fù)雜性和成本。(3)固定材料不容易確定，固定材料和方法需要能夠承受混凝土澆筑過程中的壓力和振動，避免波紋管移位或損壞。

17、在澆筑方面：(1)混凝土流動受阻，擴張喇叭口可能會阻礙混凝土的均勻流動，導(dǎo)致混凝土在孔道周圍分布不均，影響孔道的質(zhì)量和形狀。(2)由于喇叭口部分的形狀變化，可能會在混凝土澆筑過程中產(chǎn)生氣泡或空隙，影響孔道的密實性和強度。(3)振搗難度增加，在混凝土澆筑過程中，振搗器可能難以有效地到達喇叭口部分，導(dǎo)致該區(qū)域的混凝土密實度不足。

18、例如，公布號為cn114483088a的專利文獻公開了一種預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)，包括盾構(gòu)管環(huán)和環(huán)向預(yù)應(yīng)力構(gòu)造，各盾構(gòu)管環(huán)包括多片盾構(gòu)管片，多片盾構(gòu)管片通過環(huán)向預(yù)應(yīng)力構(gòu)造連接為一環(huán)形整體，通過環(huán)向預(yù)應(yīng)力構(gòu)造對各盾構(gòu)管片施加環(huán)向預(yù)應(yīng)力，環(huán)向預(yù)應(yīng)力構(gòu)造包括環(huán)向預(yù)埋于盾構(gòu)管環(huán)內(nèi)的環(huán)向波紋管，盾構(gòu)管片由鋼纖維混凝土澆筑成型，鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種多相復(fù)合材料。該發(fā)明中的盾構(gòu)管片內(nèi)的孔道就是典型的普通孔道，其直徑?jīng)]有變化，因此在施加環(huán)向預(yù)應(yīng)力時存在預(yù)應(yīng)力傳遞不均和錯臺時應(yīng)力集中的問題。

19、因此，如何改進孔道的芯模和孔道結(jié)構(gòu)，同時克服上述缺陷，是本發(fā)明希望解決的技術(shù)問題。

20、此外，一方面由于對本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解存在差異；另一方面由于申請人做出本發(fā)明時研究了大量文獻和專利，但篇幅所限并未詳細(xì)羅列所有的細(xì)節(jié)與內(nèi)容，然而這絕非本發(fā)明不具備這些現(xiàn)有技術(shù)的特征，相反本發(fā)明已經(jīng)具備現(xiàn)有技術(shù)的所有特征，而且申請人保留在背景技術(shù)中增加相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)之權(quán)利。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、目前，優(yōu)化孔道芯模面臨諸多難題。例如，簡單地將波紋管兩端設(shè)計為錐形或擴張喇叭形，發(fā)現(xiàn)芯模難以穩(wěn)定固定。

2、具體而言，在固定方面：(1)固定難度增大，擴張喇叭口設(shè)計增加了波紋管在模具內(nèi)的固定難度，因為喇叭口部分可能在混凝土澆筑過程中發(fā)生位移或變形。(2)固定點難以確定，需要額外設(shè)計固定點或支撐結(jié)構(gòu)以確保波紋管在模具內(nèi)的穩(wěn)定位置，這可能增加模具的復(fù)雜性和成本。(3)固定材料選擇困難，固定材料和方法需能承受混凝土澆筑過程中的壓力和振動，以防波紋管移位或損壞。

3、在澆筑方面：(1)混凝土流動受阻，擴張喇叭口可能阻礙混凝土均勻流動，導(dǎo)致混凝土在孔道周圍分布不均，影響孔道質(zhì)量和形狀。(2)喇叭口部分形狀變化可能導(dǎo)致混凝土澆筑過程中產(chǎn)生氣泡或空隙，影響孔道密實性和強度。(3)振搗難度增加，混凝土澆筑過程中，振搗器可能難以有效到達喇叭口部分，導(dǎo)致該區(qū)域混凝土密實度不足。

