一种盾构隧道管片的接缝防水系统

技术领域

本发明涉及盾构法隧道工程技术领域，特别是涉及一种盾构隧道管片的接缝防水系统。

背景技术

盾构法隧道采用预制管片拼装的模式，每片管片尺寸不可能过大，因此隧道管片拼接缝数量众多。拼接缝止水措施主要由外侧挡水条、橡胶密封垫、螺栓止水和内侧嵌缝构成。

现有盾构隧道管片接缝防水系统的主要形式包括内外两道弹性橡胶密封垫、内外两道弹性橡胶密封垫+外道止水条、一道弹性橡胶密封垫+两道止水条、一道弹性橡胶密封垫+一道止水条等。一般基于橡胶等密封材料的压缩密封原理，随着设防水压力的增加，橡胶的设计密封压力也相应增加，考虑到橡胶材料的蠕变、老化等方面的影响，一般橡胶的设计密封压力为设防水压力的2倍。该设计方法工程应用中存在的问题如下：过大的设计密封压力会给管片的安装施工增大难度，增加管片密封材料磨损、错位等问题的出现；过大的设计密封压力还可能导致管片的异常损伤；橡胶密封垫长期处于压缩状态，在使用过程中橡胶会产生压缩应力松弛现象，过大的设计密封压力会加速橡胶等密封材料的蠕变和应力松弛，从而导致密封压力的衰减和防水能力的下降，基于此，亟需一种新型的接缝防水系统来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构隧道管片的接缝防水系统，以解决上述现有技术存在的问题，通过由多道密封结构构成的接缝防水系统提高管片间接触压应力的均匀性，以实现降低密封结构的密封压力与设防水压力的比值后仍旧能够达到较高的防水能力，进而达到改善橡胶等密封材料因蠕变和应力松弛导致防水能力下降的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种盾构隧道管片的接缝防水系统，包括拼接缝、外道密封条、外道密封垫、中部密封条、传力衬垫、内道密封垫、内道密封条、内侧嵌入式密封胶；所述拼接缝于两个相拼接的管片之间形成，两个所述管片相拼接的端面靠近外侧的部分设置有两个相对的外道沟槽，所述外道密封垫固定设置于两个所述外道沟槽内，所述外道密封条和所述中部密封条分别设置于所述外道密封垫两侧的所述拼接缝内；

两个所述管片相拼接的端面靠近内侧的部分沿着外侧到内侧的方向依次设置有两个相对的内道沟槽和两个相对设置的内侧嵌缝槽，所述内道密封垫固定设置于两个所述内道沟槽内，所述内道密封条固定设置于所述内道沟槽背离所述内侧嵌缝槽一侧的所述拼接缝内，所述内侧嵌入式密封胶填置于两个所述内侧嵌缝槽中，所述传力衬垫设置于所述中部密封条和所述内道密封垫之间的所述拼接缝中。

优选的，所述外道密封条、所述外道密封垫、所述中部密封条、所述内道密封垫、所述内道密封条均成对且相对设置。

优选的，所述外道密封垫和所述内道密封垫均为自粘式弹性橡胶密封垫，两个所述外道密封垫分别自粘于两个所述外道沟槽内，两个所述内道密封垫分别自粘于两个所述内道沟槽内。

优选的，所述自粘式弹性橡胶密封垫包括橡胶密封垫本体和胶粘层，所述橡胶密封垫本体包括上端面、下端面和开设于所述上端面和所述下端面之间的多个变形孔，各所述变形孔均为闭环式孔结构，所述胶粘层固定贴设于所述下端面上，所述胶粘层能够粘接于所述外道沟槽或所述内道沟槽底部。

优选的，所述变形孔的形状至少能够为圆形、三角形或扇形。

优选的，两个所述外道密封垫、两个所述内道密封垫均在所述管片拼装对接过程中接触压紧，相压紧的两个所述外道密封垫、相压紧的两个所述内道密封垫达到设计压缩量后，其压缩密封压力为设防水压力的1.2～1.5倍。

优选的，所述外道密封条和所述内道密封条为遇水膨胀橡胶止水条，所述中部密封条为聚醚聚氨酯密封条。

优选的，所述外道密封条、所述中部密封条通过粘接剂与所述管片端面粘贴固定。

优选的，成对设置的所述外道密封条、所述中部密封条、所述内道密封条在管片拼装对接过程中接触压紧；内侧嵌入式密封胶为高模量聚氨酯密封胶，所述内侧嵌入式密封胶在管片拼装完成后施作。

优选的，所述传力衬垫通过粘接剂与管片端面粘贴固定。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、通过由多道密封结构构成的接缝防水系统提高管片间接触压应力的均匀性，以实现降低密封结构的密封压力与设防水压力的比值，达到改善橡胶等密封材料因蠕变和应力松弛导致防水能力下降的问题。

