CN117432008A - 适应大变形的悬浮隧道管节接头结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，属于悬浮隧道连接技术领域。包括第一止水结构、第二止水结构、第一层变形控制结构和第二层变形控制结构，其中第二止水结构设置在相邻的管节连接处一侧，第一止水结构、第一层变形控制结构和第二层变形控制结构设置在相邻的管节连接处之间。第二止水结构还通过将其环绕压紧在管节上的套箍和第一螺栓进行固定，第一层变形控制结构和第二层变形控制结构外侧分别包裹着保护套，保护套通过第二螺栓固定在相邻的管节上，还在第一层变形控制结构、第二层变形控制结构和保护套之间设置有填充垫层。本发明的接头结构整体采用柔性材质，在保证止水密封效果的同时，还可适应管节间的较大变形。

Description

适应大变形的悬浮隧道管节接头结构

技术领域

本发明属于悬浮隧道连接技术领域，涉及一种适应大变形的悬浮隧道管节接头结构。

背景技术

悬浮隧道一般由悬浮在水中一定深度的用于满足交通功能要求的管状结构、防止过大位移的水上或水下定位系统、管段间接头以及和两岸相连的驳岸结构组成。管节接头是悬浮隧道结构体系的重要组成部分，其结构特点很大程度上影响悬浮隧道结构体系的力学行为，而施工工艺又决定了管段接头往往是悬浮隧道结构体系的薄弱环节；另一方面，接头结构是悬浮隧道防水性能的薄弱处，接头防水在悬浮隧道防水体系中的地位不言而喻。

悬浮隧道的管节接头形式常见的有沉管隧道、超大型海上浮式结构(VLFS)。然而，无论是沉管隧道还是VLFS，与悬浮隧道的结构形式、尺度及工作环境仍存在较大差异，其连接构件型式仅可为悬浮隧道管节接头设计提供参考，无法直接满足于悬浮隧道的功能需求。

现有悬浮隧道接头结构专利均以限制位移大小的刚性接头为主要设计思路，而悬浮隧道长期漂浮于长周期波浪荷载的作用环境下，若遇到极端波浪环境接头处会随管体位移而发生较大变形。现有专利的接头结构均不能满足在管节发生大变形时仍能保持接头的正常服役性能。因此，有必要提出一种更为柔性的、能够适应管节大变形从而在极端波浪环境下也能保证接头结构不破坏、不漏水。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，通过柔性的接头结构确保管节在极端波浪环境下不破坏、不漏水。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，包括同轴连接的两个管节，所述管节间通过接头结构固定连接，所述接头结构通过柔性的连接方式连接所述管节；所述接头结构包括设置在所述管节相连接部位之间的第一止水结构，所述第一止水结构随所述管节间的变形伸长或压缩。

可选的，所述接头结构还包括设置在所述管节相连接部位一侧的第二止水结构，所述第二止水结构为环形止水带，采用高性能橡胶材料，其截面的两边为平展的贴合段，中间为褶皱段，两边的所述贴合段分别紧贴相邻的所述管节。

可选的，所述贴合段上远离所述管节的一侧套设有环形套箍，以防止外侧水从第二止水结构的缝隙处渗入管节内部，套箍材质为不锈钢钢板，具有一定延展性，方便安装；且套箍的表面涂覆超厚膜环氧防腐涂料，以防止海水和海洋微生物的腐蚀。

可选的，所述套箍与所述第二止水结构通过第一螺栓固定在所述管节上。所述套箍上开设有若干个与第一螺栓相配合的螺栓孔，螺栓孔遵循对称原则沿套箍的周向设置有两排；螺栓孔上设置有防水螺栓或其他防水措施，以防止海水从螺栓孔处渗漏。第一螺栓为高强度螺栓，以达到更牢固的固定效果。

可选的，所述第一螺栓和所述套箍之间设置有法兰垫片，安装在第一螺栓与套箍之间，使第一螺栓与套箍连接更加稳固，法兰垫片和螺栓的裸露部分均涂覆有聚氨酯防腐涂料，以抵御海水和海洋微生物的腐蚀。

可选的，所述第一止水结构为环形止水带，采用较为柔软的橡胶材质，其截面的两端分别与相邻的所述管节固定连接，中部有褶皱区。当管节之间发生错动时，第二止水带中部的褶皱区可以随管节间的变形随之伸长或压缩，保证了管节间的发生变形时的止水密封效果。

可选的，所述接头结构还包括第一层变形控制结构、第二层变形控制结构，为环形弹簧，采用高碳合金钢材料所制成的特种弹簧，分别环绕设置在所述第二止水带的两侧。弹簧的表面涂覆超厚膜环氧防腐涂料，以抵御海水和海洋微生物的腐蚀。第一层变形控制结构、第二层变形控制结构具有一定的刚性和优秀的柔性，能够满足管节间的多种变形情况。

