CN105587326A - 盾构或tbm法隧道的多道防水管片结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构。盾构或TBM法隧道采用管片结构支护及防水，受盾构或TBM实际掘进纠偏影响，管片拼装后会出现错台、错位、上浮、内弧不圆顺、接缝不对齐等诸多问题，无法形成有效的接缝防水。本发明包括沿隧道纵向依次拼接的多节环形单元，每节环形单元包括环状拼接的多块管片，形成环向的管片衬砌环缝和纵向的管片衬砌纵缝；管片衬砌环缝和管片衬砌纵缝处均设置有多道防水结构，包括多道凹槽以及填充物。本发明满足了盾构或TBM法隧道的安全使用及长久运营要求，更好的提升了管片隧道的防水效果。
Description
技术领域
本发明属于隧道及地下工程技术领域，具体涉及一种盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构。
背景技术
随着修建技术、建设水平及建设要求的不断提高，越来越多的新技术、新工艺、新工法应用到隧道及地下工程的建设中。近年来，盾构或TBM工法在铁路、水工、地铁、市政及公路工程中不断增多，已逐渐成为各类下穿水域、城市城区及高原高海拔长大隧道的首选工法，具有快速、安全、优质、高效、环保，一次成洞，以人为本等诸多优点。
盾构或TBM法隧道采用管片衬砌支护成洞，管片结构洞内拼装快、易于实施，同时可为盾构或TBM的掘进提供油缸顶推反力。管片采用工厂化预制养护生产，结构本体质量有保证，防水效果好，但由于分块拼装，接缝较多，管片的接缝防水始终是盾构或TBM隧道相对薄弱的环节，也是管片类支护隧道耐久性和安全运营使用的重要影响因素。
盾构或TBM法隧道采用管片结构支护及防水，常规做法一般只设一道防水措施，即设一道多孔型三元乙丙橡胶弹性密封垫，结合管片尺寸，密封垫的宽度在35～70mm之间，厚度在20～30mm之间。受盾构实际掘进纠偏影响，管片拼装后会出现错台、错位、上浮、内弧不圆顺、接缝不对齐等诸多问题，再考虑止水带安装不牢靠以及管片施工拼装等操作影响，个别止水条会出现错动或移位，而管片的各类拼装误差最终将影响两块管片上止水带的挤压宽度，使得止水带的有效挤压接触面积受损，严重时甚至出现两块管片的止水带端面无法形成挤压的现象，也就无法形成有效的接缝防水，或者导致管片接缝的实际防水效果大打折扣，致使在外界地下水的作用下，管片接缝处局部形成过水通道或发生渗漏水，从而影响了隧道的整体使用效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构，满足盾构法隧道的安全使用及长久运营要求，更好的提升管片隧道的防水效果。
本发明所采用的技术方案为：
盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构，其特征在于：
包括沿隧道纵向依次拼接的多节环形单元，每节环形单元包括环状拼接的多块管片，整体形成环向的管片衬砌环缝和纵向的管片衬砌纵缝；
管片衬砌环缝和管片衬砌纵缝处均设置有多道防水结构，包括多道凹槽以及填充物。
环形单元的管片包括一片管片封顶块、管片封顶块两侧的若干片管片邻接块以及其余部分的若干片管片标准块，环向拼接组成环形单元。
管片上均设置有用于与相邻管片相互拼接固定的管片螺栓孔，采用高强度螺栓相互连接。
环形单元采用纵向通缝拼装或错缝拼装的方式相连接。
管片衬砌环缝和管片衬砌纵缝处自外向内均设置有管片外侧结构凹槽、管片第一道防水措施凹槽、管片第二道防水措施凹槽和管片内侧嵌缝凹槽；
管片外侧结构凹槽、管片第一道防水措施凹槽和管片第二道防水措施凹槽位于接缝外端并依次相接，管片内侧嵌缝凹槽位于接缝内端。
