CN108316944A - 一种预制装配顶管防水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预制装配顶管防水系统，所述的系统包括多个顶管管节，所述的顶管管节包括多个分块预制装配式顶管管片，所述的顶管管片由混凝土制成且管片外侧边缘均设有预埋钢板，所述的顶管管节的一端预埋钢板上设有两道密封垫沟槽，所述的两道密封垫沟槽内分别放置密封圈，所述的顶管管节内部纵缝处的预埋钢板通过焊接连接。与现有技术相比，本发明具有针对分块预制装配式顶管保证环缝和纵缝密封效果，施工可行性和防水可靠性提升以及异形弹性密封垫圈方便管节插入等优点。
Description
技术领域
本发明涉及分块预制装配式顶管接缝防水系统，尤其是涉及一种预制装配顶管防水系统。
背景技术
传统的顶管工法往往适用于城市市政管线等小断面暗埋隧道的施工。为了缩短工期，顶管常常采用整体预制管节的形式，施工时利用顶进设备将各管节连接起来，顶管只需考虑各管节间的环缝防水。目前国内最常见的顶管接头防水措施主要是“F形”钢承口式接口，钢套环一端埋入混凝土管中，另一端与管节外弧面的槽口组成防水构造。此类“F形”钢承口式接口的防水机理如下：
1)管节接口以楔形橡胶垫圈作为首要的防水线，材料为氯丁橡胶或者三元乙丙橡胶。再用高强粘结剂粘结于钢套环管节端头的基面上。当顶管机接口插入时，橡胶止水圈收到钢套环的挤压，与钢套环紧密相贴，起到防水的作用。
2)同时考虑到钢套环和和混凝土温差收缩不一致，二者之间可能存在渗水通道，因此可在钢套环和混凝土接触面上设置兜绕成环的遇水膨胀橡胶条；另外可在两者空隙间填充低模量的聚氨酯密封胶，形成封闭防水体系。
近年来，随着分块预制装配技术在地下工程中的应用于普及，人们开始研究分块预制装配式顶管的可行性，尤其是异形断面(非圆形)。与传统整体预制管节的顶管不同，分块预制装配式顶管采用类似于盾构隧道管片的形式，由预制的小块管片先拼装成完整管节，然后管节之间通过设备压合在一起。正因如此在防水上不仅需要考虑管节间的环缝，同时增加了各管节内拼合纵缝的防水要求。如何同时解决两处的防水要求，同时形成完整的顶管接缝防水体系显得尤为重要。
对于大断面的分块预制装配式顶管，其分块数目往往比盾构管片少，则单块管片的尺寸相应较大。如若采用类似盾构管片一周黏贴密封垫的防水方法，由于超长空间分布的密封垫的存在，可能会导致施工安装过程中出现局部鼓胀或者角部挤出问题，将不利于整体防水。由此需要研发出一套新的防水体系，该体系能够解决上述的防水问题，同时应施工可行。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种预制装配顶管防水系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种预制装配顶管防水系统，所述的系统包括多个顶管管节，所述的顶管管节包括多个分块预制装配式混凝土管片，所述的分块预制装配式混凝土管片外侧边缘均设有预埋钢板，所述的顶管管节的一端预埋钢板上设有两道密封垫沟槽，所述的两道密封垫沟槽内分别放置密封圈，所述的顶管管节内部纵缝处的预埋钢板通过焊接连接。
优选地，所述的密封圈截面为由第一直角边、底边、第二直角边、半圆形边、第一连接边和弧形边依次连接构成的形状。
优选地，所述的密封圈材料为三元乙丙橡胶。
优选地，所述的两个相邻顶管管节的横向断面之间设置缓冲衬垫。
优选地，所述的两道密封圈之间的空隙填充低模量聚氨酯密封胶或树脂。
