CN108252728A - 一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫，其特征在于：该防水弹性密封垫包括硅泡沫内芯，以及包裹于硅泡沫内芯外的三元乙丙橡胶外胎。使用时，两片弹性密封垫镜像对称分别粘贴于两相邻管片的防水嵌槽内，管片拼接后挤压密封垫，使硅泡沫内芯发生压缩、产生接触应力，从而使三元乙丙橡胶相互贴合、挤压，发挥防水密封作用。与现有工程技术领域常用的单一组分三元乙丙通孔橡胶密封垫相比，增设硅泡沫内芯的防水密封垫具有接触应力均匀、贴合紧密且长期荷载保持能力和较强的弹性恢复能力等优势，能有效减小防水密封垫长期压力下的应力松弛现象，对于盾构隧道长期防水性能具有重要价值。

Description

一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫
技术领域
本发明属于盾构隧道工程领域，尤其是涉及一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫。
背景技术
近年来，随着社会经济和城市化进程的快速发展，盾构隧道技术已成为我国重大交通等基础设施建设中不可或缺的关键技术。盾构法隧道由于其分块拼接的衬砌结构特点，管片接缝防水对隧道正常使用、周围环境安全至关重要。
目前工程技术领域，管片接缝防水多采用单一组分的三元乙丙橡胶（内开通孔）密封垫或顶部搭接遇水膨胀橡胶的三元乙丙橡胶（内开通孔）密封垫。其防水机理可阐述为：三元乙丙橡胶自身为不可压缩的弹性材料，在管片拼接时其内部设置的数个通孔发生压缩、坍塌，依靠三元乙丙橡胶回弹性能产生接触应力以抵抗水压力，起到防水作用。
这种密封垫缺点在于：
1. 接触应力不均匀。
2. 局部贴合不紧密，发生易翘起。
3. 内部开孔处发生应力集中，易导致三元乙丙橡胶撕裂破坏。
4. 密封垫在长期受压应力作用下，易发生应力松弛现象，塌孔后橡胶恢复变形能力不足，从而使密封垫防水能力下降。
因此，如何克服传统密封衬垫的上述缺点，确保盾构隧道的短期和长期防水性能，在盾构隧道防水领域十分重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫，该弹性密封垫在两侧管片压力作用下，接触应力均匀，贴合紧密，不产生应力集中，具有长期荷载保持能力和较强的弹性恢复能力等优势，能有效减小防水密封垫长期压力下的应力松弛现象。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫，其特征在于：该防水弹性密封垫包括硅泡沫内芯，以及包裹于硅泡沫内芯外的三元乙丙橡胶外胎。
进一步地，将两片所述弹性密封垫镜像对称分别粘贴于两相邻管片的防水嵌槽内，所述管片拼接后挤压所述密封垫，使所述硅泡沫内芯发生压缩、产生接触应力，从而使所述三元乙丙橡胶外胎相互贴合、挤压，发挥防水密封作用。
进一步地，所述三元乙丙橡胶外胎厚度为3~6mm。
进一步地，所述硅泡沫内芯采用硅泡沫多孔超弹性橡胶材料，其密度为0.45~0.55g/cm3，孔隙率40%~90%，长期压缩应力松弛率＜20%。
进一步地，三元乙丙橡胶外胎的顶面封闭或设有开口，使之符合不同的防水和拼装精度要求。
进一步地，所述三元乙丙橡胶外胎包括平行设置的底面和顶面，底面的一侧通过第一弧形侧面和第一斜侧面与顶面的一侧连接，底面的另一侧通过第二弧形侧面和第二斜侧面与顶面的另一侧连接，其中第一弧形侧面、第一斜侧面和第二弧形侧面、第二斜侧面对称设置，第一弧形侧面和第二弧形侧面均为内凹弧形，底面稍窄于顶面宽度，第一弧形侧面和第一斜侧面之间形成120~150度夹角，第一斜侧面和顶面之间形成120~130度夹角，硅泡沫内芯的外形与三元乙丙橡胶外胎形成的内腔相配合。
弹性密封垫设置于防水嵌槽内，在未受压状态下，其第一斜侧面和第二斜侧面与防水嵌槽侧面之间留有一定空隙，弧形侧面与斜侧面交点低于防水槽表面1~3mm，弧形侧面的80%~95%露出防水嵌槽外，在受压状态下，弹性密封垫边缘产生压应力而不产生拉应力。
需要说明的是，硅泡沫材料是一种韧性多孔（微孔）的超弹性高分子材料，是由硅橡胶经特殊的发泡工艺制成。由于硅泡沫结构特殊性，使其保留了硅橡胶的优异性能外，还具有质轻、密封、高压缩和高回弹等特性，因而在汽车、高精仪器和武器装备领域应用广泛，但目前尚未应用于盾构隧道领域。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、接触应力均匀，贴合紧密，不产生应力集中，确保防水橡胶完整性。由于硅泡沫材料是一种经发泡工艺生成的韧性多孔（微孔）的超弹性高分子材料，其均匀性、压缩回弹性较好，因而在受压后能够产生均匀的接触应力，不发生局部翘曲和应力集中，与管片贴合紧密，具有较好的防水性能。
2、具有长期荷载保持能力和较强的弹性恢复能力等优势，能有效减小防水密封垫长期压力下的应力松弛现象。
附图说明
图1为本发明的一种实施例的结构示意图。
图2为本发明另一种实施例的结构示意图。
图3为本发明再一实施例的结构示意图。
图4为本发明在管片拼合使用时的密封垫压缩前的示意图。
