一种用于高水压小断面盾构隧道接缝的防水方法技术

本发明专利技术涉及一种用于高水压小断面盾构隧道接缝的防水方法，包括以下步骤：在管片环缝设有接缝防水结构；确定接缝防水设计压力P0；确定管片接缝的最大张开量、管片的最大错缝量及闭合压缩力；设定所述弹性密封垫的孔型结构、孔尺寸、孔数量、孔的布置及弹性密封垫的截面尺寸；进行管片接缝防水性能测试，测试接缝密封防水是否满足要求；若满足要求，接缝防水完成；若不满足要求，返回调整所述弹性密封垫参数。通过本发明专利技术所述防水方法能够解决了以往设计不精、依据不足，不能跟进工艺进度的问题，材料选型缺乏指导，不利于工程施工验收等系列问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于高水压小断面盾构隧道接缝的防水方法，属于油气管道盾构隧道防水领域。
技术介绍
油气管道盾构隧道是油气管道穿越河流、水域的重要载体。由于盾构隧道管片之间和管片环之间存在大量的纵缝与环缝，随着隧道所处环境日趋复杂以及高水压甚至超高水压隧道的出现，隧道管片接缝防水设计愈显重要。以往小断面盾构工程防水设计只是提出一个二级防水要求，接缝防水设计压力、密封沟槽、密封结构、密封材料性能和使用寿命等在接缝防水设计中没有分析和体现。另外由于油气管道盾构断面较小，安装应力需求也小，施工安装误差相应小，稳定性相对较好，盲目参考大断面盾构接缝密封防水设计，不合理也不经济。目前密封材料、生产工艺和配套试验能力也在逐步提升，因此，需要根据目前发展现状，建立一套针对高水压小断面盾构隧道接缝防水的设计方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种用于高水压小断面盾构隧道接缝的防水方法，通过接缝防水设计压力确定、管片最大张开量、最大错缝量计算、弹性密封垫的初步选型、以及防水性能测试和寿命分析测试，最终设计出满足要求的接缝型式和密封结构。本专利技术适用于高水压小断面盾构隧道接缝防水设计并为其提供有效的技术措施。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于高水压小断面盾构隧道接缝的防水方法，包括以下步骤：步骤1，在管片环缝的接缝面两侧均预留密封垫沟槽，且所述密封垫沟槽内分别设有M型多孔弹性密封垫作为接缝密封材料，所述弹性密封垫和密封垫沟槽构成接缝防水结构；步骤2，根据管片承受的最大外水压力P、弹性密封垫的应力松弛系数β和接缝防水结构的安全系数S，确定接缝防水设计压力P0；步骤3，确定管片接缝的最大张开量、管片的最大错缝量及闭合压缩力；步骤4，设定所述弹性密封垫的孔型结构、孔尺寸、孔数量、孔的布置及弹性密封垫的截面尺寸；步骤5，进行管片接缝防水性能测试，在步骤2中的接缝防水设计压力P0及步骤3中管片接缝的最大张开量、管片的最大错缝量下，测试接缝密封防水是否满足要求；若满足要求，接缝防水完成；若不满足要求，返回步骤4，调整所述弹性密封垫的孔尺寸、孔数量、孔的布置及弹性密封垫的截面尺寸。进一步的，步骤1中接缝防水设计压力P0根据下式得到：P0=PSβ.]]>进一步的，步骤3中管片接缝的最大张开量通过下式确定：δ≤BDρmin-0.5D+δ0+δs]]>δ是管片接缝的最大张开量，为环缝中接缝密封材料在接缝防水设计压力P0下允许的缝张开值，mm；ρmin为隧道纵向挠曲的最小曲率半径，mm；D为衬砌外径，mm；B为管片宽度，mm；δ0为生产、施工中产生的环缝间隙，mm；δs为邻近建筑物引起的接缝张开值，mm。进一步的，步骤3中管片的最大错缝量是根据包括管片拼装时施工误差、隧道不均匀沉降和地震的工况引起管片之间的错缝偏差确定。进一步的，密封垫沟槽截面积不小于弹性密封垫的截面积，其中，A＝(1～1.15)A0，A为所述密封垫沟槽截面积，A0为所述弹性密封垫截面积。进一步的，步骤4中通过非线性有限元分析确定弹性密封垫的孔型结构；包括以下步骤：1)分别建立具有三角形孔的弹性密封垫和具有圆形孔的弹性密封垫的几何模型；2)分别在具有三角形孔的弹性密封垫和具有圆形孔的弹性密封垫的几何模型施加位移荷载，分析其应力随压缩量变化的曲线关系，选择适宜的弹性密封垫。进一步的，所述弹性密封垫为由三元乙丙橡胶与遇水膨胀橡胶通过微波硫化挤出的共挤复合式密封结构，或为三元乙丙橡胶与遇水膨胀橡胶通过镶嵌或粘贴的复合而成。