一种盾构隧道接缝非对称防水结构的制作方法

1.本实用新型涉及盾构隧道工程技术领域，更具体的说是涉及一种盾构隧道接缝非对称防水结构及其设计理念。


背景技术：

2.随着城市经济发展的需求和国家对基础设施的投入，越来越多的地铁隧道在全国各大城市中兴建。盾构法具有对环境影响小、掘进速度快、自动化程度高等特点，是地铁隧道的主要施工技术，也是我国交通隧道的重要施工技术。由于盾构隧道管片与管片之间存在大量环向、纵向的缝隙，管片接缝一直是盾构隧道防水的薄弱环节。尽管普遍采用了在沟槽内设置橡胶密封垫的防水结构进行防水，但要不密封垫拼装压力过大、现场难以施工，甚至可能将管片压裂，要不密封垫接触应力不足而发生渗漏水。接缝渗漏水仍是盾构隧道中常见的病害，不但增加了隧道后期运营维护成本，也由于水的侵蚀作用而危及隧道结构的安全。因此，在保证施工性能的前提下，加强盾构隧道接缝防水结构的止水能力，对盾构隧道的运营安全非常重要。
3.目前，国内外的盾构隧道接缝防水结构均以对称型式为主，如图1和图2所示。这主要是由于盾构接缝密封垫受到管片的压缩变形是对称的，往往在结构设计时不考虑水压的作用。当考虑水压的作用后，城市地铁等交通盾构隧道管片接缝所受到的水压荷载仅存在于隧道外侧，而隧道内侧并不会对管片接缝施加水压。针对这种单侧止水需求，常规的对称型式防水结构就不一定再是最优结构了。
4.因此，针对单侧止水工况，提出适应于交通盾构隧道的新型防水结构，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种盾构隧道接缝非对称防水结构，旨在解决上述技术问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种盾构隧道接缝非对称防水结构，包括：盾构管片和密封垫本体；所述盾构管片的对接面形成有密封垫沟槽；所述密封垫沟槽的两侧分别为迎水侧和背水侧；所述密封垫沟槽的迎水侧槽壁形成有迎水侧缓坡槽壁；所述密封垫沟槽底面两侧具有凹槽；
8.所述密封垫本体安装在所述密封垫沟槽内；所述密封垫本体底部具有与所述凹槽插接的腿部凸起；所述密封垫本体朝向所述迎水侧的一侧具有沿所述迎水侧缓坡槽壁凸出的凸出部，所述凸出部使得所述密封垫本体形成非对称结构；所述密封垫本体上开设有多个通孔。
9.通过上述技术方案，本实用新型的设计理念考虑非对称水压对盾构接缝防水结构的作用，采用非对称防水结构以达到更优的单侧止水效果，设计腿部凹槽来防止密封垫腿部弯曲、荷载降低。本实用新型针对交通盾构隧道接缝单侧水压作用的特点，改变传统的对
称结构密封垫设计理念而提出非对称防水结构及其理念，理念清晰、设计合理，密封垫不易倾倒和挤出，具备长期防水能力，同时也易于拼装，能满足工程实践对盾构接缝防水结构的相关要求，具有较高的可行性。
10.优选的，在上述一种盾构隧道接缝非对称防水结构中，所述迎水侧的对接面低于密封垫压缩闭合线，使得所述迎水侧的对接面形成有与所述迎水侧缓坡槽壁衔接的迎水侧预留窄口；所述迎水侧缓坡槽壁与所述密封垫压缩闭合线的夹角小于等于45
°
。所述密封垫沟槽的背水侧槽壁与所述密封垫压缩闭合线的夹角的选择范围为80
°‑
90
°
，在此，优选90
°
；所述背水侧槽壁与所述对接面之间形成背水侧预留空腔。迎水侧的槽壁倾角较平缓，使水压能更好地挤压密封垫本体，增大密封垫本体的水压附加应力和防水性能；背水侧的槽壁设置为垂直结构或较大倾角结构，能直接提供抵抗水压的水平力，阻止密封垫的右侧位移和滑出。
11.优选的，在上述一种盾构隧道接缝非对称防水结构中，所述密封垫本体的顶面嵌设固定有第一遇水膨胀橡胶；所述密封垫本体朝向所述背水侧的侧壁嵌设固定有第二遇水膨胀橡胶。第二遇水膨胀橡胶仅在背水侧设置，当橡胶密封垫各腿部止水能力失效后，这一遇水膨胀橡胶作为最后一道防线来防水；针对上、下密封垫之间的接触面这条潜在渗水路径，考虑到上、下管片拼装时存在一定的错位量，第一遇水膨胀橡胶仍设置顶部中间位置。
