装配式盾构隧道管片封顶块防滑防水密封垫的制作方法

本发明属于盾构隧道工程技术领域，涉及一种盾构隧道管片密封垫。

背景技术：

当前的盾构隧道多采用管片环结构，每环一般由六块钢筋混凝土管片拼接而成，其大小不等，包括三块依次连接的标准管片(a)、两块分别与上述标准管片的两外侧连接的邻接管片(b、c)和设于上述两块邻接管片之间的一块封顶管片(K)。这些钢筋混凝土管片的拼接顺序一般从标准管片开始，即依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接管片，最后安装封顶管片。封顶管片沿着盾构隧道的轴线方向设计成一头宽一头窄的楔形，窄的一端朝向已成型的盾构隧道。当标准管片和邻接管片拼装完毕后，沿着盾构隧道的轴线方向先将封顶管片推送到管片环的缺口位置，再用推进器将起推到安装位置，采用螺栓固定后，即完成一环的拼装。

在实践中发现，在管片环的拼接完成后，封顶管片处往往容易发生漏水现象。经研究可知，由于封顶管片是沿着盾构隧道的轴线方向采用插入式安装的，在插入的最后阶段，邻接管片和封顶管片的纵向密封垫之间会产生过大的摩擦力，可能产生密封垫被挤压拉断的现象，因此，邻接管片和封顶管片之间无法被密封，从而造成了漏水现象。若拉断的密封垫被带出初始安装位置，则还会造成封顶管片无法顺利插入的现象，影响了封顶管片的顺利安装。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种不易被挤压拉断甚至被带出从而影响盾构隧道管片顺利安装的盾构隧道管片密封垫。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种盾构隧道管片密封垫，其包括密封垫本体和设于密封垫本体的下底面的数条防滑纹。

其中，数条防滑纹在下底面的中轴线两侧可以呈对称分布。每条防滑纹的延伸方向与中轴线的夹角可以为0‐90°，还可以优选为30‐60°，还可以最优选为45°。

上述的防滑纹可以为防滑凹槽。在本发明的优选实施例中，每条防滑凹槽的宽度可以为2±1mm，深度可以为1.5±0.5mm；相邻两个防滑凹槽的间距可以为3.3±0.5mm。在本发明的其它优选实施例中，防滑凹槽的宽度可以为l₂/15，深度可以为l₂/16，相邻两个防滑凹槽的间距可以为l₂/8，l₂为密封垫本体截面的底边长度。

上述的防滑纹可以为防滑凸条。在本发明的优选实施例中，每条防滑凸条的宽度可以为2±1mm，高度可以为1.5±0.5mm；相邻两个防滑凸条的间距可以为3.3±0.5mm。在本发明的其它优选实施例中，防滑凸条的宽度为l₂/15，高度为l₂/16，相邻两个防滑凸条的间距为l₂/8；l₂为密封垫本体截面的底边长度。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

首先，本发明的盾构隧道管片密封垫的下底面设有“V”型防滑条纹，从而形成了一个防滑凹凸面。一方面，该防滑凹凸面在封顶管片沿盾构隧道的轴线方向插入时能够增大密封垫的下底面与封顶管片的密封垫沟槽的接触面积和摩擦系数，从而增大二者之间的摩擦力，防止密封垫在插入时被带出密封垫沟槽而影响安装；另一方面，该防滑凹凸面在密封垫受压时会排出凹面中所含的空气，产生“真空”现象，从而增大了与密封垫沟槽的底面之间的吸附力，不仅会进一步增大密封垫与密封垫沟槽之间的摩擦阻力，而且还能进一步防止密封垫被带出甚至被拉断的现象的发生，有效确保了密封垫的防水性能。

其次，本发明的盾构隧道管片密封垫的中间区域设置有若干个空心圆，这些空心圆在密封垫截面中轴线的两侧呈对称分布，以减小密封垫的闭合压缩力，从而防止管片接缝端部损坏；同时使得密封垫具有更大的压缩性和更高的弹性，即使管片接缝有一定的张开量，密封垫仍能处于一定的压缩状态，从而能够有效地阻止水的渗漏。

总之，本发明的盾构隧道管片密封垫在满足止水所需的接触面压力的条件下，能够有效地解决封顶管片在拼装时密封垫的角部被挤出甚至被拉断的问题，保证拼装质量，同时也能确保密封垫的防水性能。