2、整个密封结构呈对称均匀布置，橡胶等密封材料与管片有效接触面积增加了27％以上，接缝防水系统与管片间接触压应力更均匀。

3、采用自粘式弹性橡胶密封垫增强内道密封垫、外道密封垫与管片间的密贴性和密封性，采用多道遇水膨胀止水条提高接缝防水系统的可靠性。

4、通过改善接触压应力的均匀性，在达到相同防水能力的前提下，提出将设计密封压力与设防水压力的比值由2倍变为1.2～1.5倍，极大改善橡胶等密封材料因蠕变和应力松弛导致防水能力下降的问题，延长了接缝防水系统设防水压力下的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的盾构隧道管片的接缝防水系统结构示意图；

图2为图1中自粘式弹性橡胶密封垫断面结构示意图；

图3为现有盾构法隧道管片接缝防水系统内外两道弹性橡胶密封垫+外道止水条结构示意图；

图4为图3中弹性橡胶密封垫断面结构示意图；

图5a～图5b为试验一中实施例1和对比例接触压应力有限元分析图；

图6a～图6b为试验二中实施例2和对比例接触压应力有限元分析图；

图7a～图7b为试验三中实施例3和对比例接触压应力有限元分析图；

图8a～图8b为试验四中实施例4和对比例接触压应力有限元分析图；

图中：1-外道密封条；2-外道密封垫；3-外道沟槽；4-中部密封条；5-传力衬垫；6-内道密封垫；7-内道沟槽；8-内道密封条；9-内侧嵌入式密封胶；10-内侧嵌缝槽；21-上端面；22-变形孔；23-下端面；24-橡胶密封垫本体；25-胶粘层；

211-现有弹性橡胶密封垫上端面；221-现有弹性橡胶密封垫变形孔；231-现有弹性橡胶密封垫“门型”下端面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种盾构隧道管片的接缝防水系统，以解决上述现有技术存在的问题，通过由多道密封结构构成的接缝防水系统提高管片间接触压应力的均匀性，以实现降低密封结构的密封压力与设防水压力的比值后仍旧能够达到较高的防水能力，进而达到改善橡胶等密封材料因蠕变和应力松弛导致防水能力下降的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种盾构隧道管片的接缝防水系统，如图1所示，包括拼接缝、外道密封条1、外道密封垫2、中部密封条4、传力衬垫5、内道密封垫6、内道密封条8、内侧嵌入式密封胶9；外道密封条1和内道密封条8优选为遇水膨胀橡胶止水条，中部密封条4优选为聚醚聚氨酯密封条；拼接缝于两个相拼接的管片之间形成，两个管片相拼接的端面靠近外侧的部分设置有两个相对的外道沟槽3，外道密封垫2固定设置于两个外道沟槽3内，外道密封条1和中部密封条4分别设置于外道密封垫2两侧的拼接缝内；管片的内侧即为隧道。

两个管片相拼接的端面靠近内侧的部分沿着外侧到内侧的方向依次设置有两个相对的内道沟槽7和两个相对设置的内侧嵌缝槽10，内道密封垫6固定设置于两个内道沟槽7内，内道密封条8固定设置于内道沟槽7背离内侧嵌缝槽10一侧的拼接缝内，内侧嵌入式密封胶9填置于两个内侧嵌缝槽10中，传力衬垫5设置于中部密封条4和内道密封垫6之间的拼接缝中。传力衬垫5优选为通过粘接剂与一个管片端面粘贴固定并密封，与另一个管片通过压紧密封。

其中，外道密封条1、外道密封垫2、中部密封条4、内道密封垫6、内道密封条8均成对且相对设置，即包括两个外道密封条1、两个外道密封垫2、两个中部密封条4、两个内道密封垫6、两个内道密封条8，且一个外道密封条1、一个外道密封垫2、一个中部密封条4、一个内道密封垫6、一个内道密封条8均设置于一个管片上，另一个外道密封条1、另一个外道密封垫2、另一个中部密封条4、另一个内道密封垫6、另一个内道密封条8均设置于另一个管片上，以此形成对称结构；在优选的实施例中，为了便于对管片进行拼接以及提高密封性，将外道密封条1、中部密封条4通过粘接剂与管片端面粘贴固定，且成对设置的外道密封条1、中部密封条4、内道密封条8在管片拼装对接过程中接触压紧；内侧嵌入式密封胶9为高模量聚氨酯密封胶，布置在最内侧的第二凹槽内，且在管片拼装完成后施作，上述粘接剂可选为氯丁酚醛类粘接剂。

本实施例通过由多道密封结构构成的接缝防水系统提高管片间接触压应力的均匀性，以实现降低密封结构的密封压力与设防水压力的比值，达到改善橡胶等密封材料因蠕变和应力松弛导致防水能力下降的问题。

本实施例通过由多道密封结构构成的接缝防水系统提高管片间接触压应力的均匀性，采用自粘式弹性橡胶密封垫增强内、外道密封垫与管片间的密贴性和密封性，采用多道遇水膨胀止水条提高接缝防水系统的可靠性。基于以上技术措施对管片间接触压应力、密贴性、密封性和可靠性的改善，为改善橡胶等密封材料因蠕变和应力松弛导致防水能力下降的问题，提出将设计密封压力与设防水压力的比值由2倍变为1.2～1.5倍。

