一种用于地下水先堵后排的混凝土管片嵌缝及排水结构

技术领域

本发明涉及盾构隧道防水技术领域，尤其是涉及一种用于地下水先堵后排的混凝土管片嵌缝及排水结构。

背景技术

近年来随着我国主要城市的高速发展，城市轨道交通建设进入新的发展阶段，其中在地铁的建设过程中出现了大量的工程难题亟待解决，特别是关于盾构隧道防水的问题，为地铁长期的安全运营造成了挑战。

盾构隧道防水主要包括管片自防水、接缝防水和手孔防水三部分。一般认为，接缝防水是整体盾构隧道防水最薄弱的环节。而在接缝防水工程中，密封垫防水是第一道防线，嵌缝封堵是第二道防线。当外界水压过高击穿密封垫后，嵌缝封堵就成了盾构隧道防水的重中之重。

目前，现有的嵌缝封堵主要分为非定型封堵和定型封堵两部分。非定型封堵是将未定型嵌缝密封材料是指非预制的、不成型的密封材料在盾构隧道嵌缝清理后涂抹在混凝土表面上以封堵缝隙防水，目前这种方法存在着密封材料受到环境多种荷载作用下脱落后，挂在接触网造成短路损坏的问题，并且该方法需要占用一道工序，使盾构隧道建设总体工期较长。

其次就是定型封堵，定型封堵是将用橡胶材料预制件封堵嵌缝的方法，一般采用两翼为齿形的预制密封件，有的还采用中空结构，在齿形预制件塞入嵌缝后用硬度更大的定位片击打密封件使其定位完成。现有的定型封堵结构对于地下水只采用封堵的形式，一旦结构在水压作用下被击穿或者脱落，则破坏处的定型封堵结构完全失去了堵漏的功能，渗漏水容易造成盾构电网短路等问题，并且二次修复成本较高。另外，目前定型封堵结构还存在着可承受水压较小以及对管片拼装精度要求高等缺点。因此，盾构隧道嵌缝处防水需要一种新型的嵌缝封堵结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于地下水先堵后排的混凝土管片嵌缝及排水结构。嵌缝封堵结构采用内外双层不同材质的橡胶拼接，并在结构中间设置容水空腔，以“先堵后排”为防水理念，利用内外双层橡胶先进行堵水，当内外双层橡胶被水压力击穿后，地下水进入容水空腔，通过定压出水阀门控制击穿水流水压并将水流沿导管排出，保证盾构隧道拱顶与拱底关键部位无渗漏水情况产生。

技术方案

一种用于地下水先堵后排的混凝土管片嵌缝及排水结构，其特征在于，包括封堵结构外层橡胶2、封堵结构内层橡胶3、容水空腔4、容差贴合面5、排水孔 8、定压出水阀门9、水管接头10、导水管道11、导水管道固定扣12；该结构用于盾构隧道管片混凝土块1之间的缝隙封堵和排水；盾构隧道管片混凝土块1下部设置嵌缝槽，相邻的盾构隧道管片混凝土块1之间的嵌缝槽成对称结构，所述嵌缝封堵预制结构包括对称的两个预制结构单体，所述预制结构单体安装在单个嵌缝槽内；

在单个嵌缝槽内，封堵结构外层橡胶2安装在嵌缝槽内壁，中部和下部设置镂空结构；封堵结构内层橡胶3呈半圆柱形，采用遇水膨胀材料，安装在封堵结构外层橡胶2中部，并与封堵结构外层橡胶2内壁粘结接触；所述容差贴合面5 表面为粘性材料，设置在封堵结构内层橡胶3下部，并与封堵结构外层橡胶2内壁粘结接触；沿隧道管片混凝土块1长度方向，封堵结构外层橡胶2、封堵结构内层橡胶3、容差贴合面5的下部的中间位置设置排水孔8，使得封堵结构内层橡胶3内半圆柱形腔室与排水孔8连通。

相邻盾构隧道管片混凝土块1拼接后，两个半圆柱封堵结构内层橡胶3形成圆柱腔体结构，即容水空腔4；并且相邻预制结构单体的容差贴合面5粘结接触，防止因拼装误差造成的容水空腔4渗漏水，起到保护作用；

排水孔8依次通过定压出水阀门9、水管接头10与导水管道11连接，导水管道11通过导水管道固定扣12固定在隧道管片混凝土块1上，导水管道11排出的水集中收集后排出盾构隧道。

当地层水压依次击穿封堵结构外层橡胶2、封堵结构内层橡胶3后，水进入容水空腔4；接着，封堵结构内层橡胶3遇水膨胀变形，将填补水压击穿封堵结构内层橡胶3形成的缺口；进一步，水压多次击穿封堵结构内层橡胶3后，容水空腔4内水体体积增大，当容水空腔4内的水压达到定压出水阀门9预设的压力时，容水空腔4内的水通过导水管道11排出，完成一个堵水排水循环。