可选的，所述第一层变形控制结构和所述第二层变形控制结构的外侧分别包裹设置有保护套，采用防水防腐的橡胶材料，可以避免当第二止水结构失效发生漏水时，内部弹簧受到海水的腐蚀和破坏。

可选的，所述保护套与所述第一层变形控制结构和所述第二层变形控制结构之间设置有填充垫层。填充垫层的抗形变能力较强，且具有一定防水性，对内部变形控制结构不仅起到保护作用，还可以吸收外界的一部分动能，起到缓冲作用。

可选的，所述保护套、所述第一止水结构分别通过第二螺栓与所述管节固定连接。

本发明的有益效果在于：

(1)第一层变形控制结构和第二层变形控制结构使用高碳合金钢材料所制成的特种弹簧作为受力构件，特种弹簧首先具有一定的刚性可以抵抗小程度的振动和相对位移变形；在管节发生大变形时则体现出优秀的柔性，可以跟随管节发生变形；特种弹簧还具有自复位能力，在外界荷载卸载之后能够将结构恢复原状。

(2)填充垫层一方面可以帮助特种弹簧吸收一部分的动能，另一方面可以充当弹簧的保护材料避免遇到冲击等突发情况时弹簧受损而造成结构失效。

(3)采用第二止水结构和第一止水结构的双层多向止水措施，当接头结构发生大变形时在径向与轴向上也均能保证良好的防水效果。

(4)接头结构相关构造均采用多种防海水腐蚀、防微生物腐蚀措施，保证结构在海域环境下的长期服役健康，不受海水、微生物的侵蚀。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为悬浮隧道接头结构剖面图；

图2为悬浮隧道接头结构三维剖面示意图。

附图标记：

1管节，2第二止水结构，3套箍，4第一螺栓，5第一层变形控制结构，6第二层变形控制结构，7保护套，8填充垫层，9第二螺栓，10第一止水结构。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图2，为一种适应大变形的悬浮隧道管节1接头结构，设置在悬浮隧道相邻的管节1连接处，接头结构通过柔性的连接方式连接相邻的管节。包括设置在管节1连接处一侧的第二止水结构2，和沿从靠近第二止水结构2到远离第二止水结构2的方向依次设置在管节1连接处之间的第一层变形控制结构5、第一止水结构10和第二层变形控制结构6。第一止水结构10和第二止水结构2为柔性结构，第一层变形控制结构5和第二层变形控制结构6为弹性结构。

管节1是悬浮隧道结构的最小组成部件，呈空心圆柱体状，在岸上或干坞内预制而成。管节1之间通过接头结构进行连接，连接工作在水下完成。各横截面上管节1的直径及管壁厚度保持一致。

第一止水结构10设置在第一层变形控制结构5、第二层变形控制结构6之间，采用较为柔软的橡胶材质，且在第一止水结构10的中部设置有褶皱区，当管节1之间发生错动时，可以随管节1间的变形随之伸长或压缩，保证了管节1间的发生变形时的止水密封效果。第一止水结构10靠近两侧管节1的部分通过第二螺栓9进行固定。

第二止水结构2为一种高性能橡胶材料，呈环形，其截面由两边平展的贴合段和中间可伸缩的褶皱段组成。其中两边的贴合段紧贴悬浮隧道管节1壁外侧，且分别通过两条环形套箍3环绕包裹住第二止水结构2的贴合段进行固定，以防止外侧水从第二止水结构2的缝隙处渗入管节1内部；贴合段与管壁相接触的部分还存在三条三角形环形凸起，套箍3压实后三角形凸起尖端与管节1接触发生压缩变形，保证止水结构的贴合段贴合紧密，不与管节1产生缝隙。套箍3上还设置有若干个第一螺栓4，第一螺栓4分别贯穿套箍3和第二止水结构2的贴合段后将其固定在管节1壁外侧。第二止水结构2的中间褶皱段具有较好的延展性和强度，可以在水下几十米的水压作用下保持不漏水，且在左右两侧管节1发生错动、张开等大变形的时候，褶皱段也随之张开错动，可以避免止水带发生破坏而造成漏水的情况出现。

套箍3为环形不锈钢钢板，具有一定延展性，方便安装；且套箍3的表面涂覆超厚膜环氧防腐涂料，以防止海水和海洋微生物的腐蚀。套箍3均匀地压紧第二止水结构2的贴合部分，防止外侧水渗漏；套箍3上还开设有若干个螺栓孔，螺栓孔遵循对称原则沿套箍3的周向设置有两排，用于第一螺栓4的安装，螺栓孔设置有防水螺栓或采用其他防水措施，以防止海水从螺栓孔处渗漏。