优选地，所述的顶管管节设置密封垫沟槽的一端设有用以向两道密封圈之间空隙填充低模量聚氨酯密封胶或树脂的注浆通道，所述的注浆通道出口位于两道密封垫沟槽之间，安装时，从注浆通道向两道密封圈之间的空隙注入低模量聚氨酯密封胶或树脂。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、双道密封圈，环缝密封效果好：设计了一种新的异形弹性密封垫，在顶管管节相接处形成了“F”型防水系统，双道异形密封垫不仅可以适应施工的错位变形，同时可以与辅助注浆一起达到管节环缝间的止水要求；
2、保证纵缝密封效果：钢板预埋焊接的方法解决分块装配式顶管管节内纵向接缝的防水要求，外设的钢板在接缝处焊接为一个整体，有效地阻挡了拼装接缝处的渗流通道，且施工可行；
3、异形弹性密封垫圈的特殊形状设置方便管节插入与考虑施工误差：由于密封圈尾部设有半圆形缺口，管节插入时，密封圈可以调整自身厚度以适应不同大小空隙，调整幅度较大，两条直角边嵌入密封垫沟槽内使得粘结更稳固；
4、施工可行性和防水可靠性提升：分块拼装式顶管隧道结构的综合防水体系，极大程度地减少了弹性密封垫的施工安装工作量，上述防水体系中的防水方法大部分工作均可在工厂内加工生产完毕，不占用过多的施工场地与周期，同时操作简单易行，分块预制装配式顶管便于运输和生产；
5、缓冲衬垫可以起到缓冲与保护顶管接头混凝土的作用。
附图说明
图1为本发明分块预制装配式顶管防水系统示意图一；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为图1中B处的局部放大图；
图4为本发明分块预制装配式顶管防水系统示意图二；
图5为图4中II-1处的截面示意图；
图6为图4中II-2处的截面示意图；
图7为异形弹性密封垫示意图；
图8为顶管管节纵缝与环缝示意图。
其中，1、预埋钢板，2、异形弹性止水密封垫，3、缓冲衬垫，4、注浆通道， 5、对接焊缝，6、密封垫沟槽，7、混凝土管片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
本发明目的在于提供一种方便可行的分块拼装式顶管综合防水系统，该体系能较好地解决顶管管节间与管节内接缝的止水要求，完成达到顶管隧道结构在长期使用下的防水能力。
一种预制装配顶管防水系统，适用分块预制装配式顶管接头纵缝和环缝的防水，采用焊接钢板以及弹性密封垫组合的形式构成顶管接头综合的防水体系。该装置包括管片外侧预埋钢板1、异形弹性止水密封垫2、缓冲衬垫3以及预留注浆通道4。异形弹性止水密封垫2设于顶管一侧接头预埋钢板的环向，设置两道。预埋的钢板在顶管拼装完毕后进行焊接，达到纵向对接接缝5(即纵缝)的防水闭合；同时两端顶管管节对接插入，挤压异形弹性止水密封垫2，在预埋注浆通道处压浆处理，从而达到环间接头的防水性能。
异形弹性止水密封垫2是由三元乙丙橡胶(EPDM)材料制成，具有耐腐蚀、耐老化、耐水热、耐电晕、电绝缘等稳定的工程特性，具有很强的耐久性与变形能力。异形弹性止水密封垫2可为楔形或者其它形状的一种。如图7所示，异形弹性止水密封垫2横截面为由第一直角边、底边、第二直角边、半圆形边、第一连接边和弧形边依次连接构成的形状。异形弹性止水密封垫2之间辅助注浆，作为防水的另一道防线。弹性止水密封垫可恢复变形，使得其能适应顶管接头的变形与施工误差。而分块预制装配式顶管纵缝间的焊接钢板可以将纵缝连成一体从而有效止水。管节间环缝与管节内纵缝示意图如图8所示，综合以上两点共同形成了一套分块拼装式顶管隧道结构的综合防水体系，极大程度地减少了弹性密封垫的施工安装工作量，具有施工可行性、防水可靠性等特点
图1、图2和图3所示为本发明涉及的一种分块预制装配式顶管防水体系综合示意图，图中为本发明防水体系的三维空间示意图以及两处局部放大区域特征。整个防水体系在结构上分为预埋钢板1与混凝土管片7两大部分，通过管节纵缝处钢板的焊接达到止水的目的。此外在管节端头的钢板上预开两道密封垫沟槽6以安装环装密封垫。