管片衬砌环缝和管片衬砌纵缝自外向内均设置有管片外侧结构凹槽、管片第一道防水措施凹槽、管片第二道防水措施凹槽和管片内侧嵌缝凹槽；
管片外侧结构凹槽和管片第一道防水措施凹槽位于接缝外端并相接，管片第二道防水措施凹槽和管片内侧嵌缝凹槽位于接缝内端并相接。
管片外侧结构凹槽的相对接触面上设置有海绵橡胶条；
管片第一道防水措施凹槽内设置有多孔型三元乙丙橡胶弹性密封垫；
管片第二道防水措施凹槽的相对接触面上设置有遇水膨胀橡胶条；
管片内侧嵌缝凹槽内设置有嵌缝材料。
本发明具有以下优点：
1、通过适度局部调整管片的结构型式，增加多道防水措施，在不影响管片正常受力的前提下大幅提高了管片的防水性能，有效拟补了管片衬砌支护的薄弱环节；
2、各道防水措施于地面上先期设置于管片的相应位置，可实施，易实施，质量可保证；
3、管片上设两道或多道防水措施，每道措施的防护要点各有侧重，相互结合，互为拟补，整体组合的防水效果更佳；
4、根据管片结构尺寸及盾构（TBM）油缸顶推受力要求，在条件允许的情况下，可尽量将管片上预留安装止水带的凹槽放大，尽量安装较大尺寸的止水带，确保在实际施工中管片出现拼装误差的情况下，止水带仍然可有一定的有效接触面积，提高防水效果可靠性；
5、在常规管片防水的基础上通过对管片结构局部适当调整，增加若干道不同的防水措施，在所增投资额度不大的情况下可大幅提升管片隧道的防水效果和防水可靠性，有利于隧道的耐久性和长久运营安全，免除后期很多隧道堵漏水、综合整治、衬砌拆换等维护工作及费用，全寿命使用周期综合效益高。
附图说明
图1为管片衬砌环分块图。
图2为管片衬砌环平面展开图。
图3为剖面图（1）。
图4为剖面图（2）。
图5为剖面图（3）。
图6为多孔型三元乙丙橡胶弹性密封垫大样图。
图中：1-管片标准块，2-管片邻接块，3-管片封顶块，4-管片各分块对应角度，5-管片内径，6-管片外径，7-管片螺栓孔，8-管片衬砌环缝，9-管片衬砌纵缝，10-管片衬砌环宽度，11-管片外侧结构凹槽，12-管片第一道防水措施凹槽，13-管片第二道防水措施凹槽，14-管片环纵缝接触面，15-管片内侧嵌缝凹槽，16-海绵橡胶条，17-多孔型三元乙丙橡胶弹性密封垫，18-遇水膨胀橡胶条，19-传力衬垫，20-嵌缝材料，21-弹性密封垫内部中间孔洞，22-弹性密封垫内部边侧孔洞，23-弹性密封垫与管片接触面处孔洞。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明为采用管片衬砌支护的更为可靠有效的结构及防水方式，满足盾构或TBM法隧道的安全使用及长久运营要求，更好的提升管片隧道的防水效果，尤其可作为下穿水域隧道、高压富水隧道以及线路运营等级较高条件下隧道的结构及防水型式，更有利于隧道的安全运营，增强了隧道结构的可靠性和耐久性。
本发明涉及的一种盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构，包括沿隧道纵向依次拼接的多节环形单元，每节环形单元包括环状拼接的多块管片，形成环向的管片衬砌环缝8和纵向的管片衬砌纵缝9。环形单元的管片包括一片管片封顶块3、管片封顶块3两侧的若干片管片邻接块2以及其余部分的若干片管片标准块1，环向拼接组成环形单元。环形单元采用纵向通缝拼装或错缝拼装的方式相连接。管片上均设置有用于与相邻管片相互拼接固定的管片螺栓孔7，即手孔，通过高强度螺栓相互连接。
管片衬砌环缝8和管片衬砌纵缝9处设置有多道防水结构，包括多道凹槽以及填充物。参见图3～图5，管片衬砌环缝8和管片衬砌纵缝9处的结构形式包括两种：
