一种盾构法隧道的气密防水结构的制作方法

1.本实用新型属于隧道防护技术领域，具体的讲涉及一种盾构法隧道的气密防水结构，特别适用于瓦斯地段盾构法隧道的气密防水。

背景技术：

2.隧道内瓦斯浓度≥0.5%的隧道称为瓦斯隧道。随着我国基础交通建设事业的发展，穿越煤系地层、遭遇瓦斯地段的隧道工程不断涌现，而瓦斯灾害是威胁隧道运营安全的主要灾害之一，表现为瓦斯中毒、窒息、瓦斯燃烧与爆炸三种灾害类型。因此，为保证瓦斯地段交通隧道的运营安全，采用气密性的隧道支护结构尤为重要。
3.现阶段交通隧道多采用盾构法施工，主要有预制管片和接缝防水措施构成，穿越瓦斯地段的隧道没有特别加强的支护结构。有的隧道在防水接缝外侧设置挡水条、橡胶密封垫、螺栓止水和内侧嵌缝等结构，其主要考虑隧道支护和防水功能，并没有考虑支护结构的气密性问题，缺失针对瓦斯气体封闭或隔离的有效措施。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是提供一种兼具密封防水和气密性能的盾构法隧道防护结构，具有密封连接牢靠、防水气密性能好的特点。
5.为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
6.一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：盾构管片外侧表面与隧道内壁之间设有第一密封单元，相邻所述盾构管片的对接缝内设有第二密封单元，所述第一密封单元为敷设在所述盾构管片外侧表面或者边缘的气密性隔离材料涂层；所述第二密封单元包括设置在所述盾构管片端面内的若干型槽，所述型槽内设有隔离垫条，相邻所述盾构管片的对接缝依靠所述隔离垫条压紧密封。
7.构成上述一种盾构法隧道的气密防水结构附加技术特征还包括：
8.——所述第一密封单元的气密性隔离材料涂层由聚氨酯、聚脲、丙烯酸盐或环氧树脂制成，其厚度不低于0.03mm，一般在0.03mm至3mm之间；
9.——所述第二密封单元的型槽与所述对接缝的走向一致，所述型槽包括内道沟槽和外道沟槽，所述型槽内设置的隔离垫条为多孔橡胶密封垫，所述多孔橡胶密封垫的底端面通过自粘胶层与型槽底部粘接，所述对接缝内相对型槽之间的两个多孔橡胶密封垫的顶端面相互压紧实现密封；
10.——所述多孔橡胶密封垫为谢斯菲尔德型多孔橡胶密封垫，所述自粘胶层为氯丁酚醛类胶粘剂；
11.——所述多孔橡胶密封垫的橡胶基体截面为凹多边形轮廓，包括平行封闭的上端面和下端面，两侧为对称的四端点阶型折线，所述橡胶基体截面内的通孔沿竖直中心线对称分布；
12.——所述自粘胶层为非沥青基高分子压敏型自粘胶，其厚度不低于0.05mm，一般
在1.0mm至3.0mm之间；
13.——所述对接缝内设有承力衬垫，所述承力衬垫位于所述内道沟槽和外道沟槽之间，所述承力衬垫的至少一侧表面通过自粘胶层与盾构管片的端面粘接固定；
14.——所述对接缝内设有若干密封压条，所述密封压条置于所述内道沟槽内侧和/或外道沟槽外侧，所述密封压条的至少一侧表面通过自粘胶层与盾构管片的端面粘接固定；
15.——所述对接缝内设有密封压带，所述密封压带置于所述外道沟槽内侧边缘，所述密封压带的至少一侧表面通过自粘胶层与盾构管片的端面粘接固定；
16.——所述对接缝内的密封压条和密封压带均为两条对称设置，其一侧表面通过自粘胶层与盾构管片的端面粘接固定，其另一侧表面相互压紧实现密封；
17.——所述对接缝的内侧设置开口的嵌缝槽，所述嵌缝槽内填充密封胶；
18.——所述嵌缝槽由相邻盾构管片上的型腔拼接形成，所述嵌缝槽的截面呈内大外小，所述密封胶为高模量聚氨酯密封胶。
