一种用于沉管隧道的伸缩防水装置及隧道防水连接结构

1.本发明涉及沉管隧道设备技术领域，特别是涉及一种用于沉管隧道的伸缩防水装置及隧道防水连接结构。


背景技术：

2.在海底沉管隧道等，尤其在最终接头的施工过程中，需要增加临时止水装置以隔绝外部水压的影响，为最终接头的顺利安装提供施工操作空间。最终接头是沉管隧道连通前的最后一道工序，其不确定性因素比较多，决定着整个隧道施工的防水质量与运营期的安全稳定，所以它的施工是整个沉管隧道中的关键工序之一。其中，临时止水装置的隔水作用至关重要，关系着最终接头能否顺利安装。
3.现有的止水装置通常采用开放式纯橡胶材料在施工现场起吊，采用分中法铺装、最终现场硫化接驳的工艺，由于纯橡胶材料缺乏横截面的支撑，橡胶难以形成可伸缩可折叠的连续截面，由于橡胶的高弹性，可能导致橡胶过长下坠、拖地磨损，进而引发防水性能下降。在工厂制作时，往往需要定制模具进行硫化，由于不同海底沉管隧道的截面差异较大，模具无法重复使用，导致施工成本极大增加。
4.此外，采用分中法进行铺装时，需要在施工现场多次精确计量、多次标记、多次临时固定，工序十分复杂，稍有操作不当或测量失误易导致安装失败、返工。另外，采用开放式结构在现场硫化接驳，需要特定机器配合，施工效率较低，密封性得不到保障，并且接驳的工序繁琐，对施工现场条件要求较高，极大的增加了施工难度。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：提供一种用于沉管隧道的伸缩防水装置，以解决现有技术中采用橡胶现场硫化施工时防水性差、模具成本高、分中法铺装施工难度大的问题；本发明还提供了一种使用该用于沉管隧道的伸缩防水装置的隧道防水连接结构。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种用于沉管隧道的伸缩防水装置，包括柔性套筒和支撑圈，所述支撑圈同轴布置在所述柔性套筒内，所述柔性套筒内轴向间隔布置有多个所述支撑圈，所述柔性套筒用于套装在隧道管节上，所述柔性套筒的轴向两端均设有定位孔，所述定位孔沿所述柔性套筒的周向间隔布置有多个，所述定位孔用于供隧道管节上的预埋定位螺杆穿过连接。
7.优选地，所述柔性套筒的定位孔上还嵌装有金属帽，所述金属帽嵌入所述定位孔内的厚度小于所述柔性套筒的厚度。
8.优选地，所述金属帽上还成型有帽沿，所述帽沿位于所述柔性套筒的外侧。
9.优选地，所述金属帽与所述定位孔粘结固定。
10.优选地，所述柔性套筒的外侧还布置有连接板，所述连接板上开设有供所述预埋定位螺杆穿过的穿孔，所述穿孔靠近所述柔性套筒的一端设有用于容纳所述帽沿的扩孔段，所述扩孔段的直径大于所述帽沿的外径。
11.优选地，所述扩孔段的直径与所述帽沿的外径之间的差值为20－30mm。
12.优选地，所述柔性套筒的材质为橡胶，所述支撑圈的材质为钢材，所述柔性套筒与所述支撑圈之间硫化熔接固定。
13.为了实现上述目的，本发明还提供了一种隧道防水连接结构，包括第一隧道管节、第二隧道管节和伸缩防水装置，所述伸缩防水装置为上述任一技术方案中所述的用于沉管隧道的伸缩防水装置，所述第二隧道管节套装在所述第一隧道管节的外侧，所述第一隧道管节与所述第二隧道管节上均预埋布置有预埋定位螺杆，所述预埋定位螺杆穿过所述柔性套筒上的定位孔并通过螺母连接。
14.优选地，所述预埋定位螺杆上还布置有锚固底板，所述锚固底板固定在所述第一隧道管节与所述第二隧道管节上。
