一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置的制作方法

1.本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置。


背景技术：

2.盾构法隧道采用双层衬砌结构形式具有承载力高、抗渗防漏性能好等优势，可显著提升隧道结构的服役性能和耐久性，在水下建造、重载运营等复杂条件下得到越来越多的重视和应用。
3.采用不同的施作时机、施作方式，盾构隧道内衬起到的结构功能会产生很大的差异，亦会改变管片衬砌与内衬之间的相互作用机理。有学者根据不同的接合面结构处理方式，提出了5种接合面相互作用模型，包括内衬仅起到防渗、防冲击、修正线路中线等构造作用的管片衬砌单独承载模型，以及内衬发挥不同程度承载能力的无黏聚力模型、有黏聚力模型、位移协调模型、局部位移协调模型。
4.以上的5种接合面相互作用模型，主要解决内外衬之间的相互力学作用及双衬的承载性能问题。为了解决双层衬砌隧道纵向对地层变形的适应性问题，内衬通常需要设置变形缝，两种常用的变形缝设置方式为重合缝和错位缝。其中设置重合缝的双层衬砌盾构隧道，对地层变形有较强的适应性能，可减少内衬结构的开裂、破损。但若采用传统的变形缝形式与管片隧道结合时，则存在变形缝与管片接缝处刚度协调及防水问题。特别是当在管片接缝发生较大错台变形时，如果该处二衬变形缝构造不合理，则可能导致双衬隧道接缝开裂、渗漏。因此，亟需设计一种满足内外衬协调作用要求的可适应地层变形的防渗型复合变形缝结构。
5.此外，常规的双层衬砌盾构隧道由于存在较多的管片接缝、内衬变形缝，地下水的渗流路径不明确，使得防渗漏问题具有一定的复杂性。一旦发生渗漏情况，难以分析渗流发生路径，难以给出针对性的排水/堵漏措施，也会对隧道的安全性造成不利的影响。因此，复合变形缝还需具备阻渗和堵漏功能。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置，能够在双层衬砌盾构隧道在发生较大横向变形错动时，管片与内衬仍能保持协调变形的能力，内衬变形缝处仍能保持良好的防水性能。同时，将管片与内衬间的渗漏水限定在了接缝邻近范围内，使渗漏水的处理更加简便易行。
7.为实现上述目的，本发明提供一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置，包括：
8.至少一个管片止水机构；各所述管片止水机构包括至少一个第一防水密封垫，用于对相邻两管片相对的两管片纵向端面的密封；
9.至少一个内衬止水机构；各所述内衬止水机构包括容纳盒和呈环形的内衬防渗构件，所述容纳盒内设置有与所述内衬防渗构件相匹配的容纳腔，所述内衬防渗构件设置在
所述容纳腔内，用于对相邻两内衬相对的内衬纵向端面的密封。
10.作为本发明的进一步优选，所述容纳盒包括由所述相邻两内衬的所述内衬纵向端面分为两个盒体，且所述相邻两内衬的纵向端面穿过所述容纳腔。
11.作为本发明的进一步优选，所述容纳盒纵向两端均沿环向间隔设置有通孔，所述两盒体通过穿过所述通孔的螺栓和螺母固定连接。
12.作为本发明的进一步优选，所述螺母和所述盒体之间设置有橡胶垫片。
13.作为本发明的进一步优选，所述盒体为锥形环，其外径由所述内衬纵向端面的一端沿纵向依次减小，其内径由所述内衬纵向端面的一端沿纵向依次减小依次增大。
14.作为本发明的进一步优选，所述盒体朝向所述内衬纵向端面的一端设置有接触平板，且相邻两所述盒体的接触平板相对的端面上设置有遇水膨胀材料，用于对渗水后的两所述内衬纵向平面的密封。
15.作为本发明的进一步优选，所述盒体上设置有注浆管道，其一端位于所述容纳腔中，其端穿过所述盒体的侧壁和所述内衬伸入隧道内，用于将所述内衬防渗构件填充入所述容纳腔中。
16.作为本发明的进一步优选，还包括设置在所述管片和所述内衬直接的接合面止水机构，用于封堵所述内衬纵向端面两侧的接合面。
17.作为本发明的进一步优选，所述接合面止水机构包括固定在所述管片上的u形槽、u形钢模板和呈环形第二防水密封垫，所述第二防水密封垫通过所述设置在所述u形槽和所述u形钢模板用于封堵所述内衬纵向端面两侧的接合面。
18.作为本发明的进一步优选，所述相邻两所述管片纵向端面上相对设置有一对密封垫沟槽，用于所述第一防水密封垫的安装。
19.上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
20.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
21.(1)本发明的一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置，其通过在相邻两个管片相对的纵向端面上设置至少一个管片止水机构以及在相邻两内衬相对的内衬纵向端面上设置至少一个内衬止水机构，使得在双层衬砌盾构隧道在发生较大横向变形错动时，管片与内衬仍能保持协调变形的能力，内衬变形缝处仍能保持良好的防水性能。同时，通过设置在管片和内衬之间的结合面止水机构，将管片与内衬间的渗漏水限定在了接缝邻近范围内，使渗漏水的处理更加简便易行。