19.本实用新型所提供的一种盾构法隧道的气密防水结构同现有技术相比，具有以下优点：该新型防护结构在盾构管片外侧表面与隧道内壁之间设有第一密封单元，相邻盾构管片的对接缝内设有第二密封单元，其中，第一密封单元为敷设在盾构管片外侧表面或者边缘的气密性隔离材料涂层，第二密封单元包括设置在盾构管片端面内的若干型槽，型槽内设有隔离垫条，相邻盾构管片的对接缝依靠隔离垫条压紧密封，即形成了“胶粘密封+封堵隔离”的复合设防体系，将盾构管片与隧道围岩间、管片与管片间的缝隙形成多道密封腔，有效隔离瓦斯气体通过管片缝隙进入隧道内，提高了交通隧道的运营安全；其次是，盾构管片外侧的气密隔离材料涂层施工便捷，显著改善了瓦斯隧道支护结构的气密性问题，同时管片接缝处多道隔离垫条压紧密封，在防止瓦斯渗透到隧道内的同时，进一步不强求了盾构管片的接缝防水能力，多维度解决瓦斯区间隧道的运营安全问题。
附图说明
20.图1为本实用新型一种盾构法隧道的气密防水结构示意图；
21.图2为该气密防水结构的第二密封单元的结构示意图；
22.图3为第二密封单元的多孔橡胶密封垫的两种结构对比图；
23.图4为实施例和对比例的结构对比图；
24.图5-1为实施例1和对比例的实验检测数据；
25.图5-2为实施例2和对比例的实验检测数据；
26.图5-3为实施例3和对比例的实验检测数据。
具体实施方式
27.下面结合附图对本实用新型所提供的一种盾构法隧道的气密防水结构和工作原理作进一步的详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.该盾构法隧道的气密防水结构包括盾构管片1外侧表面与隧道内壁之间设有第一
密封单元2，相邻盾构管片1的对接缝内设有第二密封单元3，第一密封单元2为敷设在盾构管片1外侧表面或者边缘的气密性隔离材料涂层；第二密封单元3包括设置在盾构管片1端面内的若干型槽，型槽内设有隔离垫条，相邻盾构管片1的对接缝依靠隔离垫条压紧密封。
29.其工作原理为：该盾构法隧道气密防水结构相较于传统隧道防水，其在盾构管片1外侧表面或者边缘的气密性隔离材料涂层形成第一密封单元2，在盾构管片1端面内的若干型槽，型槽内设有隔离垫条，相邻盾构管片1的对接缝依靠隔离垫条压紧密封形成了第二密封单元3，即形成了“胶粘密封+封堵隔离”的复合设防体系，实现了盾构管片1立体全方位密封，在强化接缝防水密封的基础上，增加了盾构管片1气密结构，显著提高了管片自身和接缝处的气密功能，极大地减少瓦斯气体透过管片和接缝涌入隧道，保障了瓦斯地段交通隧道的运营安全；
30.实施例1
31.如图1所示，本实用新型实施例提供一种盾构法隧道的气密防水结构，包括拼接的盾构管片1、盾构管片1外侧表面与隧道内壁之间设置的第一密封单元2和相邻盾构管片1的对接缝内设置的第二密封单元3；
32.其中，第一密封单元2为敷设在盾构管片1外侧表面或者边缘的气密性隔离材料涂层，涂层材料选择聚氨酯材料，其厚度为1.0mm；
33.如图2所示，第二密封单元3的型槽为对称设置在相邻盾构管片1端面内，包括外道沟槽311、内道沟槽312、内侧嵌缝槽313，相对的外道沟槽311之间、相对的内道沟槽312之间设置成对的多孔橡胶密封垫（321、322），多孔橡胶密封垫（321、322）的底端面通过自粘胶层314与槽底部粘接，对接缝内相对型槽之间的两个多孔橡胶密封垫的顶端面相互压紧实现密封；
34.如图3所示，其中多孔橡胶密封垫（321、322）的橡胶基体截面为凹多边形轮廓，包括平行封闭的上端面301和下端面302，两侧为对称的四端点阶型折线，橡胶基体截面内的通孔320沿竖直中心线对称分布，具体说来，四端点阶型折线的结构样式为：橡胶基体的截面形状包括依次对接的上部梯形303、中部扩宽梯形304以及下部倒梯形305，具体而言，上部梯形303、中部扩宽梯形304、下部倒梯形305的高度比在（1.4-1.6）:1:（1.4-1.6）范围内，三者的底边长度比在1：（1.2-1.4）：（1.2-1.4）范围内，即橡胶基体的轮廓呈凹多边形，侧边为四端点阶型折线，整体结构受压分散均衡，上部梯形和下部倒梯形弹性形变效果突出，使上端面压紧贴合，下端面形变定位牢靠，下部倒梯形应力支撑均匀稳定，有效接触应力占比高；