12.优选的，在上述一种盾构隧道接缝非对称防水结构中，所述第一遇水膨胀橡胶和所述第二遇水膨胀橡胶与所述密封垫本体一次硫化成形。加工简单，且成形后稳定性强。
13.优选的，在上述一种盾构隧道接缝非对称防水结构中，所述盾构管片采用混凝土材料；所述密封垫本体采用三元乙丙橡胶材料；所述第一遇水膨胀橡胶和所述第二遇水膨胀橡胶采用聚醚聚氨酯类材料或高吸水性树脂类材料。以上材料的选用能够满足使用需求。
14.优选的，在上述一种盾构隧道接缝非对称防水结构中，所述凹槽为倒三角形，所述腿部凸起一侧具有倒刺，另一侧与所述凹槽侧壁存在腿部预留间隙；或者，所述凹槽和所述腿部凸起均为梯形或半圆形。
15.优选的，在上述一种盾构隧道接缝非对称防水结构中，所述通孔为圆形、三角形、方形和半圆形中任一种，或多种的组合。
16.现场施工时，根据盾构管片的非对称沟槽型式和密封垫型式分别制作相应的管片模具和密封垫模具，再浇筑盾构管片及密封垫沟槽、加工制作密封垫本体。随后，在密封垫沟槽底部涂抹结构胶，将密封垫本体直接垂直插入安装至密封垫沟槽中完成，最后在盾构管片拼装时完成上、下两管片拼装压缩。
17.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种盾构隧道接缝非对称防水结构，具有以下有益效果：
18.1、现有技术的传统防水结构中，在结构设计时没有考虑水压荷载作用的影响，密封垫结构和隧道管片沟槽结构都采用对称型式，背水侧的槽壁仍设计为倾斜状，没办法直接提拱抵抗水压的水平力，在水压的单侧荷载作用下，密封垫极易沿背水侧的槽壁滑出。而本实用新型的防水结构中，充分考虑水压对密封垫的不对称荷载作用，左右两侧设计不同倾角的槽壁型式；迎水侧的槽壁倾角较平缓，使水压能更好地挤压密封垫，增大密封垫的水压附加应力和防水性能；背水侧的槽壁设置为垂直结构或大倾角结构，能直接提供抵抗水
压的水平力，阻止密封垫的右侧位移和滑出。
19.2、在密封垫本体左、右两侧设置腿部凸起、伸入管片底面，而在管片沟槽相应位置开设凹槽，从而能较好地固定密封垫本体左、右两侧腿部的水平位移，防止在管片压缩拼装存在一定错位量时不易发生腿部弯曲、应力降低的现象。并且，由于凹槽和凸起的构造增大了密封垫与沟槽的接触面积，一定程度上阻止水沿密封垫与沟槽间路径渗漏。
20.3、遇水膨胀橡胶的位置也采用非对称型式，尽量靠近背水侧，完全作为长期防水的耐久性储备。盾构隧道接缝防水结构潜在渗水路径共有3条，其中两条为上、下密封垫与管片沟槽的接触面，另一条为上、下密封垫之间的接触面。针对上、下密封垫与管片沟槽的接触面这两条潜在渗水路径，遇水膨胀橡胶仅在背水侧设置，当橡胶密封垫各腿部止水能力失效后，这一遇水膨胀橡胶作为最后一道防线来防水；针对上、下密封垫之间的接触面这条潜在渗水路径，考虑到上、下管片拼装时存在一定的错位量，遇水膨胀橡胶仍设置顶部中间位置。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
22.图1附图为传统防水结构压缩至设计最大张开量时水压作用下的受力示意图；
23.图2附图为传统防水结构完全压缩时水压作用下的受力示意图；
24.图3附图为本实用新型提供的实施例一的盾构隧道接缝非对称防水结构的结构示意图；
25.图4附图为本实用新型提供的实施例一的密封垫本体的结构示意图；
26.图5附图为本实用新型提供的实施例一的密封垫沟槽的结构示意图；
27.图6附图为本实用新型提供的实施例二的盾构隧道接缝非对称防水结构的结构示意图；
28.图7附图为本实用新型提供的实施例二的密封垫本体的结构示意图；
29.图8附图为本实用新型提供的实施例二的密封垫沟槽的结构示意图；
30.图9附图为盾构隧道接缝防水结构潜在渗水路径示意图；
31.图10附图为本实用新型提供的防水结构拼装完成后未压缩时的结构图；