图5为本发明在管片拼合使用时的密封垫压缩后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：
如图所示，一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫1，由三元乙丙橡胶外胎2和硅泡沫内芯3组成。
如图所示，根据本发明的优选实施例，所述三元乙丙橡胶外胎2包括平行设置的底面和顶面，底面的一侧通过第一斜侧面和第一弧形侧面与顶面的一侧连接，底面的另一侧通过第二斜侧面和第二弧形侧面与顶面的另一侧连接，其中第一弧形侧面、第一斜侧面和第二弧形侧面、第二斜侧面对称设置，第一弧形侧面和第二弧形侧面均为内凹弧形，顶面稍窄于底面宽度，第一弧形侧面和第一斜侧面之间形成120~150度夹角，第一斜侧面和底面之间形成120~130度夹角，硅泡沫内芯3的外形与三元乙丙橡胶外胎2形成的内腔相配合。防水密封垫外形采用内凹弧形配合斜面过渡，能使得密封垫在受管片挤压时边缘产生压应力而不产生张拉应力，在受地下水作用时耐久性更好。
图1所示为型（三元乙丙闭合全包式）防水弹性密封垫。即，三元乙丙橡胶外胎2为闭合型的外胎。图2所示为型（三元乙丙C型开口全包式）防水弹性密封垫。即，三元乙丙橡胶外胎2的底面设有一开口，所述开口一般为1~3mm，图3所示为型（三元乙丙C型开口半包式）防水弹性密封垫。即，三元乙丙橡胶外胎2的底面设有开口，所述开口一般为5~20mm。其中，型防水密封垫适用于隧道防水要求高，或地下水丰富、水压大，或管片拼装条件较差、拼装精度较低的条件；型防水密封垫适用于隧道防水要求较高，地下水较为丰富、水压较大，或管片拼装条件较好、拼装精度较好条件；型防水密封垫适用于隧道防水要求不高，地下水较少、水压低，或管片拼装条件好、拼装精度高的条件。
管片4设有防水嵌槽5，该防水嵌槽5截面为梯形状，弹性密封垫的三元乙丙橡胶外胎2的底面朝内设置于防水嵌槽内，且其斜侧面与防水嵌槽侧面之间留有一定空隙，弧形侧面与斜侧面交点低于防水槽表面1~3mm，弧形侧面的80%~95%露出防水嵌槽5外。使用时，将两片所述弹性密封垫1镜像对称分别粘贴于两相邻管片4的防水嵌槽5内，所述管片4拼接后挤压所述密封垫1，使所述硅泡沫内芯3发生压缩、产生接触应力，从而使所述三元乙丙橡胶外胎2相互贴合、挤压，发挥防水密封作用。
采用本发明的盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫，在受压后能够产生均匀的接触应力，不发生局部翘曲和应力集中，与管片贴合紧密，具有较好的防水性能。在长期压应力作用下，具有荷载保持能力和较强的弹性恢复能力等优势，能有效减小防水密封垫长期压力下的应力松弛现象，可充分保证管片接缝防水耐久性满足隧道运营要求。
本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫，其特征在于：该防水弹性密封垫包括硅泡沫内芯，以及包裹于硅泡沫内芯外的三元乙丙橡胶外胎。
2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫，其特征在于：将两片所述弹性密封垫镜像对称分别粘贴于两相邻管片的防水嵌槽内，所述管片拼接后挤压所述密封垫，使所述硅泡沫内芯发生压缩、产生接触应力，从而使所述三元乙丙橡胶外胎相互贴合、挤压，发挥防水密封作用。
3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫，其特征在于：所述三元乙丙橡胶外胎厚度为3~6mm。
4.根据权利要求1所述的一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫，其特征在于：所述硅泡沫多孔超弹性橡胶材料，其密度为0.45~0.55g/cm3，孔隙率40%~90%，长期压缩应力松弛率＜20%。
5.根据权利要求1所述的一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫，其特征在于：所述三元乙丙橡胶外胎包括平行设置的底面和顶面，底面的一侧通过第一弧形侧面和第一斜侧面与顶面的一侧连接，底面的另一侧通过第二弧形侧面和第二斜侧面与顶面的另一侧连接，其中第一弧形侧面、第一斜侧面和第二弧形侧面、第二斜侧面对称设置，第一弧形侧面和第二弧形侧面均为内凹弧形，底面稍窄于顶面宽度，第一弧形侧面和第一斜侧面之间形成120~150度夹角，第一斜侧面和顶面之间形成120~130度夹角，硅泡沫内芯的外形与三元乙丙橡胶外胎形成的内腔相配合。
6.根据权利要求5所述的一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫，其特征在于：三元乙丙橡胶外胎的顶面封闭或设有开口。
7.根据权利要求5所述的一种盾构隧道管片接缝防水弹性密封垫，其特征在于：弹性密封垫设置于防水嵌槽内，在未受压状态下，其第一斜侧面和第二斜侧面与防水嵌槽侧面之间留有一定空隙，弧形侧面与斜侧面交点低于防水槽表面1~3mm，弧形侧面的80%~95%露出防水嵌槽外，在受压状态下，弹性密封垫边缘产生压应力而不产生拉应力。
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