用于盾构隧道的柔性密封环及其施工方法
阅读说明：本技术 用于盾构隧道的柔性密封环及其施工方法 (Flexible sealing ring for shield tunnel and construction method thereof ) 是由 汪珂 王立新 高升 李储军 崔玉龙 白阳阳 郑飞 王伟 王博 贾少春 翁木生 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于盾构隧道的柔性密封环及其施工方法,所述柔性密封环位于相邻两片盾构隧道扇形环之间的接缝处,包括外侧柔性的止水环和内侧刚性的千斤顶推力传递部；千斤顶推力传递部为轴向叠加的多层结构,轴向穿插载荷支撑棒并将两片扇形环连接。本发明通过在柔性密封件上施加预应力的方法保证密封件与管环间必要的挤压力,能够保证该结构良好的防水密封性能；该结构能保证管环间良好稳定的连接性能,即对于扇形环间伸缩和地基不均匀下沉能显示出优异的吸收性。(The invention relates to a flexible sealing ring for a shield tunnel and a construction method thereof, wherein the flexible sealing ring is positioned at a joint between two adjacent shield tunnel sector rings and comprises an outer flexible water stop ring and an inner rigid jack thrust transmission part; the jack thrust transmission part is of a multilayer structure which is axially overlapped, and the load supporting rods are axially inserted and the two fan-shaped rings are connected. The invention ensures the necessary extrusion force between the sealing element and the pipe ring by applying a prestress method on the flexible sealing element, and can ensure the good waterproof sealing performance of the structure; the structure can ensure good and stable connection performance between pipe rings, namely, the structure can show excellent absorption performance for the expansion and contraction between the fan-shaped rings and the uneven sinking of the foundation.)
技术领域
本发明涉及盾构隧道施工
技术领域
，具体涉及一种用于盾构隧道的柔性密封环及其施工方法。背景技术
盾构法是一种用于暗挖隧道建设的全机械化施工方法，目前已成为修建城市地铁及水下隧道的主流工法。盾构管片是隧道内永久性衬砌结构，管片质量及管片拼装施工质量直接影响着隧道衬砌结构的防水性能与耐久性能，决定着隧道的整体质量与安全。
管片拼装是构筑隧道衬砌结构的重要环节。在完成一次土体推进后，需要将预制混凝土管片拼接成环，此时，相邻管片间和相邻管环间形成接缝，因此需要采用防水密封件对接缝进行密封。常见处理方法是，在制作混凝土管片时预先在管片接头处留有凹槽，然后在管片拼装时，将配套的防水密封件置于所述接缝处的凹槽中，借助管片之间的作用内力将防水密封结构固定在接缝位置。一般程度上，这种防水密封结构确实能有效保证盾构隧道的防水性能，但管片所承担的内力并非均一而稳定的，比如由于地基沉降引发管片结构错台时，管片接头处就会出现相对位移，这导致防水密封件会受到巨大的剪切力作用，持续下去防水密封结构会很容易遭到破坏。又比如当管片结构发生变形时，管片之间的接头外侧会张开一定角度，导致作用在防水密封件上的挤压力减小，一旦接头处形成缝隙，管片间的防水性能就会显著降低。此外，管片上的各种凹槽设计会增加预制管片的工艺复杂度，凹形结构也影响管片的配筋比，最终影响着隧道衬砌结构的整体刚性与受力复杂程度。