图3中，管片衬砌环缝8和管片衬砌纵缝9自外向内均设置有管片外侧结构凹槽11、管片第一道防水措施凹槽12、管片第二道防水措施凹槽13和管片内侧嵌缝凹槽15。管片外侧结构凹槽11、管片第一道防水措施凹槽12和管片第二道防水措施凹槽13位于接缝外端并依次相接，管片内侧嵌缝凹槽15位于接缝内端。
图4中，管片衬砌环缝8和管片衬砌纵缝9自外向内均设置有管片外侧结构凹槽11、管片第一道防水措施凹槽12、管片第二道防水措施凹槽13和管片内侧嵌缝凹槽15。管片外侧结构凹槽11和管片第一道防水措施凹槽12位于接缝外端并相接，管片第二道防水措施凹槽13和管片内侧嵌缝凹槽15位于接缝内端并相接。
管片衬砌环缝8和管片衬砌纵缝9内均设置有多道填充物，为“海绵橡胶条+止水条+嵌缝”的组合防水模式，参见图5，管片外侧结构凹槽11的相对接触面上设置有海绵橡胶条16，管片第一道防水措施凹槽12内设置有多孔型三元乙丙橡胶弹性密封垫17，管片第二道防水措施凹槽13的相对接触面上设置有遇水膨胀橡胶条18，管片内侧嵌缝凹槽15内设置有嵌缝材料20，嵌缝材料20采用聚氨酯密封胶或聚合物水泥。多孔型弹性密封垫一般设在遇水膨胀橡胶条的外侧（靠近围岩侧），作为第一道管片防水措施；遇水膨胀橡胶条一般设在多孔型弹性密封垫的内侧（靠近洞内侧），作为第二道防水措施，对局部渗漏通过多孔型弹性密封垫的地下水做进一步封堵，形成管片防水的“双保险”。也可根据实际工程需要，结合管片结构尺寸及防水措施等参数，采用多道防水措施相互组合，防水层次也可相互调整，以此类推。
三元乙丙橡胶弹性密封垫为多孔型，即密封垫内部按不同的规律分布有不同样式的各类孔洞。根据使用要求，密封垫内部的孔洞样式有圆形、半圆形、三角形、椭圆形、方形、异形等，或采用各类孔洞样式的组合模式。密封垫具有一定的压缩率，并具有一定的硬度和弹性，受外力挤压后可适当压缩变形，使得接触面更加的柔性、均匀、密贴，其材料自身的耐久性和所应用结构的设计使用年限要相互匹配，同时在使用年限内还需具备一定的压缩应力保持率，以确保其始终具有一定的密贴接触力。多孔型三元乙丙橡胶弹性密封垫作为管片最主要的一道防水措施，其尺寸大小与管片本体尺寸有关，并根据管片结构上所预留的凹槽尺寸而定；对于多孔型三元乙丙橡胶弹性密封垫，不同的断面型式、不同的截面尺寸、不同的孔洞样式、不同的孔洞分布、不同的开孔比例以及不同的橡胶材质等均会对密封垫的防水性能造成一定的影响。
在不影响管片结构构造及螺栓孔设置，满足掘进油缸顶推管片受力要求的情况下，可尽量加大管片上预留止水带的凹槽尺寸，以备后期安装较大宽度尺寸的止水带或防水措施，确保管片在一定安装误差形成错位或错台等情况下，相邻管片的止水带之间仍然可有一定的有效接触面积，从而形成有效的防水。
本发明为隧道的一种支护结构，当隧道采用盾构或TBM工法施工时，后续衬砌可采用管片结构，于洞外提前预制，洞内拼装成型，属装配式衬砌结构，管片之间采用高强度螺栓连接，辅助相应的防水措施，一次支护成洞。管片采用工厂化预制，模具化流水生产，养护成型后运抵隧道现场进行拼装作业。管片为钢筋混凝土结构，也可为钢纤维混凝土管片、钢管片、铸铁管片及复合管片等。管片于洞内拼装前预先在地面上将所设的多道防水措施安装完毕，管片于洞内拼装后靠接缝处挤压各道防水措施来实现防水。
进行管片的预制生产并养护成型，在管片达到受力强度及使用要求后，安装好各道防水措施，并按比例抽样，对管片本体的各项受力性能、抗渗性能、管片接缝防水性能等进行相关检验，合格后方可用于现场拼装。管片于隧道内拼装成环，随着盾构向前掘进，推进油缸顶推在管片上施加反力，对管片形成挤压效应，管片环纵缝对齐压紧，并安装螺栓固紧形成整体，管片成洞的同时相互挤压环、纵向防水措施，形成最终的管片支护与防水体系，满足隧道结构安全及长久运营使用要求。