15.本发明实施例一种用于沉管隧道的伸缩防水装置及隧道防水连接结构与现有技术相比，其有益效果在于：柔性套筒套装在沉管隧道上，间隔布置的多个支撑圈对柔性套筒进行支撑，该伸缩防水装置形成刚性横截面，支撑横截面的稳定性，避免柔性套筒下坠磨损，保证防水性能；根据隧道管节的直径柔性套筒可在工厂内直接制作成型，实现自动化精细化生产，在现场施工时直接套装在隧道管节上，不需要硫化施工，减小了安装的复杂性，降低施工难度，提高施工效率；柔性套筒的两端通过定位孔和预埋定位螺杆连接，定位孔具有定位功能，预埋定位螺杆上可装配螺母实现固定，使柔性套筒锚固在隧道管节上，螺母压接过程中柔性套筒变形与隧道紧密贴合接触，锚固在隧道截面，确保防水效果。
附图说明
16.图1是本发明的用于沉管隧道的伸缩防水装置的结构示意图；
17.图2是图1的用于沉管隧道的伸缩防水装置的柔性套筒与支撑圈的连接示意图；
18.图3是图1的用于沉管隧道的伸缩防水装置的柔性套筒与预埋定位螺杆的连接示意图；
19.图4是图1的用于沉管隧道的伸缩防水装置的连接板的结构示意图；
20.图5是图1的用于沉管隧道的伸缩防水装置的柔性套筒与金属帽的结构示意图；
21.图6是本发明的隧道防水连接结构的第一隧道管节的结构示意图；
22.图7是本发明的隧道防水连接结构的第二隧道管节的结构示意图；
23.图8是图1的用于沉管隧道的伸缩防水装置的柔性套筒压缩时的状态示意图；
24.图9是图1的用于沉管隧道的伸缩防水装置的柔性套筒伸展时的状态示意图。
25.图中，1、柔性套筒；2、支撑圈；3、定位孔；4、预埋定位螺杆；41、锚固底板；5、金属帽；51、帽沿；6、连接板；7、穿孔；71、扩孔段；8、螺帽；9、第一隧道管节；10、第二隧道管节。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
27.本发明的一种用于沉管隧道的伸缩防水装置的优选实施例，如图1至图9所示，该用于沉管隧道的伸缩防水装置包括柔性套筒1和支撑圈2，柔性套筒1用于套装在沉管隧道的隧道管节上，柔性套筒1的两端分别用于相邻的两个隧道管节连接。
28.支撑圈2同轴布置在柔性套筒1内，支撑圈2沿柔性套筒1的轴向间隔布置有多个，多个支撑圈2用于增加柔性套筒1进行径向支撑，支撑柔性套筒1横截面的稳定性，防止柔性套筒1因轴向长度过大而下坠、拖地磨损。两个支撑圈2之间的柔性套筒1可伸缩折叠，柔性套筒1外伸后，形成可伸缩可折叠的止水带形式，支撑圈2具有一定刚度，可以带动柔性套筒1协同变形，调节伸缩能力。
29.将当所锚固的两个隧道管节发生远离位移时，支撑圈2可以向外带动柔性套筒1移动，形成伸长的姿态；当所锚固的两个隧道管节发生靠近位移时，支撑圈2可以向内带动柔性套筒1移动，形成内缩的姿态，在两者运动中，柔性套筒1始终保持稳定，没有缝隙，维持良好的防水效果。根据沉管隧道的移动方向，支撑圈2可带动柔性套筒1伸长或者压缩，形成可恢复的结构，避免了柔性套筒1缺乏横截面支撑，难以形成可伸缩可折叠的连续截面，下坠拖地磨损而影响防水效果等问题。
30.柔性套筒1和支撑圈2形成套筒式可伸缩系统，其中相邻的两个支撑圈2之间的距离可以根据隧道所需防水装置的长度进行调整。根据沉管隧道的形状、尺寸，支撑圈2、柔性套筒1的横截面形式、尺寸可以进行更改，大大提高了工程应用的适应性、广泛性、利用率，避免了需要在工厂定制模具制作，导致成本极大增加等问题。在本实施例中，支撑圈2和柔性套筒1的横截面均为矩形，在其他实施例中，支撑圈2和柔性套筒1的横截面也可以为圆形、方形、椭圆形等结构。
