CN108105250A - 一种适用于盾构隧道螺栓接头的复合垫圈 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于盾构隧道螺栓接头的复合垫圈，包括与螺栓头相接触的第一弹性垫圈、钢垫圈和与管片相接触的第二弹性垫圈；所述第一弹性垫圈、钢垫圈和第二弹性垫圈同轴依次相叠合，在第二弹性垫圈外部还设置有钢套筒。本发明垫圈利用两个独立的弹性垫圈，可以有效降低盾构隧道接头刚度，并且拥有良好的卸载回弹能力；可以避免螺栓安装过程止水垫圈的损坏，同时将水膨胀密封材料的变形约束在套筒内部，采用体积膨胀率较小的材料即可达到理想的防水效果，从而保证螺栓接头的防水性能和耐久性。

Description

一种适用于盾构隧道螺栓接头的复合垫圈
技术领域
本发明属于隧道工程领域，具体涉及一种适用于盾构隧道螺栓接头的具有抗减震及防水功能的复合垫圈。
背景技术
随着中国地下工程的发展，盾构隧道在城市地铁、城市综合管廊、煤矿斜井以及相关工程中的应用越来越广泛。盾构隧道是由管片及连接螺栓组成的装配式结构，本身具有离散性，其受力变形特征十分复杂。
同时，我国处于环太平洋及亚欧板块地震带上，国内高烈度地震频发。在地震荷载作用下，拥有大量柔性接头的盾构隧道可以通过自身弯曲变形吸收地震动带来的隧道周边地基的位移，减少管片的内力，这就要求螺栓接头具有较小的刚度以适应变形。地震时，盾构隧道环间接头会承受拉压循环荷载。当环间接头受拉时，连接螺栓联合局部混凝土受力，接头张开；当环间接头受压时，连接螺栓基本不受力，管片承受荷载，接头压紧。一般而言，当接头受压时，因混凝土抗压强度较大，接头较为安全；当接头受拉时，则可能发生螺栓拉断、接头局部混凝土开裂等一系列破坏形态。因此，可以采用弹性垫圈代替传统的钢制垫圈用于接头螺栓的组装，以减小接头的刚度，避免螺栓发生破坏。弹性垫圈应该满足以下要求：(1)具有对于初始紧固力的合适刚度；(2)对于后期的荷载展示出弹性特性，可以减弱接头刚度；(3)有回弹力；(4)即使在高应力下也不会破坏；(5)应力松弛小。现有单一材料弹性垫圈很难同时兼顾以上力学性能，因此，有必要根据接头刚度、规定的地震时张开量、初始紧固力等设计性能更佳的垫圈。
另外，由于盾构隧道是一种装配式结构，其接头位置也是隧道防水的薄弱部位。在铁路隧道及公路隧道中，主要使用螺栓密封来进行螺栓孔的防水处理。所使用的密封用垫圈有O型环或遇水膨胀橡胶垫圈。但这两种螺栓密封形式都存在缺点，一方面，若橡胶使用量较大，在螺栓拧紧过程中，O型环和遇水膨胀橡胶可能被挤出，使拧紧性能降低；另一方面，若考虑拧紧性能，将使用量设得偏小时，则有由于偏心而降低防水性能的可能性；而且在安装时可能会损坏橡胶。一般水膨胀密封材料的防水性能优于氯丁二烯或EPDM橡胶制成的O型环，但对于水膨胀密封材料，不仅要确保防水性能，还应具备耐久性。不同的材料其体积膨胀率从150％～600％不等，但往往体积膨胀率大的密封材料耐久性会下降，这使得现有材料的性能无法充分发挥，从而无法使螺栓接头的防水性与耐久性达到最佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于盾构隧道螺栓接头的复合垫圈，采用复合型弹性垫圈，具有抗减震及防水功能性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种适用于盾构隧道螺栓接头的复合垫圈，包括与螺栓头相接触的第一弹性垫圈、钢垫圈和与管片相接触的第二弹性垫圈；所述第一弹性垫圈、钢垫圈和第二弹性垫圈同轴依次相叠合，在第二弹性垫圈外部还设置有钢套筒。
进一步的，所述第一弹性垫圈和第二弹性垫圈采用相同材质或不同材质。
进一步的，所述第一弹性垫圈、钢垫圈和第二弹性垫圈的内/外直径都相等。