应用本发明后，管片拼装及防水效果均很好，隧道内几乎无任何渗漏点，目前最高已承受40～70m水头压力。随着具体工程中所采用的隧道断面尺寸、管片结构型式、管片相关参数、管片防水组合模式及周边地质条件等差异，其相关参数如：管片衬砌几何尺寸、管片衬砌分块型式、管片防水措施组合方式、管片结构预留凹槽型式及位置、多孔型三元乙丙橡胶弹性密封垫的几何尺寸、材质、内部孔洞样式及分布方式、管片螺栓孔及注浆孔位置等参数，均可根据实际工程需要，因地制宜，具体确定，或大或小、或多或少、或长或短、或强或弱。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构，其特征在于：
包括沿隧道纵向依次拼接的多节环形单元，每节环形单元包括环状拼接的多块管片，整体形成环向的管片衬砌环缝（8）和纵向的管片衬砌纵缝（9）；
管片衬砌环缝（8）和管片衬砌纵缝（9）处均设置有多道防水结构，包括多道凹槽以及填充物。
2.根据权利要求1所述的盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构，其特征在于：
环形单元的管片包括一片管片封顶块（3）、管片封顶块（3）两侧的若干片管片邻接块（2）以及其余部分的若干片管片标准块（1），环向拼接组成环形单元。
3.根据权利要求1所述的盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构，其特征在于：
管片上均设置有用于与相邻管片相互拼接固定的管片螺栓孔（7），采用高强度螺栓相互连接。
4.根据权利要求1所述的盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构，其特征在于：
环形单元采用纵向通缝拼装或错缝拼装的方式相连接。
5.根据权利要求1所述的盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构，其特征在于：
管片衬砌环缝（8）和管片衬砌纵缝（9）处自外向内均设置有管片外侧结构凹槽（11）、管片第一道防水措施凹槽（12）、管片第二道防水措施凹槽（13）和管片内侧嵌缝凹槽（15）；
管片外侧结构凹槽（11）、管片第一道防水措施凹槽（12）和管片第二道防水措施凹槽（13）位于接缝外端并依次相接，管片内侧嵌缝凹槽（15）位于接缝内端。
6.根据权利要求1所述的盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构，其特征在于：
管片衬砌环缝（8）和管片衬砌纵缝（9）自外向内均设置有管片外侧结构凹槽（11）、管片第一道防水措施凹槽（12）、管片第二道防水措施凹槽（13）和管片内侧嵌缝凹槽（15）；
管片外侧结构凹槽（11）和管片第一道防水措施凹槽（12）位于接缝外端并相接，管片第二道防水措施凹槽（13）和管片内侧嵌缝凹槽（15）位于接缝内端并相接。
7.根据权利要求5或6所述的盾构或TBM法隧道的多道防水管片结构，其特征在于：
管片外侧结构凹槽（11）的相对接触面上设置有海绵橡胶条（16）；
管片第一道防水措施凹槽（12）内设置有多孔型三元乙丙橡胶弹性密封垫（17）；
管片第二道防水措施凹槽（13）的相对接触面上设置有遇水膨胀橡胶条（18）；
管片内侧嵌缝凹槽（15）内设置有嵌缝材料（20）。
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