图5和图6所示为分块预制装配式顶管防水体系的剖面图，其中包括预埋钢板 1、异形弹性止水密封垫2、缓冲衬垫3以及注浆通道4。预埋钢板1并非整块包住顶管管片，仅在对接接缝5处焊接连接；异形弹性止水密封垫2压入已经开好的沟槽内；缓冲衬垫3可以起到缓冲与保护顶管接头混凝土的作用。顶管相邻两管节安装定位好之后，可通过注浆通道4在两道密封垫间注入浆液或者低模量聚氨酯密封胶等，起到封堵间隙的作用。
图7所示为异形弹性密封垫形状示意图，通过合理的形状设计，最大限度地将水平向的挤压转化成密封垫有效的竖向压缩，从而发挥其防水性能。
本发明的防水装置包括：顶管管节表面预埋钢板及焊接方法、异形弹性密封垫、缓冲衬垫以及预留注浆通道。顶管管节间的环缝防水采用传统的“F”型，由异形弹性密封垫挤压止水，辅以浆液充填；顶管管节内的纵缝则采用外埋的钢板焊接闭合止水。预埋钢板结构形式在顶管施工之前由工厂连同管片一起加工生产。
安装步骤：首先拼装一环顶管管节，确定无误后焊接管片间纵缝处的钢板。在拼装好的顶管管节的一端预留好的密封垫沟槽内，安装固定异形弹性密封垫。通过顶管机械设备顶进插入下一管节，挤压导致弹性密封垫压缩变形，形成一定防水能力。在顶管管节接头的预留注浆通道内注入浆液或者低模量的聚氨酯密封胶，在双道密封垫间起到填充止水的作用。
通过室内试验以及数值模拟等研究手段，可准确地预测及判断本发明体系的防水能力。考虑不同的异形弹性密封垫的断面设计与优化，可进行室内试验对比，有效指导实际工程。
本发明中，所述的外侧预埋钢板的结构形式与布置范围见附图1和图4中所示，所述的异形弹性密封垫的形式详见附图7所示，所述的焊接范围见附图2和图3 所示。
本发明一种适用于分块预制装配式顶管接缝的综合防水体系，重点包括顶管管节纵缝和环缝的防水。通过焊接预埋钢板实现分块预制装配式顶管管节纵缝的防水能力；通过压缩双道异形弹性密封垫接缝与注浆封堵实现顶管管节环缝的防水；通过上述两种手段实现分块预制装配式顶管接头的综合防水。为了方便管节插入与考虑施工误差，弹性密封垫的形状需做特殊处理，可采用楔形、球形等形式。目前对于分块预制装配式顶管的研究较少，其综合防水体系不够成熟。本发明可作为一种预制装配顶管的防水体系，保证其防水能力及使用耐久性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种预制装配顶管防水系统，其特征在于，所述的系统包括多个顶管管节，所述的顶管管节包括多个分块预制装配式混凝土管片，所述的分块预制装配式混凝土管片外侧边缘均设有预埋钢板(1)，所述的顶管管节的一端预埋钢板上设有两道密封垫沟槽(6)，所述的两道密封垫沟槽内分别放置密封圈，所述的顶管管节内部纵缝处的预埋钢板通过焊接连接。
2.根据权利要求1所述的一种预制装配顶管防水系统，其特征在于，所述的密封圈截面为由第一直角边、底边、第二直角边、半圆形边、第一连接边和弧形边依次连接构成的形状。
3.根据权利要求1所述的一种预制装配顶管防水系统，其特征在于，所述的密封圈材料为三元乙丙橡胶。
4.根据权利要求1所述的一种预制装配顶管防水系统，其特征在于，所述的两个相邻顶管管节的横向断面之间设置缓冲衬垫(3)。
5.根据权利要求1所述的一种预制装配顶管防水系统，其特征在于，所述的两道密封圈之间的空隙填充低模量聚氨酯密封胶或树脂。
6.根据权利要求5所述的一种预制装配顶管防水系统，其特征在于，所述的顶管管节设置密封垫沟槽的一端设有用以向两道密封圈之间空隙填充低模量聚氨酯密封胶或树脂的注浆通道(4)，所述的注浆通道出口位于两道密封垫沟槽之间，安装时，从注浆通道向两道密封圈之间的空隙注入低模量聚氨酯密封胶或树脂。
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