22.(2)本发明的一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置，其通过设置在管片和内衬之间的接合面止水机构，将地下水渗流路径限定在接缝邻近范围内的防渗结构，有效将沿重合缝渗漏进入管片和内衬接合面的地下水限定在接合面间的弹性防水密封垫范围内，进而避免地下水沿接合面渗透至薄弱部位，也有利于进行更加简便易行的排水/堵漏措施。
23.(3)本发明中的一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置，结构简单，稳定性高，安全可靠，一种在地层发生较大横向错动时，仍能保持防渗性能的内衬变形缝间止水结构，以相向拼接的一对盒体构成容纳盒，通过螺杆及螺母将其紧固为一整体，内部填充沥青马蹄脂防渗体。盒体外围外伸的接触平板及接触平板间设置的遇水膨胀材料，使得盒体内部空间在渗水时仍能保持密闭状态，内部填充的沥青马蹄脂防渗体可在内部空间内流动而阻塞
内部渗流路径。同时，通过由于螺栓拉伸产生的反作用力通过螺母及橡胶垫片作用于盒体，使得盒体之间被连接得更加紧固，有效阻断了沿内衬变形的地下水渗流路径。具有优良的经济效益和推广价值。
附图说明
24.图1是本发明中一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置的结构示意图；
25.图2是本发明中一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置的内衬止水机构示意图；
26.图3是本发明中一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置的接合面止水机构示意图；
27.图4是本发明中一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置的管片止水机构示意图。
28.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：
29.1、内衬止水机构；11、盒体；12、接触平板；13、螺栓；14、螺母；15、橡胶垫片；16、内衬防渗构件；17、注浆管道；
30.2、接合面止水机构；21、u形槽；22、第二防水密封垫上；23、第二防水密封垫下；24、u形钢模板；
31.3、管片止水机构；31、密封垫沟槽；32、第一防水密封垫。
具体实施方式
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或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发明的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.实施例：
38.如图1～4中所示，本技术优选实施例中的双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置能够在双层衬砌盾构隧道在发生较大横向变形错动时，管片与内衬仍能保持协调变形的能力，内衬变形缝处仍能保持良好的防水性能。同时，该复合变形缝结构将管片与内衬间的渗漏水限定在了接缝邻近范围内，使渗漏水的处理更加简便易行。
39.具体而言，如图1中所示，在本技术优选实施例中，该双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置包括至少一个管片止水机构3和止水一个内衬止水机构1，其中，管片止水机构3设置在相邻两管片相对的两个管片纵向端面上，用于对两管片的管片纵向端面密封，避免在管片纵向端面发生渗水。管片止水机构3包括一个第一防水密封垫32，其设置在管片纵向端面上，以实现管片之间的密封。优选地，该第一防水密封垫32为弧形结构，且在同一垂向截面上，沿周向布置的管片上设置的第一防水密封垫32能够形成沿环绕隧道的密封带。而内衬止水机构1则包括容纳盒和呈环状的内衬防渗构件16，该容纳盒内设置有与该内衬防渗构件16相匹配的容纳腔，该内衬防渗构件16设置在该容纳腔中，用于对相邻两内衬相对的内衬纵向端面密封。优选地，管片止水机构3和/或内衬止水机构1可沿隧道径向方向间隔设置多个以提升防渗效果。
40.进一步地，在本技术优选实施例中，该容纳盒包括两个盒体11，两个盒体11相对设置，其相对面和内衬纵向端面重合，且两盒体11均具备部分容纳腔，用于容纳内衬防渗构件16。在实际使用过程中，两盒体11分设于两个内衬上，当相邻两内衬产生运动时，两盒体11同步运动，其内部的内衬防渗构件16会阻断该两盒体11之间的缝隙，进而避免内衬间的渗水。
