[发明专利]一种内弧面带钢裙边的钢筋混凝土管片及防水方法

说明书

传统盾构、顶管混凝土隧道的接头防水均通过安装橡胶止水带的形式，使用一定年限后因橡胶老化导致的隧道渗漏、破坏等极难修复。为此，本发明创新提出一种内弧面带钢裙边的钢筋混凝土管片及其防水方法，创新在隧道管片内弧面的四周，设置一定宽度和厚度的钢板裙边，经防锈蚀处理后，通过锚固筋或栓钉等与管片钢筋固定，与并管片或管节浇筑成整体。隧道衬砌拼装完成后，将相邻管片的钢裙边焊接，或在接缝裙边表面压接安装一道可更换的止水装置。这样，整个隧道结构接头部位不再成为使用年限的短板，可将百年使用年限升级至千年或更久，并具有造价低的特点。

技术领域

本发明属于隧道工程领域，是一种内弧面钢裙边-钢筋混凝土管片(节)结构物及其防水技术。

背景技术

盾构管片或混凝土顶管隧道的管节承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用，常采用高强抗渗混凝土，以确保可靠的承载性和防水性能，但在特殊受力要求的部位，有时采用钢管片，又称复合管片，比如在隧道联络通道位置。为了满足接缝防水要求，在管片(节)接缝处设置了弹性橡胶密封垫和挡水条构成防水线，隧道断面的部分区域进行嵌缝防水，所有防水措施中，弹性橡胶密封垫为主要防水措施。

弹性密封垫由三元乙丙橡胶挤出硫化而成且在其顶面嵌入水膨胀橡胶，下部开有多个孔槽，可改善应力-应变特性，使接缝张开一定范围时，密封垫接触面的压应力变化较小，在满足水密要求的前提下减小应力，地铁弹性橡胶密封垫的厚度在16mm左右。

挡水条主要由遇水膨胀橡胶制作而成，一般厚度较薄，在2~4mm之间，起加强防水的作用，主要防水靠前面的弹性橡胶密封垫。

嵌缝防水是对密封垫防水的补充措施，即在管片(节)环缝和纵缝中沿管片内侧设置的嵌缝槽内，采用嵌缝止水材料填封密实而达到防水目的的一种接缝防水方法。嵌缝防水严格意义上说，不是堵水，而是引水，是将接缝渗漏水引导至规定位置，比如，上海地铁标准管片拱底86°，拱顶43°进行嵌缝施工。嵌缝材料种类繁多，一般用水膨胀腻子加封氯丁乳胶水泥的方式。

目前，对于普通隧道混凝土管片(节)的防水技术研究，集中体现在如下几方面：

(1)弹性密封垫的力学性能研究。借助数值分析与传统结构力学，将数值方法计算结果与常规计算结果进行对比，分析计算不同工况条件下，如不同埋深、不同压应力，以及不同安装状态下，弹性密封垫的变形特性、闭合压缩力、平均接触应力等特性参量，以获得密封垫在底部与管片槽口粘贴、密封垫顶部涂抹润滑剂及沾水等多种工作状态下的防水性能参数。

(2)弹性密封垫的断面设计及相关试验研究。针对不同直径、不同埋深的隧道或顶管，隧道管片(节)厚度存在差异，开展弹性橡胶密封垫与复合型橡胶密封垫的不同断面形式的适应性研究，构建单排孔型、多排孔型及复合型等多种断面形式，开孔形状、断面开槽数量、断面开孔率、密封垫橡胶材料硬度、密封垫拼装姿态(张开量、错位量)进行多因素关联的敏感度分析、断面设计及试验研究，以期形成较优的防水方案。

(3)盾构隧道或顶管密封垫防水能力及失效模式研究。通过工程类比、数值模拟、防水性能试验、结构构造等方法，研究不同直径、不同水压、以及不同曲率半径盾构隧道的接缝防水失效模式。研究表明，隧道管片或顶管管节结构不同张开量及错台量对于抵抗水压力的影响巨大，当管片（节）张开量超过6mm，错台超过10mm，浅埋深条件下即出现手孔渗漏、蹿水等失效模式。

(4)密封垫长期防水性能研究。研究建立弹性密封垫橡胶的老化系数模型，开展热氧加速老化试验，预测橡胶在不同温度和时间状态下的性能，进一步研究密封垫防水能力受服役时间和张开量的影响规律。研究表明，橡胶的拉伸强度在老化前期受拉断伸长率变化的影响迅速下降，后期主导因素转变为拉伸模量；老化系数随着时间的增加而持续下降，但下降速度逐渐减小,最终服役百年后的老化系数为0.364；密封垫耐水压折减系数随着张开量的减小而降低。