第一螺栓4为高强度螺栓，用于将套箍3和第二止水结构2固定在管节1上。还配套设置有法兰垫片，安装在第一螺栓4与套箍3之间，使第一螺栓4与套箍3连接更加稳固，法兰垫片和螺栓的裸露部分均涂覆有聚氨酯防腐涂料，以抵御海水和海洋微生物的腐蚀。

第一层变形控制结构5和第二层变形控制结构6均为高碳合金钢材料所制成的特种弹簧，环绕设置在相邻的管节1连接处之间，弹簧的表面涂覆超厚膜环氧防腐涂料，以抵御海水和海洋微生物的腐蚀；变形控制结构能够给悬浮隧道结构提供抗弯、抗扭以及抗剪的作用，且具备自复位能力，当外界荷载卸载后能自行恢复原状，其中第一层变形控制结构5和第二层变形控制结构6分别通过保护套7将其包裹住。

保护套7沿周向分别包裹在第一层变形控制结构5和第二层变形控制结构6的外侧，采用防水防腐的橡胶材料，可以避免当第二止水结构2失效发生漏水时，第一层变形控制结构5、第二层变形控制结构6与海水接触从而造成腐蚀、破坏。保护套7靠近两侧管节1的部分分别设置有第二螺栓9，将保护套7固定在两侧的管节1上。

保护套7与第一层变形控制结构5、第二层变形控制结构6之间还设置有填充垫层8，采用形变能力较强，且具有一定防水性的材质，如高性能橡胶颗粒、粘度较好的润滑油等。填充垫层8与保护套7、第一层变形控制结构5、第二层变形控制结构6形成整体，起到整体协同的作用，当受外力影响时，还可以起到对第一层变形控制结构5、第二层变形控制结构6的缓冲保护作用。

本发明使用高碳合金钢材料所制成的特种弹簧作为受力构件，具有一定的刚性和优秀的柔性，及自复位能力，抵御外界大大小小的形变，且仍能在卸载后恢复原状；特种弹簧的外侧填充有填充垫层8，填充垫层8外侧包裹保护套7，保证了整体的协同性，且起到了缓冲外界荷载、吸收动能的作用第二止水结构2、第一止水结构10的双层止水措施，保证了良好的防水效果。

另外，本发明整体为柔性的接头结构，能够抵御较大的形变，保证结构安全的同时，仍能实现接头的止水效果，具有较为广阔的应用前景。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，包括同轴连接的两个管节(1)，所述管节(1)间通过接头结构固定连接，其特征在于：所述接头结构通过柔性的连接方式连接所述管节(1)；所述接头结构包括设置在所述管节(1)相连接部位之间的第一止水结构(10)，所述第一止水结构(10)随所述管节(1)间的变形伸长或压缩。

2.根据权利要求1所述的适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，其特征在于：所述接头结构还包括设置在所述管节(1)相连接部位一侧的第二止水结构(2)，所述第二止水结构(2)为环形止水带，其截面的两边为平展的贴合段，中间为褶皱段，两边的所述贴合段分别紧贴相邻的所述管节(1)。

3.根据权利要求2所述的适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，其特征在于：所述贴合段上远离所述管节(1)的一侧套设有环形套箍(3)。

4.根据权利要求3所述的适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，其特征在于：所述套箍(3)与所述第二止水结构(2)通过第一螺栓(4)固定在所述管节(1)上。

5.根据权利要求4所述的适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，其特征在于：所述第一螺栓(4)和所述套箍(3)之间设置有法兰垫片。

6.根据权利要求1所述的适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，其特征在于：所述第一止水结构(10)为环形止水带，其截面的两端分别与相邻的所述管节(1)固定连接，中部有褶皱区。

7.根据权利要求1所述的适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，其特征在于：所述接头结构还包括第一层变形控制结构(5)、第二层变形控制结构(6)，为环形弹簧，分别环绕设置在所述第二止水带的两侧。

8.根据权利要求7所述的适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，其特征在于：所述第一层变形控制结构(5)和所述第二层变形控制结构(6)的外侧分别包裹设置有保护套(7)。

9.根据权利要求8所述的适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，其特征在于：所述保护套(7)与所述第一层变形控制结构(5)和所述第二层变形控制结构(6)之间设置有填充垫层(8)。

10.根据权利要求8所述的适应大变形的悬浮隧道管节接头结构，其特征在于：所述保护套(7)、所述第一止水结构(10)分别通过第二螺栓(9)与所述管节(1)固定连接。