41.更细节地，在本技术优选实施例中，为了实现对两个盒体11的稳定连接，在该容纳盒的纵向两端面上沿环形间隔设置有若干对通孔，通过在通孔内部设置螺栓13以及设置容纳盒纵向两端的螺母14，实现对两盒体11之间的固定。在两内衬发生横向错动时，两盒体11之间的相对距离就是边长，导致螺栓13被拉伸，而螺栓13产生的反作用力通过螺母14作用到盒体11上，使得盒体11连接的更为紧密，有效阻断了沿内衬变形的地下水渗流路径。并且，由于螺栓13能够拉力沿剪切方向的分量，对内衬的抗剪刚度产生了一定的加强作用，使得内衬可以提供部分抗剪刚度，加强了复合变形缝装置的抗剪能力。优选地，在螺母14和盒体11之间还设置有橡胶垫片15。
42.进一步地，在本技术优选实施例中，盒体11整体呈现为锥形环，即该盒体11的外径由内衬纵向端面的一端沿纵向依次减小，而内径由内衬纵向端面的一端沿纵向依次增大。
43.进一步地，为了增强两盒体11之间的防水性能，在本技术一个优选实施例中，在盒体11朝向内衬纵向端面的一端设置有接触平板12，优选为圆环状结构，且相邻两盒体11的接触平板12相对的端面上设置有遇水膨胀材料，用于对渗水后的两内衬纵向平面的密封。
44.更细节地，在本技术优选实施例中，在盒体11上设置有注浆管道17，其一端位于容纳腔中，其端穿过盒体11的侧壁和内衬伸入隧道内，用于将内衬防渗构件16填充入容纳腔中。
45.进一步优选地，在本技术优选实施例中，内衬防渗构件16为沥青马蹄脂防渗体，其
能够在隧道发生横向错动时在内部空间内流动而阻塞内部渗流路径，进而实现对相邻两内衬之间的快速封堵。
46.进一步地，在本技术一个优选实施例中，该双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置还设置有接合面止水机构2，用于密封内衬纵向端面两侧的接合面。优选地，该接合面止水机构2包括设置在管片上的u形槽21、u形钢模板24和第二防水密封垫，其中，u形钢模板24为完整的全环模板，其直径与管片内径相匹配，u形槽21和u形钢模板24对应匹配形成挤压第二防水密封垫的腔室。进一步优选地，在u形钢模板24的开口侧向外弯折形成接触平面，可通过固定构件穿过设置在接触平面上的通孔，将该u形钢模板24固定在u形槽21的外围。
47.更细节地，在本技术优选实施例中，该第二防水密封垫为分别设置在u形槽21和u形钢模板24上的第二防水密封垫上22和第二防水密封垫下23，其均通过遇水膨胀材料分别固定在u形槽21和u形钢模板24上，以实现对管片和内衬之间缝隙的封堵，进而可以将地下水渗流路径限定在接缝邻近范围内，可以有效将沿重合缝渗漏进入管片和内衬接合面的地下水限定在接合面间的弹性防水密封垫范围内。避免地下水沿接合面渗透至薄弱部位，也有利于进行更加简便易行的排水/堵漏措施
48.进一步地，在本技术优选实施例中，该相邻两管片纵向端面上相对设置有一对密封垫沟槽31，用于第一防水密封垫32的安装，在实际使用过程中，在两个管片固定安装后，两密封垫沟槽31相对并挤压第一防水密封垫32，进而实现相邻两管片之间纵向端面的密封。
49.进一步地，在本技术优选实施例中，还公开了一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置的施工方法，其包括如下步骤：
50.s1、将管片环缝拼接。
51.s2、在u形钢模板24和u形槽21相对的内表面涂遇水膨胀材料。
52.s3、分别将第二防水密封垫上22和第二防水密封垫下23分别固定在u形槽21和u形钢模板24中。
53.s4、将u形钢模板24紧固在u形槽21的外围，使得第二防水密封垫上22和第二防水密封垫下23紧贴挤压。
54.s5、布置内衬朝向管片的钢筋笼；
55.s6、在两相对接触平板12上设置遇水膨胀材料后，将两盒体11固定在内衬上，并对应设置注浆管道17；
56.s7、采用螺栓13、螺母14、橡胶垫片15紧固两盒体11；
57.s8、布置内衬背离管片的钢筋笼；
58.s9、浇筑内衬混凝土；
59.s10、通过注浆管道17向内衬止水机构1中注入内衬防渗构件。
60.本发明中的一种双层衬砌盾构隧道复合变形缝装置，结构简单，稳定性高，安全可靠，一种在地层发生较大横向错动时，仍能保持防渗性能的内衬变形缝间止水结构，以相向拼接的一对盒体11构成容纳盒，通过螺杆及螺母14将其紧固为一整体，内部填充沥青马蹄脂防渗体。盒体11外围外伸的接触平板12及接触平板12间设置的遇水膨胀材料，使得盒体11内部空间在渗水时仍能保持密闭状态，内部填充的沥青马蹄脂防渗体可在内部空间内流动而阻塞内部渗流路径。同时，通过由于螺栓13拉伸产生的反作用力通过螺母14及橡胶垫
片15作用于盒体11，使得盒体11之间被连接得更加紧固，有效阻断了沿内衬变形的地下水渗流路径。具有优良的经济效益和推广价值。
61.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。