封堵结构外层橡胶2、封堵结构内层橡胶3的组合结构为第一层封堵；当封堵结构被地下水击穿后，利用封堵结构内层橡胶3的膨胀变形进一步封堵被水压力击穿的缺口，为第二层封堵；进一步的，当前两层封堵结构破坏后，且容水空腔4内水压达到定压出水阀门9预设的压力时，通过导水管道11疏导后排出盾构系统，形成嵌缝结构的排水系统，防止了地下水对已有建筑的渗透破坏。

所述封堵结构外层橡胶2下部的镂空结构，相邻盾构隧道管片混凝土块1拼接后形成预留空间，当相邻盾构隧道管片混凝土块1安装偏差时，使得盾构隧道管片混凝土块1受到弯矩引起的应力时保证不会因为嵌缝两侧相互挤压而产生边角破坏。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)该嵌缝结构是将封堵结构预粘贴在嵌缝的表面，在管片拼接过程中完成了两侧单边结构的贴合，省去了盾构隧道管片拼装完成后清理嵌缝以及填装嵌缝封堵结构的工序，提高了施工效率。

2)该嵌缝封堵结构由于在拼装前预粘贴，故能对嵌缝附近的混凝土起到一定的保护作用，防止由于出现拼装误差而导致的嵌缝附近混凝土破坏甚至露出钢筋的情况，同时在结构下部留有预留空间，保证了混凝土不会因为两侧单边结构的碰撞挤压而导致混凝土破坏。

3)该嵌缝封堵结构中，在容水腔体下预留有容差贴合面，提高了定型嵌缝封堵结构对管片拼装工作精度问题的容许值，避免因拼装问题而造成的堵水结构失效。

4)该嵌缝工作过程采用了先收集后排出的理念，通过封堵结构内层橡胶的膨胀特性和排水装置的配合实现了对地下水渗流的控制和排出，解决了以往定型嵌缝在水压力作用下被击穿或脱落后疏导水能力丧失的问题，以及渗漏水产生的安全隐患。

附图说明

图1盾构隧道纵断面嵌缝封堵结构安装示意图；

图2是图1中嵌缝封堵结构B处示意图；

图3单个盾构隧道管片混凝土块结构示意图

图4相邻盾构隧道管片混凝土块拼接示意图

图5安装有嵌缝封堵预制结构的相邻两个盾构隧道管片混凝土块

图6为图2横断面(a-a截面)结构示意图；

图7(一般位置)嵌缝封堵结构仰视角度示意图；

图8(出水口位置)嵌缝封堵结构仰视角度示意图；

图9拱底86度处嵌缝结构排水管布设示意图；

图10拱顶43度处嵌缝结构排水管布设示意图；

图11嵌缝封堵结构与混凝土贴合面微观连接结构示意图。

附图标记说明：

1—盾构隧道管片混凝土块；111-左侧盾构隧道管片混凝土块；112-右侧盾构隧道管片混凝土块；113-左侧嵌缝槽；114-右侧嵌缝槽；2—封堵结构外层橡胶； 3—封堵结构内层橡胶；4—容水空腔；5—容差贴合面；6—粘合剂；7—磨砂层； 8—排水孔8；9—定压出水阀门；10—水管接头；11—导水管道；12—导水管道固定扣；13—供电接触网；14—轨道；15—道床。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：本发明的目的在于提供一种用于地下水先堵后排的混凝土管片嵌缝及排水结构。为更好的说明本发明的内容，引入左侧盾构隧道管片混凝土块111、右侧盾构隧道管片混凝土块112、左侧嵌缝槽113、右侧嵌缝槽114、膜A、粘合剂6、磨砂层7、供电接触网13、轨道 14、道床15。

盾构隧道嵌缝防水是地铁施工与运营防水的重要一环，管片嵌缝需针对隧道进出洞口、连接通道等隧道变形、管片接缝张开变化较大的位置起重点防范，但在其他位置，嵌缝主要起到引水排水的作用，本结构可应用于盾构隧道防水的一般地段。在该地段嵌缝结构一般起到防止拱顶漏水破坏供电接触网13的作用，在拱底处一般起到防止隧道下土体水渗入导致轨道14、基床15冒水的情况出现。如图1所示，本嵌缝结构给出了在拱顶43°范围和拱底86°范围内的具体实施方案。