附图说明

图1为本发明的盾构隧道管片密封垫的一种安装方式示意图。

图2为本发明的盾构隧道管片密封垫的另一种安装方式示意图。

图3为本发明的盾构隧道管片密封垫的截面示意图。

图4为本发明的盾构隧道管片密封垫的圆孔的结构示意图。

图5为本发明的盾构隧道管片密封垫的底面示意图。

附图标记

密封垫1、邻接管片2、封顶管片3、密封垫沟槽4、密封垫沟槽5、密封垫沟槽6、密封垫本体7、防滑纹8、截面中轴线9、顶边10、底边11、圆弧曲线12、直线13、交点14、中位线15、第一排圆孔16、第二排圆孔17、圆孔18、圆孔19、圆孔20、圆孔21、底面的中轴线22。

具体实施方式

本发明提供了一种装配式盾构隧道管片封顶块防滑防水密封垫。盾构隧道管片密封垫(以下简称密封垫)常常设置在盾构隧道的管片环的邻接管片和封顶管片之间，用于密封邻接管片和封顶管片之间的间隙，从而达到防水目的。

如图1所示，密封垫1可以分别设置在邻接管片2和封顶管片3各自的密封垫沟槽(用于安放密封垫)内，位于邻接管片2的密封垫沟槽5内的密封垫1的外侧面与位于封顶管片3的密封垫沟槽4内的密封垫1的外侧面相接触，通过“挤密”来实现防水功能。这两个外侧面之间涂有油脂，一是起到更好的防水作用，二是减小二个侧面之间的摩擦力，使封顶管片3更容易地实现插入式安装，从而降低封顶管片3在安装时密封垫1被带出密封垫沟槽的几率。

如图2所示，密封垫1也可以仅设置在封顶管片3的密封垫沟槽6内，其外侧面直接与邻接管片2的表面相接触，同样也可以通过“挤密”来实现防水功能。该外侧面同样也可以涂有油脂。图1和图2中的邻接管片2和封顶管片3采用省略画法，仅画出二者与密封垫1相接触的部分，故仅起到示意作用。

如图3所示，本发明的密封垫1包括密封垫本体7和设于密封垫本体7的底面的数条防滑纹8。

如图4所示，密封垫本体7的截面沿其截面中轴线9对称，其顶边10与底边11平行。密封垫本体7的截面侧边由一条圆弧曲线12与一条直线13构成，圆弧曲线12和直线13的交点14位于截面的中位线15上。截面的中位线15到顶边10的距离与到底边11的距离相等。

密封垫本体7的截面内部区域排列着两排圆孔，第一排圆孔16靠近顶边10，含有四个圆孔。第一排圆孔16中靠近截面中轴线9的两个圆孔18的直径为D₂。若以d作为密封垫1的厚度，l₁作为密封垫1的顶边的长度，则圆孔18的圆心与顶边10的距离d/3，与截面中轴线9的距离为l₁/4。靠近截面侧边的两个圆孔19的直径为D₁，圆孔19的圆心与顶边10的距离为2d/5，距离截面中轴线9的距离为3l₁/4。D₁与D₂的值应保证：密封垫截面总面积(S_T)减去防滑纹的截面积(S_S)和所有圆孔的截面积(S_R)之和与防滑纹的截面积(S_S)的比值介于1‐1.1之间，即

第二排圆孔17靠近底边11，也含有四个圆孔。第二排圆孔17中靠近截面中轴线9的两个圆孔20的直径为D₂'，圆孔20的圆心与顶边的距离可以为2d/3，与截面中轴线9的距离可以为l₁/4。靠近截面侧边的两个圆孔21的直径为D₁'，圆孔21的圆心与顶边的距离可以为4d/5，与截面中轴线9的距离可以为3l₁/4。因此，上面提及的所有圆孔的截面积(S_R)为两个圆孔18、两个圆孔19、两个圆孔20和两个圆孔21的截面积之和，即

因为本发明的密封垫本体7的底面设置有防滑纹8，为了不减小密封垫1闭合时的接触应力，本发明采用面积等效的方法适当减小密封垫1的第二排圆孔17的大小，第二排圆孔17中靠近截面中轴线9的两个圆孔20的直径D₂'和靠近截面侧边的两个圆孔21的直径D₁'的计算方法如下：

其中，b为防滑纹8的宽度，h为防滑纹8的高度或深度。如图5所示，多条防滑纹8(即图5的细斜线所示)在密封垫本体7的底面的中轴线22两侧呈对称分布。每条防滑纹8的延伸方向与底面的中轴线22的夹角α可以为0‐90°，还可以优选为30‐60°，更可以最优选为45°。图5显示的是防滑纹8与底面的中轴线22的夹角为45°。