32.图11附图为本实用新型提供的防水结构压缩至设计最大张开量时水压作用下的受力示意图；
33.图12附图为本实用新型提供的防水结构完全压缩时水压作用下的受力示意图。
34.其中：
35.1-密封垫本体；2-密封垫沟槽；3-第一遇水膨胀橡胶；4-第二遇水膨胀橡胶；5-密封垫压缩闭合线；6-迎水侧预留窄口；7-迎水侧缓坡槽壁；8-凹槽；9-腿部凸起；10-腿部预留间隙；11-通孔；12-背水侧槽壁；13-背水侧预留空腔；14-水压荷载；15-管片沟槽对密封垫的荷载。
具体实施方式
36.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
37.参见附图3至附图8，本实用新型实施例公开了一种盾构隧道接缝非对称防水结构，包括：盾构管片和密封垫本体1；盾构管片的对接面形成有密封垫沟槽2；密封垫沟槽2的两侧分别为迎水侧和背水侧；密封垫沟槽2的迎水侧槽壁形成有迎水侧缓坡槽壁7，迎水侧的对接面低于密封垫压缩闭合线5，使得迎水侧的对接面形成有与迎水侧缓坡槽壁7衔接的迎水侧预留窄口6；密封垫沟槽2底面两侧具有凹槽8；
38.密封垫本体1安装在密封垫沟槽2内；密封垫本体1底部具有与凹槽8插接的腿部凸起9；密封垫本体1朝向迎水侧的一侧具有沿迎水侧缓坡槽壁7凸出的凸出部，凸出部使得密封垫本体1形成非对称结构；密封垫本体1上开设有多个通孔11。
39.为了进一步优化上述技术方案，迎水侧的对接面低于密封垫压缩闭合线5，使得迎水侧的对接面形成有与迎水侧缓坡槽壁7衔接的迎水侧预留窄口6；迎水侧缓坡槽壁7与密封垫压缩闭合线5的夹角小于等于45
°
。
40.为了进一步优化上述技术方案，密封垫沟槽2的背水侧槽壁12与密封垫压缩闭合线5的夹角的选择范围为80
°‑
90
°
，在本实施例中，优先采取90
°
效果最佳；背水侧槽壁12与对接面之间形成背水侧预留空腔13。
41.为了进一步优化上述技术方案，密封垫本体1的顶面嵌设固定有第一遇水膨胀橡胶3。
42.为了进一步优化上述技术方案，密封垫本体1朝向背水侧的侧壁嵌设固定有第二遇水膨胀橡胶4。
43.为了进一步优化上述技术方案，第一遇水膨胀橡胶3和第二遇水膨胀橡胶4与密封垫本体1一次硫化成形。
44.为了进一步优化上述技术方案，盾构管片采用混凝土材料；密封垫本体1采用三元乙丙橡胶材料；第一遇水膨胀橡胶3和第二遇水膨胀橡胶4采用聚醚聚氨酯类材料或高吸水性树脂类材料。
45.实施例一：
46.参见附图3至附图5，凹槽8为倒三角形，腿部凸起9一侧具有倒刺，另一侧与凹槽8侧壁存在腿部预留间隙10。在从上至下插入密封垫本体1安装至密封垫沟槽2后，能利用倒刺阻止密封垫本体1的竖向位移；同时，凹槽8中的腿部预留间隙10，避免倒刺而引起密封垫本体1难以拼装的困难。
47.密封垫本体1上开设的通孔11为圆孔。
48.密封垫本体1部分截面积与密封垫沟槽2截面积分别为581.23mm2和605.44mm2，密封垫本体部分截面积与密封垫沟槽2截面积之比为1.04。
49.实施例二：
50.参见附图6至附图8，凹槽8和腿部凸起9均为梯形。
51.密封垫本体1上开设的通孔11为三角孔。
52.密封垫本体1部分截面积与密封垫沟槽2截面积分别为574.12mm2和591.96mm2，密封垫本体1部分截面积与密封垫沟槽2截面积之比为1.03。
53.通过附图10至12与附图1至2的对比，可以看出，本实用新型在设计时充分考虑水压荷载对防水结构的作用，防止密封垫本体1从密封垫沟槽2内滑出，能提高水压作用下密封垫本体1的水压附加应力、增大防水能力，耐久性能较好，改变目前对称防水结构的设计理念，为进一步提高盾构隧道接缝防水提供一种新思路。
54.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
55.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。