31.柔性套筒1的轴向两端均设有定位孔3，定位孔3有多个，多个定位孔3沿柔性套筒1的周向间隔布置有多个。伸缩防水装置还包括预埋定位螺杆4，预埋定位螺杆4用于预埋固定在隧道管节的周向上，定位孔3用于供预埋定位螺杆4穿过，穿过后可通过螺母连接固定，对柔性套筒1进行上压接锚固，柔性套筒1变形后与隧道管节贴合接触，锚固在隧道截面，可以保证防水效果。在本实施例中，螺帽8采用加长放松六角结构，增加螺帽8与预埋定位螺杆4的连接长度，形成高强的锚固装置。
32.定位孔3可以在工厂进行预制，提高定位孔3的开设精度，现场通过定位孔3和预埋定位螺杆4连接，避免现场采用分中法进行铺装时需要在施工现场多次精确计量、多次标记、多次临时固定、工序十分复杂、稍有操作不当或测量失误易导致安装失败、返工等问题。
33.该伸缩防水装置根据所连接的沉管隧道的隧道管节尺寸，施工人员可计算出相应的防水装置的内截面周长，在工厂直接制作成套筒形式，实现自动化精细化控制生产。在施工现场，施工人员直接将柔性套筒1以及内部的支撑圈2依次套入隧道管节的截面，避免采用开放式结构在现场硫化接驳、需要特定机器配合、密封性得不到保障、接驳工序繁琐、施工难度大等问题，对现场施工条件要求低，提高了现场施工的效率，省去因现场硫化熔接导致的施工效率低、操作复杂、人工操作较多等问题，大大减小了安装的复杂性，减少了对施工现场的要求。
34.优选地，柔性套筒1的定位孔3上还嵌装有金属帽5，金属帽5嵌入定位孔3内的厚度小于柔性套筒1的厚度。
35.金属帽5嵌装在定位孔3内，金属帽5与柔性套筒1固定后预埋定位螺杆4和柔性套筒1形成刚性连接，可以提高柔性套筒1的抗剪切能力，同时具有潜在的定位功能。
36.金属帽5的厚度小于柔性套筒1的厚度，螺帽8对柔性套筒1进行压接时柔性套筒1变形，金属帽5的厚度就是柔性套筒1被压缩后的厚度，通过控制金属帽5的厚度可以计算锚
固节点的稳定性和科学性。
37.优选地，金属帽5上还成型有帽沿51，帽沿51位于柔性套筒1的外侧。
38.螺帽8压接柔性套筒1时对金属帽5施加压力，金属帽5的帽沿51可以压接柔性套筒1，对柔性套筒1的定位孔3的周围施加均匀的作用力，使柔性套筒1均匀变形，提高防水效果。
39.优选地，金属帽5与定位孔3粘结固定。
40.粘结固定作为常用的固定方式，方便金属帽5和定位孔3连接，便于在工厂内预制成型。
41.优选地，柔性套筒1的外侧还布置有连接板6，连接板6上开设有供预埋定位螺杆4穿过的穿孔7，穿孔7靠近柔性套筒1的一端设有用于容纳帽沿51的扩孔段71，扩孔段71的直径大于帽沿51的外径。
42.预埋定位螺杆4和柔性套筒1连接时依次穿过定位孔3和穿孔7，最终与螺帽8螺纹装配，螺帽8旋拧在连接板6的外侧，将柔性套筒1与隧道管节的截面连接，连接板6对柔性套筒1的周向施加均匀的压力，形成高强的锚固装置，提高了柔性套筒1的防水效果。在压接锚固的过程中，连接板6、柔性套筒1和隧道管节形成三明治结构紧密贴合，压缩柔性套筒1，使其紧紧锚固在隧道表面，确保防水效果。
43.穿孔7上具有扩孔段71，扩孔段71可以容纳帽沿51，预埋定位螺杆4穿过穿孔7时，帽沿51嵌入扩孔段71内，扩孔段71可以包裹住金属帽5，对金属帽5进行压接，帽沿51和扩孔段71具有锚固、定位作用，同时也避免连接板6与柔性套筒1之间存在缝隙，使连接板6与柔性套筒1紧密贴合，压缩后使柔性套筒1紧紧锚固在隧道截面，提高防水效果。
44.优选地，扩孔段71的直径与帽沿51的外径之间的差值为20－30mm。