所以，对于目前管片防漏技术及拼装质量上的不足，用于隧道管片接缝处的防水密封结构仍需改进优化。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于盾构隧道的柔性密封环及其施工方法，克服现有管片防渗漏技术中的缺陷，解决管片在纵向接缝处的密封问题，具有良好防水密封性能的环接头，在适应盾构隧道施工流程的同时，发挥其防水密封和作为柔性接头的功能。
本发明所采用的技术方案为：
用于盾构隧道的柔性密封环，其特征在于：
所述柔性密封环位于相邻两片盾构隧道扇形环之间的接缝处，包括外侧柔性的止水环和内侧刚性的千斤顶推力传递部；
千斤顶推力传递部为轴向叠加的多层结构，轴向穿插载荷支撑棒并将两片扇形环连接。
千斤顶推力传递部包括左支撑件、间隔板和右支撑件，左支撑件固定到左扇形环的侧面，右支撑件固定到右扇形环的侧面，间隔板夹设在左支撑件和右支撑件之间。
左扇形环的侧面预设有轴向的螺钉孔，左支撑件上设置有对应的通孔，左支撑件通过螺钉固定到左扇形环的侧面；
右扇形环的侧面预设有轴向的螺钉孔，右支撑件上设置有对应的通孔，右支撑件通过螺钉固定到右扇形环的侧面。
左扇形环的侧面和右扇形环的侧面对应预设有收容孔，千斤顶推力传递部上对应设置有插通孔，载荷支撑棒穿插到千斤顶推力传递部的插通孔中，两端分别插入左扇形环和右扇形环的收容孔，实现左扇形环和右扇形环的纵向拼接。
螺钉孔和收容孔环向间隔布置。
止水环的横截面呈直角梯形，内端为斜面，千斤顶推力传递部的外端与止水环的斜面相对应，也为斜面。
止水环为一体结构或环向拼接的多片结构。
千斤顶推力传递部的各层结构为一体结构或环向拼接的多片结构。
如所述的用于盾构隧道的柔性密封环施工方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤一：将构成千斤顶推力传递部的左支撑件设置在已设的扇形环侧面上，通过将螺钉插入螺钉孔将其紧固；接着，将载荷支撑棒插入预先设置在千斤顶推力传递部的插通孔和扇形环侧面上的收容孔中；之后，包括另一个右支撑件和间隔板的整个千斤顶推力传递部可以被保持在左扇形环侧面上；
步骤二：在千斤顶推力传递部的外侧倾斜面上设置止水环，接着构筑新的右扇形环，将载荷支撑棒的另一端放置在右扇形环的收容孔中，此时所构筑的柔性密封环达到了可以承受千斤顶推力的条件；
步骤三：推进盾构机千斤顶，止水环受到压缩向扇形环外侧变形延伸，千斤顶推力传递部位置基本不变。
在千斤顶推力不再传递后，从左支撑件和右支撑件之间之间撤去间隔板。
本发明具有以下优点：
1、本发明通过在柔性密封件上施加预应力的方法保证密封件与管环间必要的挤压力，能够保证该结构良好的防水密封性能。
2、该结构能保证管环间良好稳定的连接性能，即对于扇形环间伸缩和地基不均匀下沉能显示出优异的吸收性。
附图说明
图1表示的是千斤顶推压时柔性密封件实施方式的示意图；
图2表示的是千斤顶推压后柔性密封件实施方式的示意图；
图3表示图1中A剖面箭头处的安装工序第一阶段剖面图；
图4表示图1中B剖面箭头处的安装工序第一阶段剖面图；
图5表示图1中A剖面箭头处的安装工序第二阶段剖面图；
图6表示图1中B剖面箭头处的安装工序第二阶段剖面图；
图7表示的是千斤顶推压后A剖面箭头处的安装效果图；
图8表示的是千斤顶推压后B剖面箭头处的安装效果图。
图中：1、左扇形环；1a、左扇形环侧面；2、右扇形环；2a、右扇形环侧面；3、柔性密封环；4、止水环；5、千斤顶推力传递部；6、螺钉；7、载荷支撑棒；11、螺钉孔；12、收容孔；50、插通孔；51a、左支撑件；51b、右支撑件；52、间隔板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种用于盾构隧道的柔性密封环，所述柔性密封环3位于相邻两片盾构隧道扇形环之间的接缝处，包括外侧柔性的止水环4和内侧刚性的千斤顶推力传递部5；千斤顶推力传递部5为轴向叠加的多层结构，轴向穿插载荷支撑棒7并将两片扇形环连接。
