一种超高水压盾构管片接缝结构及防水方法与流程

本发明属于盾构管片防水，特别涉及一种超高水压盾构管片接缝结构及防水方法。

背景技术：

1、我国隧道规模和修建速度是世界之最，绝大多数隧道都采用机械化程度高、作业环境好、施工安全高效的盾构法修建。受地下水影响，隧道防水能力是能否成功建设的关键因素，在将来我国海峡通道建设中，隧道方案将面临超150mpa的极端高水压。盾构隧道主体由若干管片拼接而成，管片接缝很多，其防水为整个隧道建设环节重中之重。盾构隧道管片接缝防水主要有遇水膨胀止水条和三元乙丙橡胶橡胶止水带等方式，遇水膨胀止水条通过膨胀材料遇水膨胀后产生压缩力止水，由于耐久性和适应的水压有限，在我国使用越来越少。既有的三元乙丙橡胶止水技术是单纯通过管片装配时橡胶压缩，使得接缝处橡胶接触面压应力大于外部水压而止水，但受制于结构和外部压缩力局限性，使得防水能力有限。

2、已公开的改进技术也有很大局限性：如授权公告号: cn202690083u的中国专利公开了一种盾构隧道管片的防水结构，存在在受到超高水压时，无法贴紧管片，导致防水结构与管片组件容易出现缝隙，使得防水效果不佳和结构难以牢靠固定的问题。又如授权公告号cn215332912u的中国专利公开了一种用于超高水压盾构隧道管片防水结构，存在构造复杂，未考虑如何与盾构机协同安装，导致现场实施困难等问题。

3、鉴于此，针对现有技术的缺点和适应局限性，提供了超高水压盾构管片接缝防水接缝结构及防水方法。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种超高水压盾构管片接缝结构及防水方法，具有多重防水方式，能够适应150m水深以上的超高水压，构造容易实现，防水能力强，成本低，且能与盾构设备施工有效匹配，不干扰施工。

2、本发明采用的技术方案是：一种超高水压盾构管片接缝结构，包括管片、楔形橡胶止水带、加压辅助止水橡胶带和加压管，所述管片的接缝防水节点的端面上设置有斜槽，所述楔形橡胶止水带位于所述斜槽内，所述斜槽底部设置有凹槽，所述管片内设置有加压预留管，所述加压预留管与所述凹槽连通，所述加压辅助止水橡胶带位于所述凹槽内，与所述加压辅助止水橡胶带的真空腔连通的加压管位于所述加压预留管内，所述楔形橡胶止水带与斜槽底部粘合连接，相邻所述管片上的楔形橡胶止水带粘合连接，形成楔形橡胶止水带的压缩应力、楔形橡胶止水带的接缝的粘结力、外部水压对楔形橡胶止水带结构挤压产生的附加水平压应力为主、预留的加压辅助止水橡胶带产生的附加压应力为辅的盾构管片接缝止水体系。

3、进一步的，所述管片接缝防水节点斜槽的底面与竖直方向的夹角为10°-15°。

4、进一步的，所述楔形橡胶止水带内设置有辅助压缩孔。

5、进一步的，所述楔形橡胶止水带的远离加压辅助止水橡胶带的侧面为竖直面。

6、进一步的，所述楔形橡胶止水带与斜槽底部通过粘结剂粘合连接，相邻所述管片上的楔形橡胶止水带通过粘结剂粘合连接。

7、本发明采用的技术方案是：一种使用上述超高水压盾构管片接缝结构的防水方法，包括以下步骤：

8、步骤1：根据盾构隧道埋深和上部水位确定隧道在超高水压环境的设计水压力p设计水；

9、根据楔形橡胶止水带物理力学特性，预估管片拼装后楔形橡胶止水带压缩应力p1；

10、根据设计水压力p设计水和楔形橡胶止水带的楔形面倾角α，预估水压力产生的楔形橡胶止水带附加水平压应力p3，p3=p设计水×tanα，楔形面倾角为楔形面与垂直方向的夹角；

11、对比p1+ p3与p设计水的大小：若p1+ p3≥p设计水，则粘结剂提供的粘接应力p2取1.2mpa；若p1+ p3＜p设计水，则p2= p设计水-（p1+ p3），且p2＞1.2mpa；

12、步骤2：根据参数压缩应力p1、粘接应力p2和附加水平压应力 p3选择合适的楔形橡胶止水带和粘结剂；制作钢筋混凝土材质的管片；

13、步骤3：在管片的止水节点处的斜槽内涂刷粘结剂，粘贴楔形橡胶止水带和加压辅助止水橡胶带，再在楔形橡胶止水带外侧涂刷粘结剂，拼装管片；

14、步骤4：管片拼装好，脱出盾尾后，在超高水压情况下，若接缝渗漏水，则通过加压管向加压辅助止水橡胶带内填充惰性浆液，加压辅助止水橡胶带挤压楔形橡胶止水带，产生附加压应力p4，直至接缝不渗漏水。

15、进一步的，在步骤1中，p设水=2ρ水gh，ρ水为水密度，g为重力加速度；h为隧道底部最低点与水面距离，即设计水压力不小于2倍隧道水深产生的水压力。

16、进一步的，在步骤4中，管片拼装时，在两个管片间的楔形橡胶止水带接触面产生压缩应力p1并同时产生粘接应力p2；管片脱出盾尾后，受外部水压力p水作用，楔形橡胶止水带产生附加水平压应力p3。