如图2所示，一种用于地下水先堵后排的混凝土管片嵌缝及排水结构包括封堵结构外层橡胶2、封堵结构内层橡胶3、容水空腔4、容差贴合面5、排水孔8、定压出水阀门9、水管接头10、导水管道11、导水管道固定扣12；如图3所示，隧道管片混凝土块1包括左侧嵌缝槽113、右侧嵌缝槽114；如图4所示，相邻隧道管片混凝土块1拼接，举例给出左侧盾构隧道管片混凝土块111和右侧盾构隧道管片混凝土块112拼接；左侧盾构隧道管片混凝土块111下部的右侧嵌缝槽 114与右侧盾构隧道管片混凝土块112的左侧嵌缝槽113进行对接，而本发明的嵌缝封堵预制结构安装在左侧嵌缝槽113和右侧嵌缝槽114中。

如图5所示，具体的，在单个嵌缝槽内，封堵结构外层橡胶2通过膜A安装在嵌缝槽内壁，中部和下部设置镂空结构；封堵结构内层橡胶3呈半圆柱形，为遇水膨胀材料，且安装在封堵结构外层橡胶2中部，并与封堵结构外层橡胶2内壁粘结接触；所述容差贴合面5表面为粘性材料，设置在封堵结构内层橡胶3下部，并与封堵结构外层橡胶2内壁粘结接触；沿隧道管片混凝土块1长度方向，封堵结构外层橡胶2、封堵结构内层橡胶3、容差贴合面5的下部的中间位置设置排水孔8，使得封堵结构内层橡胶3内半圆柱形腔室与排水孔8连通。

如图7和图8所示，排水孔8依次通过定压出水阀门9、水管接头10与导水管道11连接，导水管道11通过导水管道固定扣12固定在隧道管片混凝土块 1上，导水管道11排出的水集中收集后排出盾构隧道；

所述封堵结构外层橡胶2采用三元乙丙合成橡胶；

所述封堵结构内层橡胶3采用遇水膨胀橡胶。

所述的容差贴合面5长度设置为2mm。

所述封堵结构外层橡胶2下部的镂空结构，相邻盾构隧道管片混凝土块1拼接后形成预留空间，当相邻盾构隧道管片混凝土块1安装偏差时，使得两侧盾构隧道管片混凝土块1不会因为嵌缝处接触应力过大而导致边角破坏。

如图11所示，所述粘合剂6为掺有树脂的丁基水系粘合剂；封堵结构外层橡胶2与盾构隧道管片混凝土块1之间采用进行粘合，并增加磨砂层7，提高粘合剂的接触面积和粘合效果。

设计完成后在工厂进行双层封堵结构的预制，即封堵结构外层橡胶2和封堵结构内层橡胶的预制，随着盾构隧道管片混凝土块1一同运送至施工现场附近后，首先需要清理盾构隧道嵌缝表面的灰尘，在清理完成后在混凝土面涂抹掺有树脂的丁基水系粘合剂6，最后将定型嵌缝磨砂面7粘合在嵌缝上。之后再依次安装封堵结构外层橡胶2，以及半圆柱型封堵结构内层橡胶3，以及容差贴合面 5，预留排水孔8。如图6所示，接着，相邻盾构隧道管片混凝土块1拼接后，两个半圆柱封堵结构内层橡胶3形成圆柱腔体结构，即容水空腔4；并且相邻预制结构单体的容差贴合面5粘结接触，避免拼装误差造成的容水空腔4渗漏水，起到保护作用。盾构现场，安装排水孔8、定压出水阀门9、水管接头10、导水管道11、导水管道固定扣12，形成排水结构。

当地层水压依次击穿封堵结构外层橡胶2、封堵结构内层橡胶3后，水进入容水空腔4，封堵结构内层橡胶3遇水膨胀变形，将填补水压击穿封堵结构内层橡胶3形成的缺口；进一步，水压多次击穿封堵结构内层橡胶3后，容水空腔4 内水体体积增大，当容水空腔4内的水压达到定压出水阀门9预设的压力时，容水空腔4内的水通过导水管道11排出，完成一个堵水排水循环。

如图9和图10所示，在拱顶43度范围和拱底86度范围内水管接头10设置稍有不同，因为水管在拱顶43范围内可以穿过供电接触网上部空间设置，但在拱底86范围内水管不能穿过基床设置(这种设置方式会破环基床的结构使其容易破坏)。故在拱顶43范围内水管接头10双向接通，但在拱底86度范围内仅单向，水管接头10处即为水管的末端位置，不再向另一侧延申。

通过导水管道固定扣12固定在盾构隧道管片内壁的导水管道11串联起多个水管接头10，每个水管接头10处通过排水孔8接入容水空腔4，从而实现整体空间的联通。

上述对实施例子的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例进行各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。