千斤顶推力传递部5包括左支撑件51a、间隔板52和右支撑件51b，左支撑件51a固定到左扇形环1的侧面，右支撑件51b固定到右扇形环2的侧面，间隔板52夹设在左支撑件51a和右支撑件51b之间。左扇形环1的侧面预设有轴向的螺钉孔11，左支撑件51a上设置有对应的通孔，左支撑件51a通过螺钉6固定到左扇形环1的侧面；右扇形环2的侧面预设有轴向的螺钉孔11，右支撑件51b上设置有对应的通孔，右支撑件51b通过螺钉6固定到右扇形环2的侧面。
左扇形环1的侧面和右扇形环2的侧面对应预设有收容孔12，千斤顶推力传递部5上对应设置有插通孔50，载荷支撑棒7穿插到千斤顶推力传递部5的插通孔50中，两端分别插入左扇形环1和右扇形环2的收容孔12，实现左扇形环1和右扇形环2的纵向拼接。
螺钉孔11和收容孔12环向间隔布置。
止水环4的横截面呈直角梯形，内端为斜面，千斤顶推力传递部5的外端与止水环4的斜面相对应，也为斜面。
止水环4为一体结构或环向拼接的多片结构。千斤顶推力传递部5的各层结构为一体结构或环向拼接的多片结构。
上述用于盾构隧道的柔性密封环施工方法，包括以下步骤：
步骤一：将构成千斤顶推力传递部5的左支撑件51a设置在已设的扇形环侧面1a上，通过将螺钉6插入螺钉孔11将其紧固；接着，将载荷支撑棒7插入预先设置在千斤顶推力传递部5的插通孔50和扇形环侧面1a上的收容孔12中；之后，包括另一个右支撑件51b和间隔板52的整个千斤顶推力传递部5可以被保持在左扇形环侧面1a上；
步骤二：在千斤顶推力传递部5的外侧倾斜面上设置止水环4，接着构筑新的右扇形环2，将载荷支撑棒7的另一端放置在右扇形环2的收容孔12中，此时所构筑的柔性密封环3达到了可以承受千斤顶推力的条件；
步骤三：推进盾构机千斤顶，止水环4受到压缩向扇形环外侧变形延伸，千斤顶推力传递部5位置基本不变。
在千斤顶推力不再传递后，从左支撑件51a和右支撑件51b之间之间撤去间隔板52。
如附图所示，本发明的柔性密封环3主要包括止水环4和千斤顶推力传递部5，安装在盾构隧道的一对扇形环之间。柔性密封环3在千斤顶推压时作为盾构隧道推力承受部件发挥作用，当千斤顶推力不在传递后，柔性密封环开始充当隧道防水密封件的角色，也作为防水密封件的支撑结构发挥作用。
止水环4被压缩、夹持在一对扇形环之间且靠近扇形环的外周侧，由弹性防水材料制成，主要是用作隧道衬砌结构的防水密封功能。
千斤顶推力传递部5安装固定在扇形环的内周侧，且同止水环4直接接触，千斤顶推力传递部由两侧的支撑件和中间的间隔板52构成，左支撑件51a固定在左扇形环侧面1a，右支撑件51b固定于右扇形环侧面2a，间隔板52居于两支撑件之间。千斤顶推力传递部5由插设于扇形环侧面的收纳孔11的螺钉6和架设在一对扇形环之间的载荷支撑棒7保持。
止水环4横截面为直角梯形状，与千斤顶推力传递部5的接触面与部件水平构造面有一定倾角。
支撑件的特性没有特别限定，但在对柔性密封环施加冲击推力时，作为承受材料起作用，在不施加千斤顶推力后，与载荷支撑棒7一起对抗来自地面的负荷，所以优选具有足够刚性的构件。
止水环4为沿着扇形环周向连续构件，由于止水环4是由橡胶等弹性体构成的部件，可以通过折叠等方式搬入施工现场，但在止水环4因折叠而大型化到不能搬入的情况下，也可以在扇形环的周向分割为多处。这种情况下，在止水环4施工后，需要在现场实施粘接处理或硫化粘接处理，或在其接缝处使用例如水溶胀橡胶等实施止水处理。
间隔板52的截面形状为在收纳孔处断开的楔形，使得便于进一步取出。另外，间隔板52的选材要对千斤顶推力显示充分的耐力，且千斤顶推力不传递后，能够容易地从一对支撑板之间去掉，比如热塑性树脂材料。
设置在构成扇形环侧面上的收容孔12可以在制造扇形环时预先设置，或者可以在施工现场直接形成在扇形的侧面上，收容孔12可与插通孔50一起使用，以固定千斤顶推力传递部5。
本发明的施工方法，能够以简单的方法将其安装在扇形环间，且能实现良好稳定的防水密封效果，而且对于扇形环之间的膨胀、收缩以及地面沉降，柔性密封环还可以提供优异的吸收性，防止了隧道衬砌结构的损坏。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。