一种易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫

1.本发明属于密封件技术领域，具体涉及一种易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫。


背景技术：

2.随着城市隧道建设的发展推进，盾构法因其高效、对周围岩土体扰动小等优势成为地铁隧道、过江隧道等的主要施工方法，由于盾构隧道衬砌之间具有环环相扣的特点，故衬砌接缝的防水性能对隧道的正常运营至关重要，也是检验隧道质量是否合格的重要指标之一。
3.在目前的隧道建设工程中，衬砌管片接缝拼接时多采用内开通孔的三元乙丙密封垫作为主要防水材料。三元乙丙弹性橡胶为超弹性材料，其防水机理为通过在预拼接的两衬砌接缝端面处设置垫槽并分别布置三元乙丙弹性橡胶垫片，在管片拼接时，在拼接压力的作用下，三元乙丙弹性橡胶垫片内部设置的数个通孔发生压缩、坍塌，由于三元乙丙橡胶具有不可压缩性，所以两垫片接触面之间产生较大的接触应力，水流将无法渗入接缝内部，进而起到防水作用。
4.在实际工程中，当三元乙丙橡胶垫片用于深层排水、越江、跨海等对防水能力要求较高的隧道时，为了达到一定的防水能力，三元乙丙弹性密封垫会采用厚且大的设计，导致挤压密封垫的装配力过大，在拼接过程中可能会对预制管片接缝端部造成损坏，因此需要提供一种新型的三元乙丙橡胶密封垫断面形式，并在密封垫内开设闭合后形状较为契合的通孔，使其闭合过程更为简单，在降低管片衬砌拼接所需装配力的同时确保防水效果。
5.该断面设计还使得弹性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,它仍能处于一定的压缩状态,可有效地阻挡水的渗漏。因此需要提供新型的防水密封垫断面形式,使其能满足高水压下盾构隧道管片接缝的防水要求,同时保证装配力能满足施工和设计要求,并在一定的张开量和拼装误差的情况下仍有保留较高的防水能力。