另外，如图2所示，为了进一步提高密封型以及密贴性，在优选的实施例中，外道密封垫2和内道密封垫6均采用自粘式弹性橡胶密封垫，两个外道密封垫2分别自粘于两个外道沟槽3内，两个内道密封垫6分别自粘于两个内道沟槽7内，更为具体的，自粘式弹性橡胶密封垫包括橡胶密封垫本体24和胶粘层25，橡胶密封垫本体24包括上端面21、下端面23和开设于上端面21和下端面23之间的多个变形孔22，各变形孔22均为闭环式孔结构，胶粘层25固定贴设于下端面23上，胶粘层25能够粘接于外道沟槽3或内道沟槽7底部。变形孔22的形状形状包括但不限于圆形、三角形、扇形以及其他不规则图形。在优选的实施例中，两个外道密封垫2、两个内道密封垫6均在管片拼装对接过程中接触压紧，相压紧的两个外道密封垫2、相压紧的两个内道密封垫6达到设计压缩量后，其压缩密封压力为设防水压力的1.2～1.5倍。

为了验证本发明提供的盾构隧道管片的接缝防水系统优于现有技术中的防水结构，发明人做了如下仿真试验：

首先，如图3所示，现有盾构法隧道管片接缝防水系统典型结构形式为内外两道弹性橡胶密封垫+外道止水条(对比例)，其设计密封压力均为设防水压力的2倍。

如图4所示，所述现有盾构法隧道管片接缝防水系统弹性橡胶密封垫一般采用“谢斯菲尔德”结构，由上端面211、变形孔221和“门型”下端面231组成，所述“门型”下端面231通过氯丁酚醛类胶粘剂与管片接缝沟槽紧密粘结。

试验一

本实施例1所提供的盾构隧道管片的接缝防水系统中，外道密封垫和内道密封垫达到设计压缩量后，其压缩密封压力为设防水压力的1.2倍。

对比例中的盾构法隧道管片接缝防水系统中设计密封压力均为设防水压力的2倍。

实施例1与对比例接缝防水系统接触压应力有限元分析见图5a和图5b。

通过仿真计算和防水性能模型试验，实施例1与对比例力学性能和极限防水性能见表1。

表1实施例1与对比例力学性能和极限防水性能对比

由5a和图5b和表1可见：与对比例相比，实施例1接触面有效应力占提高了27.2％，接触压应力更均匀，与隧道管片接触面接触更充分、更紧密，极限防水能力提升1.3％，恒压老化(28d)处理后的极限防水能力提高40.9％。

试验二

本实施例2所提供的盾构隧道管片的接缝防水系统中，外道密封垫和内道密封垫达到设计压缩量后，其压缩密封压力为设防水压力的1.3倍。

对比例中的盾构法隧道管片接缝防水系统中设计密封压力均为设防水压力的2倍。

实施例2与对比例接缝防水系统接触压应力有限元分析见图6a和图6b。

通过仿真计算和防水性能模型试验，实施例2与对比例力学性能和极限防水性能见表2。

表2实施例2与对比例力学性能和极限防水性能对比

由图6a和图6b和表2可见：与对比例相比，实施例2接触面有效应力占提高了29.6％，接触压应力更均匀，与隧道管片接触面接触更充分、更紧密，极限防水能力提升3.9％，恒压老化(28d)处理后的极限防水能力提高42.4％。

试验三

本实施例3所提供的盾构隧道管片的接缝防水系统中，外道密封垫和内道密封垫达到设计压缩量后，其压缩密封压力为设防水压力的1.4倍。

对比例中的盾构法隧道管片接缝防水系统中设计密封压力均为设防水压力的2倍。

实施例3与对比例接缝防水系统接触压应力有限元分析见图7a和图7b。

通过仿真计算和防水性能模型试验，实施例3与对比例力学性能和极限防水性能见表3。

表3实施例3与对比例力学性能和极限防水性能对比

由图7a和图7b和表3可见：与对比例相比，实施例3接触面有效应力占提高了30.5％，接触压应力更均匀，与隧道管片接触面接触更充分、更紧密，极限防水能力提升6.1％，恒压老化(28d)处理后的极限防水能力提高41.7％。

试验四

本实施例4所提供的盾构隧道管片的接缝防水系统中，外道密封垫和内道密封垫达到设计压缩量后，其压缩密封压力为设防水压力的1.5倍。

对比例中的盾构法隧道管片接缝防水系统中设计密封压力均为设防水压力的2倍。

实施例4与对比例接缝防水系统接触压应力有限元分析见8a和图8b。

通过仿真计算和防水性能模型试验，实施例4与对比例1～4力学性能和极限防水性能见表4。

表4实施例4与对比例力学性能和极限防水性能对比

由图8a和图8b和表4可见：与对比例相比，实施例4接触面有效应力占提高了31.6％，接触压应力更均匀，与隧道管片接触面接触更充分、更紧密，极限防水能力提升10％，恒压老化(28d)处理后的极限防水能力提高40.2％。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。