35.橡胶基体截面内的通孔320沿竖直中心线对称分布，多排通孔的形状选择圆角等边三角形通孔、圆角钝角三角形通孔以及圆形通孔排列组合，其弹性变形效率高，压缩反力小，易于闭合安装，并且接触应力占比高，压紧密封严密；
36.外道沟槽311外侧、内道沟槽312内侧分别设置成对的密封压条（331、332），密封压条（331、332）一般选择橡胶止水条，密封压条（331、332）的一侧表面通过自粘胶层与盾构管片1的端面粘接固定，另一侧相互压紧实现密封；在外道沟槽311内侧边缘设置成对的密封压带333（聚醚聚氨酯密封条带），密封压带333的一侧表面通过自粘胶层与盾构管片1的端面粘接固定，另一侧相互压紧实现密封；在对接缝内还设有承力衬垫324，承力衬垫324位于内道沟槽312和外道沟槽311之间，承力衬垫324的至少一侧表面通过自粘胶层与盾构管片1
的端面粘接固定，上述自粘胶层323为非沥青基高分子压敏型自粘胶，其厚度为1.0mm；在对接缝的内侧设置开口的嵌缝槽313，嵌缝槽313内填充密封胶314，密封胶314为高模量聚氨酯密封胶，在管片拼装完成后施作，嵌缝槽313由相邻盾构管片1上的型腔拼接形成，嵌缝槽313的截面呈内大外小，密封胶314封堵牢靠，密封防水严密；
37.由于在盾构管片1外侧表面或者边缘的气密性隔离材料涂层，采用预喷涂工艺，具有工艺简便、成本可控等特点；盾构管片1接缝内采用内外两道气密性弹性多孔橡胶密封垫压紧密封，增加管片自身和接缝处的气密性功能，极大地减少瓦斯气体透过管片和接缝涌入隧道，保障了瓦斯地段交通隧道的运营安全；在对接缝内增设内侧密封条332、外侧密封压条331以及中部的密封压带333，在对接缝内侧设置的嵌缝槽313内填充密封胶314，使整个密封结构呈对称均匀布置，橡胶等密封材料与管片有效接触面积增加了30%以上，极大的增强了盾构隧道的气密防水性能；
38.为了进行气密防水性能对比，如图4所示，提供了一个对比例：
39.其结构与实施例1的不同之处在于：盾构管片1的外侧表面或者边缘区域没有气密性隔离材料涂层形成第一密封单元2；其外道沟槽311内侧边缘没有设置成对的密封压带333；其内道沟槽312内侧没有设置成对的密封压条332；对接缝外侧的嵌缝槽313内没有填充密封胶314；内道沟槽312、外道沟槽311内的多孔橡胶密封垫采用“谢斯菲尔德”门型结构30，门型下端面通过氯丁酚醛类胶粘剂与管片接缝沟槽紧密粘结。
40.通过对实施例1和对比例的盾构法隧道气密防水结构的管片自身和管片接缝密封处进行气密性试验，具体见图5-1所示。
41.实施例2
42.与实施例1结构上不同的是，盾构管片1的外侧表面或者边缘区域设置的气密性隔离材料涂层形成的第一密封单元2，选择材料为聚脲材料，涂层厚度为2.0mm；选择所采用的自粘胶层323为非沥青基高分子压敏型自粘胶，其厚度为2.0mm。
43.通过对实施例2和对比例的盾构法隧道气密防水结构的管片自身和管片接缝密封处进行气密性试验，具体见图5-2所示。
44.实施例3
45.与实施例1结构上不同的是，盾构管片1的外侧表面或者边缘区域设置的气密性隔离材料涂层形成的第一密封单元2，选择材料为环氧树脂材料，涂层厚度为3.0mm；选择所采用的自粘胶层323为非沥青基高分子压敏型自粘胶，其厚度为3.0mm。
46.通过对实施例3和对比例的盾构法隧道气密防水结构的管片自身和管片接缝密封处进行气密性试验，具体见图5-3所示。
47.由实验可见，实施例1-3与对比例相比，结构在管片自身和管片接缝处的透气系数比对比例的透气系数更低，支护结构气密性更好，可有效隔绝瓦斯气体通过盾构管片1自身和接缝密封防水系统处泄露到隧道内，确保盾构法隧道内瓦斯涌出量显著降低并小于等于0.5%。
48.以上所述实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案，并非本实用新型可实施的限定条件，故凡对本实用新型的技术方案所做的其他修改或构型尺寸、内部构造等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

