高水头盾构隧道管片的斜螺栓孔防水结构

本发明涉及一种盾构隧道管片斜螺栓孔防水结构。

背景技术：

近年来我国城市轨道交通网络不断完善，地铁隧道的建设火热。盾构隧道因机械化程度高、施工快速、环境影响小等优点，在当今地铁隧道工程中被广泛采用。盾构隧道的衬砌结构是由弧形的管片通过螺栓沿环向拼接成管片环，管片环再通过环间螺栓纵向拼接而成隧道衬砌。因此，盾构隧道无论是环向还是纵向的管片之间均存在接缝；而螺栓与斜螺栓孔之间则存在缝隙。盾构隧道埋置于地下，处于地下水包围之中,管片衬砌结构的接缝及缝隙易导致隧道渗漏水，成为影响盾构隧道安全运营的主要病害。

斜螺栓是目前盾构管片拼装的常见接头形式，不同于直斜螺栓和弯斜螺栓的双向贯通的特性，斜螺栓的一端为封闭的螺纹段，另一端是直通管片环内弧面的插座段，因而直通管片环内弧面的插座段是渗漏水的关注重点。对于地下水丰富、水压高的斜螺栓高水头盾构隧道，其接缝防水结构是管片接缝内、外侧设置两道防水密封垫；同时，对位于两道防水密封垫之间的斜螺栓孔还需进行防水处理。现有的斜螺栓孔防水处理方法是采用注浆的方法，对斜螺栓孔插座段与螺栓间的缝隙进行封堵防水。但其操作麻烦，必须在注浆完成后才有防水效果，注浆前的渗水会妨碍施工操作，影响盾构隧道的施工进度；并且浆料固化后形成的混凝土，其防渗性能有待提高，隧道的防水效果差。对斜螺栓孔的防水处理，也可在斜螺栓端部的螺帽处设置防水垫圈对斜螺栓孔进行防水封堵；但因防水垫圈体积小、厚度薄，其防水能力远低于两道密封垫的防水性能；且在管片的螺栓连接拼装过程中，垫圈受到螺帽扭转时的动摩擦和动压力，容易损毁。而高水头盾构隧道，其承受的水压高，因管片施工的误差等因素外道防水密封垫容易防水失效；一旦外道防水密封垫失效，隧道外侧的水流经过接缝，再通过斜螺栓孔插座段与螺栓的缝隙，渗漏进入在隧道内部，使管片的内道防水密封垫无法发挥其应有的防水作用，导致隧道的防水性能差。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种高水头盾构隧道管片的斜螺栓孔防水结构，该防水结构能有效提高高水头盾构隧道的防水性能，更好地保证盾构隧道的安全、可靠运营，且结构简单，安装方便。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种高水头盾构隧道管片的斜螺栓孔防水结构，包括相邻的管片一和管片二，斜螺栓孔由贯穿管片一的无螺纹的插座段、管片二内无螺纹的直通段和管片二内有内螺纹的螺纹段构成，斜螺栓插入斜螺栓孔且斜螺栓前端的外螺纹与螺纹段的内螺纹配合，其特征在于：

所述的斜螺栓孔的插座段在管片一的接缝部位预制成内凹的防水槽一；所述的防水槽一呈外大内小的圆台形，且防水槽一靠近内侧的底面呈半水滴形曲面；所述的斜螺栓孔的直通段在管片二的接缝部位预制成内凹的防水槽二；所述的防水槽二呈外大内小的圆台形，且防水槽二靠近内侧的底面为平面；

所述的防水槽一与螺栓橡胶垫的一侧紧密粘接，螺栓橡胶垫的另一侧紧密嵌于管片二的防水槽二内，且斜螺栓穿过螺栓橡胶垫的通孔。

本发明的使用方法和工作原理是：

螺栓橡胶垫的水滴形端用防水胶紧密粘接于管片一的防水槽一内，再将管片一与管片二进行对位、拉紧，然后将斜螺栓先穿过位于管片一内表面的斜螺栓孔的插座段、再穿过螺栓橡胶垫的通孔，然后经管片二的斜螺栓孔的直通段、到达斜螺栓孔的螺纹段；最后在斜螺栓的后端拧紧螺帽，使斜螺栓的外螺纹与螺纹段的内螺纹紧密配合；即在完成管片一、管片二的拼装固定。在此同时，螺栓橡胶垫沿隧道的环向方向压缩、径向方向膨胀，使螺栓橡胶垫的两侧面分别与防水槽一的水滴形面和防水槽二的平面抵紧，形成压实的密封面，实现螺栓橡胶垫在管片接缝处与斜螺栓孔的缝隙的完全压实防水密封。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明在两个相邻管片的接缝处增设螺栓橡胶垫、防水槽一和防水槽二；在两个相邻管片采用斜螺栓拼装固定的同时，实现螺栓橡胶垫在管片接缝处与斜螺栓孔缝隙的压实密封。当靠近管片外侧(外弧面)的外道防水密封垫，被高水头水压突破时，流入管片接缝处的水，既被内道防水密封垫阻隔、不能直接渗漏入隧道内；也受到螺栓橡胶垫的阻隔，不能渗漏到斜螺栓孔的插座段内、再经插座段渗透到隧道内。由于螺栓橡胶垫是厚实且宽大的圆台形，两侧嵌置于专门预制的防水槽一、二中，其体积大，弹性强，且在拼装过程中受到的是静压力，不易损坏，从而大幅提升隧道防水的可靠性，防水性能优良。