技术实现要素：

6.为了克服上述技术存在的不足，本发明提出一种易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫，该密封垫在衬砌管片拼接后能够紧密贴合，闭合变形方向可控，接触力均匀，具有在长期荷载作用下高效稳定的优势，并能显著减小防水密封垫的装配力。
7.为了实现以上目标，本发明的技术方案如下：一种易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫，包括设置在防水沟槽中的密封垫本体；所述密封垫本体具有可嵌入盾构管片的防水沟槽内的安装端以及可与另一盾构管片的密封垫本体配合挤压的挤压端；所述防水密封垫以横断面中心轴左右对称设置通孔；所述通孔的开孔形状为类凸形通孔、倒类凸形通孔、半类凸形通孔、圆形通孔和倒u型通孔；所述防水密封垫从底部到顶部依次设置倒u型通孔、圆形通孔、半类凸形通孔、类凸形通孔和倒类凸形通孔。
8.所述类凸形通孔、倒类凸形通孔和圆形通孔的数量根据顶面与底面宽度决定，宜
设置3-8个；所述倒u型通孔的数量设置4-7个；所述半类凸形通孔的数量为2个。
9.所述倒u型通孔共5个，圆形通孔共2个，类凸形通孔共4个，半类凸形通孔共2个，倒类凸形通孔共5个。
10.所述类凸形通孔的具体尺寸设计为该类凸形通孔底边的长度l1等于类凸形通孔顶边的长度l2加两个顶部连接边的长度l3，即l1＝l2+2l3，类凸形通孔底部斜长边与类凸形通孔顶部斜长边长度相等，类凸形通孔两侧短边垂直底边与类凸形通孔上部短斜边长度相等；所述倒类凸形通孔与类凸形通孔的尺寸相同；所述半类凸形通孔是沿类凸形通孔的对称轴取半结构的通孔；
11.所述类凸形通孔、半类凸形通孔和倒类凸形通孔为一组易变形通孔；所述类凸形通孔设置在下部与密封垫本体底部平行；所述半类凸形通孔与类凸形通孔水平设置，并分别设置在类凸形通孔的两端；所述倒类凸形通孔设置在上部与密封垫本体顶部平行；所述倒u型通孔设置在密封垫本体的底部；通过以上设置可使得易变形通孔组连接部分和两个类凸形通孔之间的易变形通孔组凸型部分在压缩后与通孔的开孔区域完全贴合，以达到类凸形通孔区域在压缩后开孔区域被完全填充、不存在孔隙的目的；与此同时，所述具体尺寸设计也使得密封垫在类凸形通孔区域沿压缩方向变形，一定程度上解决了常规密封垫压缩变形方向发生不确定性侧移的问题。
12.所述圆形通孔平行底面边设置，主要为减少防水密封垫产生局部应力集中，使防水密封垫受力均匀，更加容易闭合，减小对防水沟槽的损伤，确保防水密封垫受压后与防水沟槽紧密贴合，从而增加该防水密封垫的稳定性与可靠性，提高其使用寿命及容错率。
13.所述密封垫本体对合压缩过程中，首先，由半类凸形通孔、类凸形通孔和倒类凸形通孔组成的易变形通孔区域在压缩后开孔区域被完全填充，同时倒u型通孔和圆形通孔发生轻微变形；进一步压缩，圆形通孔和倒u型通孔发生较大变形，直至压缩闭合完成。
14.进一步地，所述密封垫本体通过合理设置通孔的形状、大小和位置可有效控制装配力，以避免对管片的损坏，同时由于防水密封垫具有延展性，防水密封垫压缩闭合后与防水沟槽及密封垫本体之间的紧密贴合进一步确保防水效果。
15.进一步地，所述类凸形通孔、半类凸形通孔和倒类凸形通孔为一组易变形通孔的设计，使得上下两块密封垫本体的在接触区域压缩紧密完全贴合，该区域防水密封垫闭合后整体刚度较大，接触面受力均匀，在长期使用情况下更具稳定性，可靠性更高。
16.进一步地，所述密封垫本体受压后，迎水面防水沟槽壁与与密封垫本体迎水面紧密贴合，且上下两个密封垫本体对接的区域，由于所述类凸形通孔、半类凸形通孔和倒类凸形通孔为一组易变形通孔的设计使得该部分的通孔完全闭合，进而密封垫本体由于水压对其侧向作用力而造成的变形远比圆形或三角形等不完全压缩贴合的通孔小得多；与此同时，可以预防由于水压作用下防水密封垫垫脚部翘起引发防水密封垫与防水沟槽接触区域漏水的情况。
17.与现有技术相比，本发明具有以下效果和优点：
18.(1)防水性能优化：本发明通过对通孔形状、大小、位置进行优化设计，得到稳定性能和防水性能较优的结构，满足盾构隧道管片接缝水压的防水要求并确保在一定装配误差的情况下仍然能保持较好的防水能力。
19.(2)装配力优化：本发明通过采用凸形通孔、半类凸形通孔和倒类凸形通孔为一组
易变形通孔的设计，不仅防水密封垫的压缩变形方向稳定，还可大幅度减小装配力；进一步还可调增防水密封垫的开孔率，从而控制装配力大小，使其应用范围更广。
20.(3)本发明结构简洁，可一体成型，制作方便，可扩大三元乙丙这种防水性能优异的防水密封垫的应用范围。
附图说明
21.图1是本发明的密封垫横截面的示意图。
22.图2是本发明的类凸形通孔横截面的示意图。
23.图3是本发明的易变形通孔组闭合过程的示意图。