进一步的，所述钢垫圈和第二弹性垫圈的厚度相等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
针对接头的抗减震性能：1)本发明垫圈可以降低盾构隧道环间接头刚度，增强盾构隧道纵向变形性能，提高盾构隧道追随地层变形的能力。2)两个弹性垫圈可以采用不同的材料，尽可能满足其各方面力学性能。3)第一弹性垫圈可依照实际工程调节厚度，控制接头区域的最大张开量。4)第二弹性垫圈、钢套筒与钢垫圈的组合，既可以增强接头的变形性能，同时钢套筒和钢垫圈的存在，又使得第二弹性垫圈处于三向受压状态，对其变形具有约束作用，且可以很好的增加地震荷载卸载后的接头回弹。
针对接头的防水性能：1)本发明可以极大改善螺栓的拧紧性能及防水性能，安装时可以避免第二弹性垫圈(防水垫圈)受到损坏。2)第二弹性垫圈、钢套筒与钢垫圈的组合，在第二弹性垫圈遇水膨胀后，钢套筒和钢垫圈对其变形具有约束作用，可以使膨胀变形集中在套筒内部，由此采用体积膨胀率较小的密封材料即可达到较好的防水效果。
附图说明
图1为本发明复合垫圈及螺栓整体示意图。
图2为本发明复合垫圈结构示意图。
图3为本发明复合垫圈的俯视图。
图4为本发明复合垫圈的底视图。
图5为本发明复合垫圈的剖面图。
图中：1-螺栓头；2-螺栓套筒；3-连接螺栓；4-第一弹性垫圈；5-钢垫圈；6-第二弹性垫圈；7-钢套筒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图5所示，本发明复合垫圈在使用时，将两个弹性垫圈和钢垫圈5按照“第一弹性垫圈4—钢垫圈5—第二弹性垫圈6”的形式叠合。将钢套筒7套入第二弹性垫圈6上，使得二者上下边缘平齐。将连接螺栓3穿入“第一弹性垫圈4—钢垫圈5—第二弹性垫圈6—钢套筒7”结构，其中，第一弹性垫圈4邻近螺栓头1位置。将连接螺栓3连同上述结构连接至盾构隧道管片。
地震来临时，盾构隧道环间接头张开，连接螺栓3受拉收紧。此时，第一弹性垫圈4和第二弹性垫圈6受压变形。第一弹性垫圈4处于单向约束状态，其厚度可依据实际工程调整，变形良好，可以有效地增强接头的变形能力，起到良好的减震性能，而且可以设置不同的厚度控制接头的允许最大张开量。第二弹性垫圈6受到钢套筒7的约束，处于三向约束状态，具有较好的变形性能及良好的卸载回弹效果。
有水渗入到接头位置时，第二弹性垫圈6遇水膨胀，钢套筒7和钢垫圈5将第二弹性垫圈6的变形约束在其内部，从而使膨胀后的第二弹性垫圈6压紧接头处的缝隙，使其具有良好防水性能。
总的来说，一方面，本发明垫圈利用两个独立的弹性垫圈，可以有效降低盾构隧道接头刚度，并且拥有良好的卸载回弹能力；另一方面，本发明垫圈可以避免螺栓安装过程止水垫圈的损坏，同时将水膨胀密封材料的变形约束在钢套筒7内部，采用体积膨胀率较小的材料即可达到理想的防水效果，从而保证螺栓头1的防水性能和耐久性。

Claims (4)

1.一种适用于盾构隧道螺栓接头的复合垫圈，其特征在于，包括与螺栓头(1)相接触的第一弹性垫圈(4)、钢垫圈(5)和与管片相接触的第二弹性垫圈(6)；所述第一弹性垫圈(4)、钢垫圈(5)和第二弹性垫圈(6)同轴依次相叠合，在第二弹性垫圈(6)外部还设置有钢套筒(7)。
2.如权利要求1所述的一种适用于盾构隧道螺栓接头的复合垫圈，其特征在于，所述第一弹性垫圈(4)和第二弹性垫圈(6)采用相同材质或不同材质。
3.如权利要求1所述的一种适用于盾构隧道螺栓接头的复合垫圈，其特征在于，所述第一弹性垫圈(4)、钢垫圈(5)和第二弹性垫圈(6)的内/外直径都相等。
4.如权利要求1所述的一种适用于盾构隧道螺栓接头的复合垫圈，其特征在于，所述钢垫圈(5)和第二弹性垫圈(6)的厚度相等。
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