一種高水壓盾構隧道接縫防水密封結構的製作方法

2023-04-26 04:31:36 1

本發明涉及高水壓盾構隧道工程領域，尤其是涉及一種越江跨海、深層排水的高水壓盾構隧道接縫防水密封墊。

背景技術：

隨著地下空間的開發利用，盾構隧道作為一種環境影響小、機械化程度高、施工質量高的隧道建設方式在各項地下工程中被廣泛運用，如越江隧道、跨海隧道、城市地鐵隧道、輸水隧道、電力隧道、深層排水隧道等等。面對複雜的水文地質條件，儘管使用功能的不同，對於盾構隧道的防水都具有很高的要求，尤其是電力隧道等，其中管片接縫防水是其中的重點部分。

目前在實際工程中通常採用非膨脹性合成橡膠，主要是利用接縫材料的擠密來達到防水目的，一般是將三元乙丙橡膠材料模壓成為一定的形狀製成彈性密封墊，作為主要的防水材料。工程中將三元乙丙彈性密封墊粘貼在管片預製的溝槽內，在管片拼裝時通過擠壓分別貼在兩塊管片上的彈性密封墊獲得防水功能。

針對高水壓的盾構隧道接縫防水，對於彈性密封墊的防水能力要求很高，為了達到一定的防水能力，彈性密封墊的形式需要做針對性的優化，綜合考慮裝配力、耐水壓力以及對於施工誤差的適應性。這種斷面需要滿足裝配力和防水性能指標的雙重要求，這種斷面形式還使得彈性密封墊具有更大的壓縮性和更高的彈性，即使管片接縫有一定的張開量，它仍能處於一定的壓縮狀態，可有效地阻擋水的滲漏。因此需要提供新型的彈性密封墊斷面形式，使其能滿足高水壓下盾構隧道管片接縫的防水要求，同時保證裝配力能滿足施工和設計要求，並在一定的張開量和拼裝誤差的情況下仍有保留較高的防水能力。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種結構最優、裝配力小、防水性能好、適應範圍廣的高水壓盾構隧道接縫防水密封結構。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種高水壓盾構隧道接縫防水密封結構，包括分別安裝在相鄰隧道管片接縫處的彈性密封墊，該彈性密封墊的下端面安裝在隧道管片接縫上的安裝槽內，上端面相互壓緊接觸，所述的彈性密封墊為以上下端面中點連線對稱的類梯形結構，該彈性密封墊包括密封墊本體以及與密封墊本體一體成型且設置在下端面上的端部和柱部，所述的密封墊本體上並排設有第一排通孔和第二排通孔，所述的端部設置在彈性密封墊的左右兩側，兩側端部之間開設多個倒U形凹槽，多個倒U形凹槽之間形成多個柱部，所述的端部上還開設有圓孔。

所述的第一排通孔包含三個拱門型通孔，所述的第二排通孔包含三個與第一排通孔包含的通孔形狀相同且倒置的拱門型通孔。

所述的第一排通孔和第二排通孔所包含通孔的形心以及多個倒U形凹槽的形心呈正交分布。

所述的端部在左右兩側的輪廓為一突出的折線形，突出的部分上設有圓孔。

所述的倒U形凹槽包括位於中點連線上的第一凹槽以及多個對稱設置在第一凹槽兩側的第二凹槽。

所述的倒U形凹槽截面由一段圓弧以及與圓弧相切的兩條直線構成。

所述的第一排通孔所包含通孔的形心連線、第二排通孔所包含通孔的形心連線以及端部上圓孔的圓心連線均與上端面平行。

所述的彈性密封墊為三元乙丙橡膠密封墊。

所述的柱部的寬度為4-9mm。

所述的圓孔直徑範圍為2-6mm。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

一、結構最優：通過對第一排通孔、第二排通孔和圓孔的形狀以及布置位置的優化設計，得到了防水性能和力學性能最優的結構，拱門孔洞的設計可有效降低裝配力，而上下貫通的橡膠柱部則有效地提高了兩個密封墊間的接觸應力峰值，同時通過兩側圓孔以及第一二排的孔洞布置，使得密封墊易於壓縮，從而控制其裝配力在可行的範圍之內，特別適用於高水壓的盾構隧道管片接縫耐高水壓的防水用途。

二、裝配力小：通過對第一排通孔、第二排通孔和圓孔直徑大小的限定和孔洞布置，使密封墊在初始狀態下易壓縮，半圓拱門的孔洞受力平穩，不易發生結構失穩，有效提高了彈性密封墊的防水能力，同時因兩側的圓孔布置，減小了兩側腳步壓縮所需的裝配力，進而總體裝配力得到控制。

