一种用于盾构隧道管片接缝处的防水垫片的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于盾构隧道管片接缝处的防水垫片，属于防水垫片领域。


背景技术：

2.输水隧道是城市地下空间规划设计中必不可少的一个项目，输水隧道的统一规划及建设能够保障城市市政给排水设施的正常运行。输水隧道处于内部水环境以及外部土地地下水环境的共同作用下，内部水环境可能处于循环动水、高温、高腐蚀等不同状态，不论外部水渗入隧道内部还是隧道内部水渗出至外部地下水环境，对于输水隧道的正常使用都有很大的影响，因此对输水隧道防渗漏水能力提出了较高的要求。
3.现在大部分城市输水隧道采用盾构结构，而盾构隧道属于预制拼装结构，管片之间以及管片环之间存在很多接缝，因此盾构隧道的防渗漏水重点为管片接缝处的防水性能。
4.目前盾构隧道接缝处防渗漏水设计为预先在盾构管片接缝处设置弹性密封垫沟槽，然后将防水垫粘贴在弹性密封垫沟槽内，相邻沟槽内的防水垫之间相互挤压，同时防水垫对相邻管片挤压，实现盾构隧道管片接缝处的防水功能。
5.通过调整密封垫的断面尺寸、断面形状、断面开孔率等因素，使得密封垫在挤压状态下产生较大的接触应力，保障密封垫的防水性能。但是现在大部分密封垫的断面开孔数量多，不同的开孔形状不一，容易导致密封垫产生的接触应力过大且受力不均，后期相邻的防水垫之间容易相互弹开，且密封垫极易老化破损，影响了盾构隧道的正常使用。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种应力分布更均匀、应力适中的用于盾构隧道管片接缝处的防水垫片。
7.解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
8.一种用于盾构隧道管片接缝处的防水垫片，包括垫片本体，垫片本体的材质为三元乙丙橡胶，垫片本体的底部沿轴向设置有开槽，所述垫片本体中间沿轴向开设有第一轴孔、第二轴孔以及第三轴孔，第二轴孔位于第一轴孔和第三轴孔之间，第一轴孔和第三轴孔的横截面形状为圆形，第二轴孔的横截面形状为三角形。
9.本实用新型的有益效果为：
10.三元乙丙橡胶为超弹性材料，三元乙丙橡胶制成的垫片本体挤压后会产生很大的接触应力，保证了垫片本体在沟槽处的防水性能。同时三元乙丙橡胶还具有较高的耐腐蚀性和耐高温性，能够适应于输水隧道内外水环境。将位于垫片本体中间的第二轴孔横截面形状设置成三角形，能够适当降低垫片本体在受到挤压时产生的接触应力，从而降低两个相互挤压的垫片本体在后期防水过程中相互弹开的风险。圆孔状的第一轴孔和第三轴孔本身就可以提升垫片本体应力分布均匀性，同时第一轴孔和第三轴孔分布在第二轴孔两侧，能够对第二轴孔两侧应力进行平衡，进一步提升垫片本体应力分布均匀性。第一轴孔、第二
轴孔以及第三轴孔三者相互配合，使垫片本体受挤压时产生适中接触应力的同时，提升了应力分布均匀性，同时确保了垫片本体的防水性能、安装后期稳定性和使用寿命，降低了输水隧道的维护成本。
11.本实用新型所述第二轴孔的转角处设置有倒角。
12.本实用新型所述第二轴孔的横截面形状为等边三角形，倒角半径为第二轴孔横截面边长的16-17%。
13.本实用新型所述垫片本体的顶部宽度为30mm，底部宽度为32mm，高度为16mm。
14.本实用新型所述第一轴孔和第三轴孔的横截面半径均为3mm，第二轴孔的横截面形状为等边三角形，且第二轴孔的横截面边长为9.9mm。
15.本实用新型所述开槽数量有三个，三个开槽分别为第一开槽、第二开槽和第三开槽，第二开槽位于第一开槽和第三开槽之间，垫片本体位于第一开槽和第二开槽之间的部分为第一支撑足，垫片本体位于第二开槽和第三开槽之间的部分为第二支撑足，第一支撑足和第二支撑足的底面宽度均为4mm，相邻于第一开槽的垫片本体侧底部分为第一端足，相邻于第三开槽的垫片本体侧底部分为第二端足，第一端足和第二端足的底面宽度为2mm。
16.本实用新型所述第一开槽和第三开槽的底部宽度为7mm，第二开槽的底部宽度为6mm。
17.本实用新型所述开槽顶部内壁为圆弧面，开槽底部内壁为相切于圆弧面边缘的平面。
18.本实用新型所述第一开槽和第三开槽顶部内壁半径为3mm，第二开槽顶部内壁半径为6mm。
19.本实用新型所述第一开槽和第三开槽的高度均为7mm，第二开槽的高度为6mm。
20.本实用新型的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
附图说明
21.下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：
22.图1为本实用新型实施例的防水垫片的横截面结构示意图；
23.图2为本实用新型实施例的两个防水垫片相互挤压时应力分布图。
具体实施方式
24.下面结合本实用新型实施例的附图对本实用新型实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
25.在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.实施例：
27.参见图1，本实施例提供的是一种用于盾构隧道管片接缝处的防水垫片，包括垫片本体1。垫片本体1安装在密封垫沟槽中，从而对密封垫沟槽起到密封作用，盾构管片接缝处