24.图4是本发明的密封垫对合压缩前的示意图。
25.图5是本发明的密封垫对合压缩变形过程的示意图。
26.图6是本发明的密封垫存在拼装误差对合压缩的示意图。
27.图中标记为：1-密封垫本体，2-防水沟槽，3-类凸形通孔，4-倒类凸形通孔，5-半类凸形通孔，6-圆形通孔，7-倒u型通孔，31-类凸形通孔底边，32-类凸形通孔顶边，33-类凸形通孔底部斜长边，34-类凸形通孔顶部斜长边，35-类凸形通孔两侧短边，36-类凸形通孔上部短斜边，8-顶部连接边，9-完全闭合的易变形通孔组。
具体实施方式
28.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例1
30.如图1所示，本发明所述的易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫的一个实例，包括设置在防水沟槽2中的密封垫本体1；所述密封垫本体1具有可嵌入盾构管片的防水沟槽2内的安装端以及可与另一盾构管片的密封垫本体1配合挤压的挤压端；所述密封垫本体1以横断面中心轴左右对称设置通孔；所述通孔的开孔形状为类凸形通孔3、倒类凸形通孔4、半类凸形通孔5、圆形通孔6和倒u型通孔7；所述密封垫本体1从底部到顶部依次设置倒u型通孔7、圆形通孔6、半类凸形通孔5、类凸形通孔3和倒类凸形通孔4。
31.如图2所示，所述类凸形通孔3的具体尺寸设计为该类凸形通孔底边31长度l1等于类凸形通孔顶边32长度l2加两个顶部连接边8的长度l3，即l1＝l2+2l3，类凸形通孔底部斜长边33与类凸形通孔顶部斜长边34长度相等，类凸形通孔两侧短边35垂直底边并与类凸形通孔上部短斜边36长度相等；
32.所述倒类凸形通孔4与类凸形通孔3的尺寸相同；所述半类凸形通孔5是沿类凸形通孔3的对称轴取半结构的通孔；
33.所述类凸形通孔3、倒类凸形通孔4和圆形通孔6的数量根据顶面与底面宽度决定，宜设置3-8个；所述倒u型通孔7的数量宜设置4-7个；所述半类凸形通孔5的数量为2个。
34.优选地，所述倒u型通孔7共5个，圆形通孔6共2个，类凸形通孔3共4个，半类凸形通孔5共2个，倒类凸形通孔4共5个。
35.如图3所示，所述类凸形通孔3、半类凸形通孔5和倒类凸形通孔4为一组易变形通孔；所述类凸形通孔3设置在下部与密封垫本体1底部平行；所述半类凸形通孔5与类凸形通孔3水平设置，并分别设置在类凸形通孔3的两端；所述倒类凸形通孔4设置在上部与密封垫本体1顶部平行；
36.易变形通孔组连接部分和两个类凸形通孔之间的易变形通孔组凸型部分在压缩后与通孔的开孔区域完全贴合，以达到易变形通孔区域在压缩后开孔区域被完全填充、不存在孔隙的目的；与此同时，所述具体尺寸设计也使得防水密封垫在易变形通孔区域沿压缩方向变形，一定程度上解决了常规密封垫压缩变形方向发生不确定性侧移的问题。
37.所述圆形通孔6平行底面边设置，主要为减少防水密封垫产生局部应力集中，使防水密封垫受力均匀，更加容易闭合，减小对防水沟槽2的损伤，确保防水密封垫受压后与防水沟槽2紧密贴合，从而增加该防水密封垫的稳定性与可靠性，提高其使用寿命及容错率。
38.如图4所示，拼接的管片对合压缩时，对接的密封垫本体1的顶面相贴合。
39.如图5所示，拼接的管片密封垫本体1对合压缩过程中，首先，由半类凸形通孔5、类凸形通孔3和倒类凸形通孔4组成的易变通孔区域在压缩后该通孔区域被完全填充，同时倒u型通孔7和圆形通孔6发生轻微变形；进一步压缩，圆形通孔6和倒u型通孔7发生较大变形，直至压缩闭合完成。
40.实施例2
41.本发明所述的易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫的另一个实例，所述密封垫本体1从底部到顶部依次设置倒u型通孔7、圆形通孔6、半类凸形通孔5、类凸形通孔3和倒类凸形通孔4，并通过合理设置通孔的形状、大小和位置可有效控制装配力，以避免对管片的损坏，同时由于防水密封垫具有延展性，防水密封垫压缩闭合后与防水沟槽2及密封垫本体1之间的紧密贴合进一步确保防水效果
42.本实施例的其他结构与实施例1相同。
43.实施例3
44.本发明所述的易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫的再一个实例，所述类凸形通孔3、半类凸形通孔5和倒类凸形通孔4为一组易变形通孔的设计，使得上下两块密封垫本体1在接触区域压缩后紧密完全贴合，该区域防水密封垫整体刚度较大，接触面受力均匀，在长期使用情况下更具稳定性，可靠性更高。
45.本实施例的其他结构与实施例1或2相同。
46.实施例4