三、防水性能好：通過調整柱部的大小，可有效提高接縫接觸面的應力峰值，提高接縫的防水性能。

四、適應範圍廣：本發明結構規整，製作方便，適用於高水壓的盾構隧道管片接縫防水，尤其適用于越江跨海、深層排水等對接縫防水要求高的盾構隧道。

附圖說明

圖1為本發明的彈性密封墊的截面圖。

圖2為本發明隧道管片安裝結構示意圖。

圖3為斷面在壓縮狀態下中間的柱部有效發揮作用的應力圖。

圖4為接觸應力峰值分布圖。

其中，1、密封墊本體，111、第一排通孔，112、第二排通孔，12、圓孔，13、第一凹槽，14、第二凹槽，15、柱部，16、端部。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例：

如圖1和2所示，圖為一種適用于越江跨海、深層排水等盾構隧道管片接縫處的彈性密封墊的截面結構示意圖，該彈性密封墊設置在隧道襯砌的管片上，包括具有上下平行的上端面和下端面的密封墊本體1，密封墊本體1由三元乙丙橡膠製成，上端面為密封墊接觸面，下端面為管片接觸面，上端面中點與下端面中點的連線為彈性密封墊的對稱軸，上端面長度為37mm，下端面長度為44mm，兩個端部16在左右兩側外輪廓為一折線，折線的折彎點和與其最近的上端面的端點的水平距離為5.5mm，和與其最近的下端面的端點的水平距離為3mm，下端面上左右對稱設有用於降低密封墊裝配時壓縮力的位於中點連線上的第一凹槽13以及兩側的第二凹槽14，第一凹槽13呈倒U型，由一段圓弧和與圓弧相切的兩條直線形成，圓弧直徑為7mm，第一凹槽13底部外側與密封墊底部外側距離為18mm；第二凹槽14呈倒U型，由一段圓弧和與圓弧相切的兩條直線形成，圓弧直徑為6.5mm，凹槽14對稱分布於密封底本體1兩側，第二凹槽14底部外側與密封墊底部外側距離為4.5mm。

密封墊本體1上依次設有第一排通孔111和第二排通孔112，兩個端部16上設有分別設有一個圓孔12，第一排通孔111有3個拱門型孔，第二排通孔有3個倒置拱門型孔，所有的孔關於對稱軸對稱，第一排通孔111的形心連線、第二排通孔112的形心連線及圓孔12圓心連線均與上端面平行。

第一排通孔111的頂點連線與上端面的垂直距離為1.5mm，第二排通孔112的頂點連線與下端面的垂直距離為9.7mm，圓孔12的圓心連線與下端面的垂直距離為7mm。其中拱門型孔的頂部圓弧直徑為6.6mm，腰部直線段長1mm，角部過渡圓弧直徑為2.6mm，底部直線段長為4mm，第二排通孔112與第一排通孔111關於水平軸對稱，孔洞尺寸相同。圓孔12的直徑為4.5mm。柱部15對稱分布於密封墊本體1的對稱軸兩側，其與下端面的接觸寬度為6mm。

如圖3所示，本專利所述的實施實例斷面在壓縮狀態下中間的柱體有效發揮作用，從而獲得了如圖4所示的接觸應力峰值分布。

圖3展示了一對密封墊在混凝土管片溝槽內受到一定壓縮情況下的Mises應力分布圖，由圖而知，柱體部分應力較高，承擔了較大一部分的內容，有效地實現了應力的差異分布，從而保證兩個密封墊間的接觸應力有較大的峰值產生。

圖4為密封墊接觸面的接觸應力分布圖，因柱體的布置，使得相應位置處的接觸面產生了明顯的應力峰值，根據密封墊的防水設計理論，該峰值十分有利於提高密封墊的防水性能。

因此，本專利所述的實施實例斷面在壓縮狀態下中間的柱體有效發揮作用，得到的如圖4所示的接觸應力峰值分布也展示了其防水性能優異。

彈性密封墊要求在裝配時可使用盾構拼裝設備將密封墊壓至閉合狀態，在本實例中即雙道密封墊壓縮量達到12mm時為閉合狀態。性能良好的彈性密封墊應具備在閉合狀態下對應的裝配力較小的性能，以保證混凝土溝槽的穩定性，適用於高水壓盾構隧道接縫防水的彈性密封墊必須控制其裝配力數值在一定範圍內，以適應現有盾構機的拼裝能力。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。