45.扩孔段71的直径大于帽沿51的外径，连接板6安装时周向会有误差，20－30mm的差值为连接板6安装提供余量，保证连接板6的扩孔段71容纳帽沿51。
46.优选地，柔性套筒1的材质为橡胶，支撑圈2的材质为钢材，柔性套筒1与支撑圈2之间硫化熔接固定。
47.橡胶作为柔性材料具有良好的承压能力，强度高，工厂制作工艺成熟，钢材的支撑圈2与橡胶之间的硫化熔接工艺成熟，制作方便。
48.为了实现上述目的，本发明还提供了一种隧道防水连接结构，包括第一隧道管节9、第二隧道管节10和伸缩防水装置，伸缩防水装置为上述任一技术方案中的用于沉管隧道的伸缩防水装置，第二隧道管节10套装在第一隧道管节9的外侧，第一隧道管节9与第二隧道管节10上均预埋布置有预埋定位螺杆4，预埋定位螺杆4穿过柔性套筒1上的定位孔3并通过螺母连接。
49.第一隧道管节9和第二隧道管节10相互套装，第二隧道管节10在第一隧道管节9上轴向移动时带动柔性套筒1活动，柔性套筒1对第一隧道管节9、第二隧道管节10之间进行密封，提高防水效果。
50.优选地，以预制推出式最终接头的施工为实例，伸缩防水装置应用在预制推出式最终接头沉管隧道施工中，第一隧道管节9为最终接头，第二隧道管节10为扩大套筒；在其他实施例中，第一隧道管节9与第二隧道管节10也可以为隧道相邻的两个中间管道。
51.优选地，预埋定位螺杆4上还布置有锚固底板41，锚固底板41固定在第一隧道管节
9与第二隧道管节10上。
52.锚固底板41可以增加预埋定位螺杆4与第一隧道管节9、第二隧道管节10之间的接触面积，提高连接强度。
53.本发明的工作过程为：在第一隧道管节9、第二隧道管节10上分别固定预埋定位螺杆4，其中第二隧道管节10上的预埋固定螺杆布置在端面上，将柔性套筒1两端通过定位孔3分别与预埋定位螺杆4连接，在锚固过程中，预埋定位螺杆4依次沿着定位孔3连接，预埋定位螺杆4依次穿过金属帽5、扩孔段71、连接板6的穿孔7，并将扩孔段71与金属帽5的帽沿51包裹，调节螺帽8，将柔性套筒1锚固在第一隧道管节9、第二隧道管节10上。在压接的过程中，扩孔段71包裹住金属帽5，形成“连接板6 柔性套筒1 隧道”的三明治结构紧密贴合，使柔性套筒1紧紧锚固在隧道表面，确保防水效果。
54.总体而言，此种方案无需施工现场硫化、分中、接驳，而是在工厂实现自动化、精细化的预制式生产。以支撑圈提高截面稳定性的同时，提高防水装置应用性、广泛性，加上粘结金属帽、预埋定位螺杆、连接板，实现了“定位－套装－锚固”一体化的套筒式可伸缩橡胶防水装置，具有结构简单、安装准确、经济适用、安全可靠的优点，可降低生产成本、减小施工难度、以及提高施工效率。
55.综上，本发明实施例提供一种用于沉管隧道的伸缩防水装置及隧道防水连接结构，其柔性套筒套装在沉管隧道上，间隔布置的多个支撑圈对柔性套筒进行支撑，该伸缩防水装置形成刚性横截面，支撑横截面的稳定性，避免柔性套筒下坠磨损，保证防水性能；根据隧道管节的直径柔性套筒可在工厂内直接制作成型，实现自动化精细化生产，在现场施工时直接套装在隧道管节上，不需要硫化施工，减小了安装的复杂性，降低施工难度，提高施工效率；柔性套筒的两端通过定位孔和预埋定位螺杆连接，定位孔具有定位功能，预埋定位螺杆上可装配螺母实现固定，使柔性套筒锚固在隧道管节上，螺母压接过程中柔性套筒变形与隧道紧密接触，确保防水效果。
56.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。