4、針對現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明從第一方面提供了一種盾構(gòu)管片的孔道芯模模具，包括芯模支架和平臺模具，芯模支架以可拆卸的方式與芯模的端部連接，從而支撐芯模為指定形態(tài)；平臺模具與芯模支架連接并設(shè)置在盾構(gòu)管片的預(yù)制模具的側(cè)邊位置，在芯模固定件以螺栓貫穿預(yù)制模具的側(cè)邊的方式將芯模支架和平臺模具固定連接的情況下，芯模和芯模支架使得盾構(gòu)管片預(yù)制形成具有擴張段的孔道，平臺模具使得盾構(gòu)管片預(yù)制形成與擴張段銜接的脫模平臺。

5、通過可拆卸連接的安裝方式，使得孔道芯模模具可以重復(fù)使用。通過芯模支架和平臺模具的精確設(shè)計，確保芯模在預(yù)制模具中得到穩(wěn)定支撐，在澆筑的過程中其端部不容易移位。這種設(shè)計有助于減少孔道直徑和形狀偏差，確?？椎涝谄唇映晒墉h(huán)時能夠精確對接。

6、根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，芯模支架包括芯模支撐支架和芯模擴張支架；芯模支撐支架為直線型柱體，并且以與芯模的直徑尺寸匹配的方式插入并固定芯模的端部；芯模擴張支架以軸向截面的直徑漸變擴大的方式形成擴張形狀，并且其直徑較小的一端與芯模支撐支架連接，使得孔道的端部形成直徑漸變的擴張段。

7、芯模支撐支架的形狀結(jié)構(gòu)，在維持芯模的端部形狀的情況下縮短了芯模的材料長度，減少了混凝土在澆筑過程中向兩側(cè)端部流動的阻力，同時強化了芯模的端部的強度，避免芯模的端部的變形。芯模擴張支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得芯模在承受混凝土壓力時能夠均勻分散應(yīng)力，減少了局部應(yīng)力集中，從而避免了芯模的扭曲或變形。

8、根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，平臺模具的縱向截面的傾斜邊與其軸線形成脫模角，平臺模具按照脫模角朝向預(yù)制模具的側(cè)邊擴張的方式安裝，并且平臺模具的直徑大于芯模擴張支架的直徑，在盾構(gòu)管片預(yù)制完成的情況下，由平臺模具預(yù)制形成的脫模平臺的平面與擴張段的周向垂直。

9、平臺模具與芯模擴張支架相鄰固定的設(shè)置方式，使得芯模擴張支架的徑向表面不會被混凝土澆筑固定，同時由于平臺模具與預(yù)制模具的側(cè)邊緊密固定，使得混凝土無法流動至平臺模具與預(yù)制模具之間，從而無法將平臺模具與盾構(gòu)管片相對固定。因此，這樣的設(shè)置保證了平臺模具與芯模支架的順利脫模。

10、脫模角的設(shè)置還減少了脫模過程中的摩擦和阻力，使得脫模更加容易和順暢，提高了脫模效率。脫模角的設(shè)置還有助于在混凝土澆筑過程中均勻分散對模具的施力較大的直徑設(shè)計使得混凝土壓力能夠更均勻地分布在脫模平臺上，減少了局部應(yīng)力集中，從而避免了模具的變形或損壞。

11、根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，芯模擴張支架的側(cè)邊的延伸線交叉構(gòu)成擴張角β，擴張角β的取值范圍為20～50°，以減少混凝土流動至預(yù)制模具的側(cè)邊的阻力。擴張角β的合理選擇使得混凝土能夠更順暢地流動，減少了混凝土在孔道周圍的阻力，有助于混凝土的均勻分布和填充。

12、根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，平臺模具的脫模角α的角度范圍為10～75°，使得脫模平臺與平臺模具之間的應(yīng)力不集中。脫模角α的合理設(shè)置還有助于提高脫模效率。在脫模過程中，適當(dāng)?shù)拿撃＝鞘沟妹撃Ｆ脚_能夠更順暢地從模具中脫離，減少了脫模過程中的摩擦和阻力，提高了脫模的速度和效率，也不易對盾構(gòu)管片造成損傷。