47.本发明所述的易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫的又一个实例，所述密封垫本体1受压后，迎水面防水沟槽壁与密封垫本体1迎水面紧密贴合，且上下两个密封垫本体1对接的区域，由于所述类凸形通孔3、半类凸形通孔5和倒类凸形通孔4为一组易变形通孔的设计使得该部分的通孔完全闭合，进而密封垫本体1由于水压对其侧向作用力而造成的变形远比圆形或三角形等不完全压缩贴合的通孔小得多，与此同时，可以预防由于水压作用下防水密封垫垫脚部翘起引发防水密封垫与防水沟槽2接触区域漏水的情况。
48.本实施例的其他结构与实施例1或2或3相同。
49.实施例5
50.如图6所示，本发明所述的易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫的第5个实例，所述
类凸形通孔3、半类凸形通孔5和倒类凸形通孔4为一组易变形通孔的设计，使得当存在一定的张开量和错缝量时，根据本发明的防水密封垫的变形特点，倒u型通孔7和圆形通孔6的最终变形相较于实例1要小，与此同时该易变形通孔的设计使得该区域能够继续保持压缩紧密完全贴合，并且该区域密封垫整体刚度较大，接触面受力均匀，在长期使用情况下更具稳定性，可靠性更高。
51.所述张开量为隧道衬砌拼接时，由于施工误差而导致相邻两衬砌之间并未能完全闭合的裂缝长度；所述错缝量为隧道衬砌拼接时，由于施工误差而导致相邻两衬砌之间存在水平向拼接误差的长度。
52.本实施例的其他结构与实施例1或2或3相同。
53.本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。
54.至此，本发明的技术方案已经结合附图所示的实施例进行了描述，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施例。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫，其特征在于，包括设置在防水沟槽中的密封垫本体，所述密封垫本体具有可嵌入盾构管片的防水沟槽内的安装端以及可与另一盾构管片的密封垫本体配合挤压的挤压端，所述防水密封垫以横断面中心轴左右对称设置通孔，所述通孔的开孔形状为类凸形通孔、倒类凸形通孔、半类凸形通孔、圆形通孔和倒u型通孔，所述防水密封垫从底部到顶部依次设置倒u型通孔、圆形通孔、半类凸形通孔、类凸形通孔和倒类凸形通孔。2.根据权利要求1所述的易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫，其特征在于：所述类凸形通孔、半类凸形通孔和倒类凸形通孔为一组易变形通孔，所述类凸形通孔设置在下部与密封垫本体底部平行，所述半类凸形通孔与类凸形通孔水平设置，并分别设置在类凸形通孔的两端，所述倒类凸形通孔设置在上部与密封垫本体顶部平行，易变形通孔组连接部分和两个类凸形通孔之间的易变形通孔组凸型部分在压缩后与通孔的开孔区域完全贴合，类凸形通孔区域在压缩后开孔区域被完全填充。3.根据权利要求1所述的易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫，其特征在于：所述类凸形通孔的具体尺寸为该类凸形通孔底边的长度l1等于类凸形通孔顶边的长度l2加两个顶部连接边的长度l3，即l1＝l2+2l3，类凸形通孔底部斜长边与类凸形通孔顶部斜长边长度相等，类凸形通孔两侧短边垂直底边与类凸形通孔上部短斜边长度相等，所述倒类凸形通孔与类凸形通孔的尺寸相同，所述半类凸形通孔是沿类凸形通孔的对称轴取半结构的通孔。4.根据权利要求1所述的易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫，其特征在于：所述倒u型通孔设置在密封垫本体的底部，所述圆形通孔平行底面边设置。

技术总结
本发明公开了一种易压缩的隧道衬砌接缝防水密封垫，包括设置在防水沟槽中的密封垫本体，所述密封垫本体具有可嵌入盾构管片的防水沟槽内的安装端以及可与另一盾构管片的密封垫本体配合挤压的挤压端，所述防水密封垫以横断面中心轴左右对称设置通孔，所述通孔的开孔形状为类凸形通孔、倒类凸形通孔、半类凸形通孔、圆形通孔和倒U型通孔，所述防水密封垫从底部到顶部依次设置倒U型通孔、圆形通孔、半类凸形通孔、类凸形通孔和倒类凸形通孔。本发明在衬砌管片拼接后能够紧密贴合，闭合变形方向可控，接触力均匀，具有在长期荷载作用下高效稳定的优点，并能显著减小防水密封垫的装配力。并能显著减小防水密封垫的装配力。并能显著减小防水密封垫的装配力。


技术研发人员：马少坤 何本富 周长 段智博 邵羽 刘莹 黄震 张加兵 马敏 黄海均 李金梅
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2022.03.07
技术公布日：2022/5/25