的相邻两个密封垫沟槽连通，以使所述两个密封垫沟槽中的垫片本体1也相互挤压，从而对盾构管片接缝处进行整体密封防水。
28.垫片本体1的材质选用三元乙丙橡胶，三元乙丙橡胶作为超弹性材料，能够使垫片本体1受挤压后产生很大的接触应力，保证了垫片本体1在密封垫沟槽处的防水性能。同时三元乙丙橡胶还具有较高的耐腐蚀性和耐高温性，能够适应于盾构管片内外水环境。但是由于垫片本体1产生的接触应力过大，因此后期两个密封垫沟槽中的垫片本体1容易相互弹开，破坏盾构管片接缝处密封性。基于上述理由，本实施例的目的即为适当减少防水垫片产生的接触应力。
29.垫片本体1的形状为柱体，垫片本体1的横截面形状为六边形，垫片本体1的上部横截面和下部横截面均为等腰梯形，其中垫片本体1的上顶面和下底面平行，因此垫片本体1上部和下部的中轴面重合。此为现有技术，在本实施例中不再赘述。
30.本实施例的垫片本体1的顶部宽度为30mm，底部宽度为32mm，高度为16mm，以匹配于本实施例中的密封垫沟槽的尺寸，同时本实施例的垫片本体1高度相比现有技术中常规垫片本体1有所降低，以略微降低垫片本体1受挤压时产生的接触应力。
31.垫片本体1上部中间仅开设有第一轴孔11、第二轴孔12以及第三轴孔13，第一轴孔11、第二轴孔12以及第三轴孔13均沿垫片本体1的轴向延伸并贯穿垫片本体1的两端端壁，由于垫片本体1上只有第一轴孔11、第二轴孔12以及第三轴孔13三个开孔，数量较少，因此第一轴孔11、第二轴孔12以及第三轴孔13的横截面尺寸可以设计较大，有助于降低垫片本体1的加工难度。
32.第一轴孔11和第三轴孔13的横截面形状为圆形，从而提升垫片本体1受到挤压时应力的均匀性，增加垫片本体1的使用寿命。三元乙丙橡胶材质的垫片本体1在密封垫沟槽内能够确保密封性和防水性能，在此基础上，第二轴孔12的横截面形状为三角形，以此适当降低垫片本体1受到挤压时产生的接触应力，降低后期两个垫片本体1在盾构管片接缝处相互弹开的风险，从而长期确保盾构管片接缝处的防水性能。
33.第二轴孔12位于第一轴孔11和第三轴孔13之间，第一轴孔11和第三轴孔13配合，对第二轴孔12两侧应力进行平衡，从而有助于提升第二轴孔12两侧的应力平均程度，进一步改善垫片本体1的应力分布情况。
34.基于上述原理，优选的，第二轴孔12的横截面形状为等边三角形，第二轴孔12的中轴面和垫片本体1的中轴面重合，第一轴孔11和第三轴孔13半径相同，第一轴孔11和第三轴孔13关于垫片本体1的中轴面对称。
35.第一轴孔11和第三轴孔13的横截面半径均为3mm，且第二轴孔12的横截面边长为9.9mm，以使第一轴孔11和第三轴孔13的尺寸参数匹配于第二轴孔12的尺寸参数，有利于平均垫片本体1的应力分布，同时确保了垫片本体1的断面开孔率，有助于降低垫片本体1受挤压时产生的平均接触应力。
36.第二轴孔12的转角处设置有倒角，倒角半径为第二轴孔12横截面边长的16-17%，例如本实施例中倒角半径为1.65mm，避免了第二轴孔12受压缩后应力在其转角处过于集中。
37.垫片本体1的底部沿轴向设置有开槽，开槽沿垫片本体1的轴向延伸并贯通垫片本体1的两端端壁，同时开槽还贯通至垫片本体1的下底面。本实施例中开槽数量有三个，三个
开槽分别为第一开槽14、第二开槽15和第三开槽16，第二开槽15位于第一开槽14和第三开槽16之间。开槽数量三个适中，可以略微降低垫片本体1受挤压时产生的接触应力，不至于破坏垫片本体1防水应力需求。
38.相应的，垫片本体1位于第一开槽14和第二开槽15之间的部分为第一支撑足21，垫片本体1位于第二开槽15和第三开槽16之间的部分为第二支撑足22，相邻于第一开槽14的垫片本体1侧底部分为第一端足23，相邻于第三开槽16的垫片本体1侧底部分为第二端足24。
39.本实施例中，第一支撑足21和第二支撑足22的底面宽度均为4mm。以第一支撑足21为例，两个垫片本体1相互挤压的时候，两个垫片本体1的第一支撑足21相互挤压，由于第一支撑足21宽度较大，两个第一支撑足21之间即使发生一定错位的情况下也能具有较大的接触面积，从而确保垫片本体1仍然具有良好的压缩量，确保基础防水性能。
40.第一端足23和第二端足24的底面宽度为2mm，第一开槽14和第三开槽16的底部宽度为7mm，第二开槽15的底部宽度为6mm，第一开槽14和第三开槽16的高度均为7mm，第二开槽15的高度为6mm。在该结构参数条件下，确保了防水垫片的对称性，并将防水垫片的开孔率维持在适中水平。
41.开槽的内壁由圆弧面141和两个平面142构成。以第一开槽14为例，圆弧面141构成了第一开槽14的顶部内壁，防水垫片形变过程中第一开槽14的顶部内壁形变程度较大，将圆弧面141作为顶部内壁能够降低应力集中。两个平面142构成了第一开槽14的底部内壁，两个平面142与圆弧面141两侧边缘分别相切，避免在平面142与圆弧面141交界处应力集中。
42.优选的，第一开槽14和第三开槽16顶部内壁半径为3mm，第二开槽15顶部内壁半径为6mm。
43.参见图2，当两个垫片本体1相互挤压的时候，内部应力分布合理，无应力过度集中区域，在压缩过程中没有产生失稳的情况。
44.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。