技术特征：

1.一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：盾构管片外侧表面与隧道内壁之间设有第一密封单元，相邻所述盾构管片的对接缝内设有第二密封单元，所述第一密封单元为敷设在所述盾构管片外侧表面或者边缘的气密性隔离材料涂层；所述第二密封单元包括设置在所述盾构管片端面内的若干型槽，所述型槽内设有隔离垫条，相邻所述盾构管片的对接缝依靠所述隔离垫条压紧密封。2.根据权利要求1所述的一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：所述第一密封单元的气密性隔离材料涂层由聚氨酯、聚脲、丙烯酸盐或环氧树脂制成，其厚度不低于0.03mm。3.根据权利要求1所述的一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：所述第二密封单元的型槽与所述对接缝的走向一致，所述型槽包括内道沟槽和外道沟槽，所述型槽内设置的隔离垫条为多孔橡胶密封垫，所述多孔橡胶密封垫的底端面通过自粘胶层与型槽底部粘接，所述对接缝内相对型槽之间的两个多孔橡胶密封垫的顶端面相互压紧实现密封。4.根据权利要求3所述的一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：所述多孔橡胶密封垫为谢斯菲尔德型多孔橡胶密封垫，所述自粘胶层为氯丁酚醛类胶粘剂。5.根据权利要求3所述的一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：所述多孔橡胶密封垫的橡胶基体截面为凹多边形轮廓，包括平行封闭的上端面和下端面，两侧为对称的四端点阶型折线，所述橡胶基体截面内的通孔沿竖直中心线对称分布。6.根据权利要求5所述的一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：所述自粘胶层为非沥青基高分子压敏型自粘胶，其厚度不低于0.05mm。7.根据权利要求3所述的一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：所述对接缝内设有承力衬垫，所述承力衬垫位于所述内道沟槽和外道沟槽之间，所述承力衬垫的至少一侧表面通过自粘胶层与盾构管片的端面粘接固定。8.根据权利要求3所述的一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：所述对接缝内设有若干密封压条，所述密封压条置于所述内道沟槽内侧和/或外道沟槽外侧，所述密封压条的至少一侧表面通过自粘胶层与盾构管片的端面粘接固定。9.根据权利要求8所述的一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：所述对接缝内设有密封压带，所述密封压带置于所述外道沟槽内侧边缘，所述密封压带的至少一侧表面通过自粘胶层与盾构管片的端面粘接固定。10.根据权利要求8或9所述的一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：所述对接缝内的密封压条和密封压带均为两条对称设置，其一侧表面通过自粘胶层与盾构管片的端面粘接固定，其另一侧表面相互压紧实现密封。11.根据权利要求3所述的一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：所述对接缝的内侧设置开口的嵌缝槽，所述嵌缝槽内填充密封胶。12.根据权利要求11所述的一种盾构法隧道的气密防水结构，其特征在于：所述嵌缝槽由相邻盾构管片上的型腔拼接形成，所述嵌缝槽的截面呈内大外小，所述密封胶为高模量聚氨酯密封胶。

技术总结

本实用新型属于隧道防护技术领域，具体的讲涉及一种盾构法隧道的气密防水结构，特别适用于瓦斯地段盾构法隧道的气密防水。其结构包括盾构管片外侧表面与隧道内壁之间设有第一密封单元，相邻盾构管片的对接缝内设有第二密封单元，第一密封单元为敷设在盾构管片外侧表面或者边缘的气密性隔离材料涂层；第二密封单元包括设置在所述盾构管片端面内的若干型槽，型槽内设有隔离垫条，相邻盾构管片的对接缝依靠隔离垫条压紧密封；该盾构法隧道的新型支护结构兼具密封防水和气密性能，结构紧凑、施工便捷，具有密封连接牢靠、防水气密性能好特点。防水气密性能好特点。防水气密性能好特点。