防滑纹8的作用是增大密封垫1与密封垫沟槽的接触面积和摩擦系数，提高封顶管片在拼装过程中密封垫与密封垫沟槽之间的摩擦阻力(该摩擦阻力沿着盾构隧道的轴线方向)，进而防止密封垫在拼装过程中被带出密封垫沟槽的现象的发生。另外，当密封垫1在受压时，由不同的防滑纹8所形成的凹凸面会产生“真空”现象，使密封垫1的底部与密封垫沟槽的底面更加紧密地吸附在一起(该吸附力的方向垂直于密封垫沟槽的底面)，这会进一步增大密封垫与密封垫沟槽之间的摩擦阻力，更进一步防止密封垫在封顶管片的拼装过程中被带出密封垫沟槽甚至被拉断的现象的发生，有效确保了密封垫的防水性能。

防滑纹8可以为防滑凹槽(即凹进密封垫本体7的底面)。在本发明的优选实施例中，每条防滑凹槽的宽度可以为2±1mm、深度可以为1.5±0.5mm，相邻两条防滑凹槽的间距可以为3.3±0.5mm。在本发明的其它优选实施例中，防滑凹槽的宽度可以为l₂/15，l₂为密封垫的底边长度，防滑凹槽的深度可以为l₂/16，相邻两条防滑凹槽的间距可以为l₂/8。

防滑纹8也可以为防滑凸条(即凸出密封垫本体7的底面)。在本发明的优选实施例中，每条防滑凸条的宽度可以为2±1mm、高度可以为1.5±0.5mm，相邻两个防滑凸条的间距可以为3.3±0.5mm。在本发明的其它优选实施例中，防滑凸条的宽度可以为l₂/15，l₂为密封垫的底边长度，防滑凸条的高度可以为l₂/16，相邻两条防滑凸条的间距可以为l₂/8。

在拼接封顶管片之前，将密封垫的底面用粘结剂粘结在封顶管片的密封垫沟槽的内底面，粘结剂可以采用单组分氯丁橡胶粘结剂；同时，在密封垫的顶面涂上润滑剂，以减少封顶管片插入时两个密封垫的顶面之间的摩擦阻力。粘结剂的各项指标如表1所示。

表1粘结剂各项指标

粘贴时用刷子将氯丁橡胶粘结剂分别均匀涂刷在密封垫的底面和封顶管片的密封垫沟槽的内底面上，第一遍涂刷后待表面初干，再涂刷第二遍，约15分钟后用手轻触胶膜，当胶膜稍粘而不沾手时，将密封垫的底面和封顶管片的密封垫沟槽的内底面合在一起压实即可。

综上，本发明的密封垫在其底面设置了数条防滑纹并且采用粘结剂与封顶管片的密封垫沟槽的内底面相粘结，增大了密封垫和密封垫沟槽的粘附强度；另外，密封垫在顶面涂有油脂，其起到润滑剂的作用，能够降低封顶管片的密封垫与邻接管片之间的摩擦力，便于封顶管片更容易地进行插入式安装。由于本发明在增大密封垫与密封垫沟槽的摩擦力的同时又降低了密封垫与邻接管片之间的摩擦力，因此，本发明的密封垫在封顶管片的安装过程中不易从密封垫沟槽中脱出，不仅简化了安装过程，而且还能起到很好的防水作用。

以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

本实施例中的密封垫由三元乙丙橡胶制成，橡胶材质硬度为62±3度(邵尔A)。密封垫断面形式设计指标为：设计防水压力大于0.6MPa，闭合压缩力小于60kN。

密封垫的截面顶边为29mm，底边为33mm，高为17mm。截面侧边的圆弧曲线的半径为18mm。

密封垫的第一排圆孔的靠近截面中轴线的两个圆孔D₂的直径为3mm，两个圆心的间距为8.6mm，每个圆心与截面顶边的距离为5.5mm。第一排圆孔的靠近截面侧边的两个圆孔的直径D₁为2.75mm，两个圆心的间距为23.6mm，每个圆心与截面顶边的距离为6.5mm。

密封垫的第二排圆孔的靠近截面中轴线的两个圆孔D₂'的直径为2.6mm，两个圆心的间距为6.9mm，每个圆心与截面底边的距离为4.25mm。第一排圆孔的靠近截面侧边的两个圆孔的直径D₁'为2.2mm，两个圆心的间距为21.6mm，每个圆心与截面底边的距离为5.22mm。

密封垫的防滑纹为防滑凹槽，多条防滑凹槽在密封垫的下底面上呈“V”型分布，每条防滑凹槽的延伸方向与下底面的中轴线的夹角为45°。防滑凹槽在下底面的中轴线两侧呈对称分布。每条凹槽的宽度为2mm，深度为1.5mm，相邻两条防滑凹槽的间距为3.3mm。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，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，本发明不限于上述实施例，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。