二、螺栓橡胶垫与防水槽一的配合面呈水滴形曲面，使得斜螺栓孔拼装时受力最大的部位正好是螺栓橡胶垫水滴形曲面的最厚处，这样提高了螺栓橡胶垫的抗压强度和挤压应力，使得螺栓橡胶垫与斜螺栓孔的密封接触面更紧实，密封防水效果更好。

三、较之螺栓孔注浆的方法，

本技术：
使用螺栓橡胶垫封堵接缝处斜螺栓孔，在管片安装完成后立即就能达到预期的防水效果，操作简单方便、节省装配时间，加快施工速度；且螺栓橡胶垫的防渗性能好，还提高了隧道的防水性能。

进一步，本发明的斜螺栓后端的螺帽处设有螺栓防水垫圈。

这样，进一步的保证了盾构隧道的防水效果。

更进一步，本发明的螺栓橡胶垫由三元乙丙橡胶制成。

三元乙丙橡胶的弹性好、强度大，以其制成的橡胶垫抗压、防水性能好，使用寿命长。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1为实施例一在管片拼装前的剖面结构示意图；

图2为图1的左视(a向)结构示意图；

图3为实施例一在管片拼装后的剖面结构示意图。

图中标号为3a的是管片的外道防水密封垫，3b的是管片的内道防水密封垫。

具体实施方式

实施例一

如图1-图3所示，本发明的一种具体实施方式是，一种高水头盾构隧道管片的斜螺栓孔防水结构，包括相邻的管片一1和管片二2，斜螺栓孔由贯穿管片一1的无螺纹的插座段4a、管片二2内无螺纹的直通段4b和管片二2内有内螺纹的螺纹段4c构成，斜螺栓5插入斜螺栓孔且斜螺栓5前端的外螺纹与螺纹段4b的内螺纹配合，其特征在于：

所述的斜螺栓孔的插座段4a在管片一1的接缝部位预制成内凹的防水槽一6a；所述的防水槽一6a呈外大内小的圆台形，且防水槽一6a靠近内侧的底面呈半水滴形曲面；所述的斜螺栓孔的直通段4b在管片二2的接缝部位预制成内凹的防水槽二6b；所述的防水槽二6b呈外大内小的圆台形，且防水槽二6b靠近内侧的底面为平面；

所述的防水槽一6a与螺栓橡胶垫7的一侧紧密粘接，螺栓橡胶垫7的另一侧紧密嵌于管片二2的防水槽二6b内，且斜螺栓5穿过螺栓橡胶垫7的通孔7a。

本例的斜螺栓5后端的螺帽处设有螺栓防水垫圈5a。

本例的螺栓橡胶垫7由三元乙丙橡胶制成。

技术特征：

1.一种高水头盾构隧道管片的斜螺栓孔防水结构，包括相邻的管片一(1)和管片二(2)，斜螺栓孔由贯穿管片一(1)的无螺纹的插座段(4a)、管片二(2)内无螺纹的直通段(4b)和管片二(2)内有内螺纹的螺纹段(4c)构成，斜螺栓(5)插入斜螺栓孔，且斜螺栓(5)前端的外螺纹与螺纹段(4b)的内螺纹配合，其特征在于：

所述的斜螺栓孔的插座段(4a)在管片一(1)的接缝部位预制成内凹的防水槽一(6a)；所述的防水槽一(6a)呈外大内小的圆台形，且防水槽一(6a)靠近内侧的底面呈半水滴形曲面；所述的斜螺栓孔的直通段(4b)在管片二(2)的接缝部位预制成内凹的防水槽二(6b)；所述的防水槽二(6b)呈外大内小的圆台形，且防水槽二(6b)靠近内侧的底面为平面；

所述的防水槽一(6a)与螺栓橡胶垫(7)的一侧紧密粘接，螺栓橡胶垫(7)的另一侧紧密嵌于管片二(2)的防水槽二(6b)内，且斜螺栓(5)穿过螺栓橡胶垫(7)的通孔(7a)。

2.根据权利要求1所述的一种高水头盾构隧道管片的斜螺栓孔防水结构，其特征在于：所述的斜螺栓(5)后端的螺帽处设有螺栓防水垫圈(5a)。

3.根据权利要求1所述的一种高水头盾构隧道管片的斜螺栓孔防水结构，其特征在于：所述的螺栓橡胶垫(7)由三元乙丙橡胶制成。

技术总结
一种高水头盾构隧道管片的斜螺栓孔防水结构，其特征在于：所述的斜螺栓孔的插座段在管片一的接缝部位预制成内凹的防水槽一；所述的防水槽一呈外大内小的圆台形，且防水槽一靠近内侧的底面呈半水滴形曲面；所述的斜螺栓孔的直通段在管片二的接缝部位预制成内凹的防水槽二；所述的防水槽二呈外大内小的圆台形，且防水槽二靠近内侧的底面为平面；所述的防水槽一与螺栓橡胶垫的一侧紧密粘接，螺栓橡胶垫的另一侧紧密嵌于管片二的防水槽二内，且斜螺栓穿过螺栓橡胶垫的通孔。该防水结构能有效提高高水头盾构隧道的防水性能，更好地保证盾构隧道的安全、可靠运营，且结构简单，安装方便。

技术研发人员：王士民;马天宇;谢宏明;李拼
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2021.02.04
技术公布日：2021.05.07