17、工作原理：现有管片接缝防水单一依靠施工过程中橡胶止水带压缩产生的压缩应力p1不小于外部水压力p水的方式达到接缝防水效果，即：p1≥p水。在水压不高（一般小于100m水深）时容易实现，当遇到超高水压，如水压为100m或更高水深时候，单一通过止水带压缩产生的压力防水的方式就不能满足工程需求。

18、本发明的防水方法包括楔形橡胶止水带压缩产生的压缩应力p1、接触面的粘接应力p2、外部水压通过楔形结构压缩楔形橡胶止水带产生的附加水平压应力p3和加压辅助止水橡胶带产生的附加压应力p4组成，即p1+ p2+ p3+ p4≥p水。

19、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

20、1.本发明设计了能提供止水带压缩自锁和二次加压的管片接缝防水结构：单块管片接缝防水节点混凝土与楔形橡胶止水带的接触面为倾斜面，管片拼装后接缝防水节点形成一个楔形构造。倾斜面倾斜角度满足管片压缩时楔形橡胶止水带能自锁需要，即摩擦力大于管片挤压对楔形橡胶止水带产生的向外分力，楔形橡胶止水带不往管片外侧滑动。管片接缝防水节点倾斜面设置二次加压止水的凹槽和加压预留管。

21、2.本发明设计了在外部压力下能自锁的楔形橡胶止水带结构：截面为直角梯形，上宽下窄的四边形楔形结构。楔形橡胶止水带垂直面边为止水带之间压缩粘接面，楔形面与管片止水节点倾斜角相同。

22、3.本发明设计了具有加压辅助止水功能的加压辅助止水橡胶带：加压辅助止水橡胶带内设可以填充惰性流动材料的空腔，空腔结构初始为真空压缩状态。在管片闭合后，若出现渗水或漏水情况，可往空腔内部加压填充惰性浆液，挤压楔形橡胶止水带体系，增加闭合压力达到辅助止水功能。

23、4. 本发明设计了多重防水方式：止水节点处的闭合压力由四部分组成，分别为楔形橡胶止水带压缩产生的压缩应力、接触面的粘接应力、外部水压通过楔形结构压缩楔形橡胶止水带产生的附加水平压应力和加压辅助止水橡胶带产生的附加压应力组成，可以在150m以上水深的水压力的情况下，实现接缝处不出现渗水或漏水情况。本发明适应超高水压，构造容易实现，成本低，安全可靠，能与盾构设备施工有效匹配，不干扰施工。

技术特征：

1.一种超高水压盾构管片接缝结构，其特征在于：包括管片、楔形橡胶止水带、加压辅助止水橡胶带和加压管，所述管片的接缝防水节点的端面上设置有斜槽，所述楔形橡胶止水带位于所述斜槽内，所述斜槽底部设置有凹槽，所述管片内设置有加压预留管，所述加压预留管与所述凹槽连通，所述加压辅助止水橡胶带位于所述凹槽内，与所述加压辅助止水橡胶带的真空腔连通的加压管位于所述加压预留管内，所述楔形橡胶止水带与斜槽底部粘合连接，相邻所述管片上的楔形橡胶止水带粘合连接。

2.如权利要求1所述的超高水压盾构管片接缝结构，其特征在于：所述管片接缝防水节点斜槽的底面与竖直方向的夹角为10°-15°。

3.如权利要求1所述的超高水压盾构管片接缝结构，其特征在于：所述楔形橡胶止水带内设置有辅助压缩孔。

4.如权利要求1所述的超高水压盾构管片接缝结构，其特征在于：所述楔形橡胶止水带的远离加压辅助止水橡胶带的侧面为竖直面。

5.如权利要求1所述的超高水压盾构管片接缝结构，其特征在于：所述楔形橡胶止水带与斜槽底部通过粘结剂粘合连接，相邻所述管片上的楔形橡胶止水带通过粘结剂粘合连接。

6.一种使用上述权利要求1-5中任一项所述超高水压盾构管片接缝结构的防水方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的防水方法，其特征在于：在步骤1中，p设计水=2ρ水gh，ρ水为水密度，g为重力加速度；h为隧道底部最低点与水面距离。

8.如权利要求6所述的防水方法，其特征在于：在步骤4中，管片拼装时，在两个管片间的楔形橡胶止水带接触面产生压缩应力p1并同时产生粘接应力p2；管片脱出盾尾后，受外部水压力p水作用，楔形橡胶止水带产生附加水平压应力p3。

技术总结
本发明提供了一种超高水压盾构管片接缝结构，包括管片等，楔形橡胶止水带位于管片的斜槽内，斜槽底部设置有凹槽，加压预留管与凹槽连通，所述加压辅助止水橡胶带及加压管位于所述凹槽和加压预留管内，所述楔形橡胶止水带与斜槽底部粘合连接，相邻的楔形橡胶止水带粘合连接，以及使用上述超高水压盾构管片接缝结构的防水方法，使楔形橡胶止水带的压缩应力P<subgt;1</subgt;、接触面的粘接应力P<subgt;2</subgt;、受外部水压产生的附加水平压应力P<subgt;3</subgt;以及加压辅助止水橡胶带产生的附加压应力P<subgt;4</subgt;的和不小于水压力。本发明具有多重防水方式，能够适应150m水深以上的超高水压，防水构造容易实现，成本低，且能与盾构设备施工有效匹配，不干扰施工。

技术研发人员：贺维国,范国刚,叶东明,刘庆方,曹威,陈翰,吕显福
受保护的技术使用者：中铁第六勘察设计院集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13