13、根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，預(yù)制模具內(nèi)設(shè)置有凹槽模具和錨固模具，凹槽模具設(shè)置在錨固模具的兩側(cè)，凹槽模具以凸出的弧形結(jié)構(gòu)設(shè)置從而預(yù)制形成凹槽，錨固模具相對于凹槽模具凹陷并形成深槽，使得深槽在預(yù)制后形成盾構(gòu)管片的錨固齒塊。將芯模固定在錨固模具內(nèi)，使得錨固模具內(nèi)形成交叉的孔道，管片的環(huán)向預(yù)應(yīng)力形成閉環(huán)，實現(xiàn)管環(huán)的預(yù)應(yīng)力張拉，更有利于使得由盾構(gòu)管片拼接形成的管環(huán)的應(yīng)力更加均勻。

14、本發(fā)明從第二方面提供一種盾構(gòu)管片的預(yù)制模具，預(yù)制模具的底部設(shè)置有凹槽模具和錨固模具，凹槽模具設(shè)置在錨固模具的兩側(cè)，凹槽模具以凸出的弧形結(jié)構(gòu)設(shè)置從而預(yù)制形成凹槽，錨固模具相對于凹槽模具凹陷并形成深槽，使得深槽在預(yù)制后形成盾構(gòu)管片的錨固齒塊；預(yù)制模具的側(cè)邊位置設(shè)置有至少一個定位孔，用于孔道芯模模具貫穿定位孔并固定芯模的一端，芯模的另一端由錨具固定在錨固模具的豎向側(cè)壁；其中，孔道芯模模具包括芯模支架和平臺模具，芯模支架以可拆卸的方式與芯模的端部連接，從而支撐芯模為指定形態(tài)；平臺模具與芯模支架連接并設(shè)置在盾構(gòu)管片的預(yù)制模具的側(cè)邊位置。

15、本發(fā)明的預(yù)制模具，使得預(yù)制形成的盾構(gòu)管片的孔道的兩端有擴張段，同時錨固齒塊內(nèi)的孔道交叉設(shè)置，使得孔道內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼束的一端能夠在錨固齒塊實現(xiàn)張拉。

16、根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，至少兩個芯模的一端在錨固模具內(nèi)以交錯的方式由錨具分別固定在錨固模具的相對的兩個豎向側(cè)壁。

17、這樣的設(shè)計確保了芯模在預(yù)制過程中的精確位置和穩(wěn)定性。這種設(shè)計有助于提高盾構(gòu)管片的孔道的預(yù)制精度，也使得管片的環(huán)向預(yù)應(yīng)力形成閉環(huán)，實現(xiàn)管環(huán)的預(yù)應(yīng)力張拉。

18、根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，芯模固定件以螺栓貫穿預(yù)制模具的側(cè)邊的定位孔的方式將芯模支架和平臺模具固定連接，芯模和芯模支架使得盾構(gòu)管片預(yù)制形成具有擴張段的孔道，平臺模具使得盾構(gòu)管片預(yù)制形成與擴張段銜接的脫模平臺。這種設(shè)計使得芯模和芯模支架能夠快速且穩(wěn)固地安裝，提高了生產(chǎn)效率。

19、根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，芯模支架包括芯模支撐支架和芯模擴張支架；芯模支撐支架為直線型柱體，并且以與芯模的直徑尺寸匹配的方式插入并固定芯模的端部；芯模擴張支架以軸向截面的直徑漸變擴大的方式形成擴張形狀，并且其直徑較小的一端與芯模支撐支架連接，使得孔道的端部形成直徑漸變的擴張段。

20、芯模支撐支架和芯模擴張支架的組合設(shè)計確保了孔道的精確擴張形狀，提高了孔道的結(jié)構(gòu)完整性和功能性。