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述盾构隧道接缝的防水方法是目前盾构隧道接缝防水中的一次突破，为高水压接缝防水设计提供一套完整的设计理论和应用方法，能够结合目前密封材料性能和试验能力的提升，通过接缝防水设计压力确定、管片张开量、错缝量计算，弹性密封垫的初步选型、有限元分析、以及防水性能测试和寿命分析测试，最终设计出满足要求的接缝型式和密封结构。通过本专利技术所述防水方法能够解决了以往设计不精、依据不足，不能跟进现有技术和工艺进度的问题，材料选型缺乏指导，不利于工程施工验收等一系列问题。采用了本方法开展设计和施工，一定程度也能减少防水堵漏维护次数，有助于提高了高水压小断面盾构隧道整体防水效果。附图说明图1为圆形孔密封垫压缩应力曲线图；图2为三角形孔密封垫压缩应力曲线图；图3为圆形孔密封垫结构示意图；图4为接缝圆形孔密封垫连接示意图；图5为应力松弛系数随年数的变化曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例中一条4.25m内径盾构、外压1.2MPa接缝防水设计为例，用于该盾构隧道的接缝的防水方法，包括以下步骤：步骤1，在管片环缝的接缝面两侧均预留密封垫沟槽，且所述密封垫沟槽内分别设有M型多孔弹性密封垫作为接缝密封材料，所述M型多孔弹性密封垫和密封垫沟槽构成接缝防水结构；步骤2，根据隧道管片在接缝防水结构设计、施工及运行期间可能承受的最大外水压力P、接缝防水结构寿命期间所述弹性密封垫的应力松弛系数β和接缝防水结构的安全系数S，确定接缝防水设计压力P0；接缝防水设计压力P0参考下式计算得到：P0=PSβ]]>本实施例中取管片承受的最大外水压力为1.2MPa，应力松弛系数参考应力松弛曲线取为0.76，安全系数根据工程经验取1.2，通过计算，接缝防水设计压力值为1.9MPa。步骤3，确定管片接缝的最大张开量、管片的最大错缝量及闭合压缩力；(1)管片接缝的最大张开量通过下式计算确定：δ≤BDρmin-0.5D+δ0+δs]]>δ是管片接缝的最大张开量，为环缝中接缝密封材料在接缝防水设计压力P0下允许的缝张开值，mm；ρmin为隧道纵向挠曲的最小曲率半径；D为衬砌外径，取4.81mm；B为管片宽度，取1.21mm；δ0为生产、施工中产生的环缝间隙，取2mm；δs为邻近建筑物引起的接缝张开值，根据经验值取1～2mm，ρmin取1828.5m。计算得到管片接缝的最大张开量约为7.2mm，取为8mm。(2)管片的最大错缝量是根据包括管片拼装时施工误差、隧道不均匀沉降和地震的工况引起管片之间的错缝偏差确定，其中，施工误差引起管片之间的错缝偏差可为经验值，隧道不均匀沉降引起管片之间的错缝偏差可以预估，地震引起管片之间的错缝偏差可计算得到。管片的错缝主要来源于施工误差以及长期不均匀沉降。施工误差方面，按照《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2008)规定，管片在盾尾内拼装完成时，每环相邻管片高差允许值为5mm，纵向相邻管环管片高差允许值为6mm。另外，在长期不均匀沉降方面，针对管道四公司塔吉克斯坦输气管道盾构埋深条件的特点，采用有限元分析程序对隧道长期运营中产生的纵向不均匀沉降进行模拟分析，得到相邻环的最大差异沉降为15mm。因此，最大错缝量可按施工允许最大高差和运营期最大差异沉降之和控制，取为15mm。(3)所述闭合压缩力为每米弹性密封垫被完全压缩到管片密封垫沟槽中所需要的力。盾构机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高水压小断面盾构隧道接缝的防水方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在管片环缝的接缝面两侧均预留密封垫沟槽，且所述密封垫沟槽内分别设有M型多孔弹性密封垫作为接缝密封材料，所述弹性密封垫和密封垫沟槽构成接缝防水结构；步骤2，根据管片承受的最大外水压力P、弹性密封垫的应力松弛系数β和接缝防水结构的安全系数S，确定接缝防水设计压力P0；步骤3，确定管片接缝的最大张开量、管片的最大错缝量及闭合压缩力；步骤4，设定所述弹性密封垫的孔型结构、孔尺寸、孔数量、孔的布置及弹性密封垫的截面尺寸；步骤5，进行管片接缝防水性能测试，在步骤2中的接缝防水设计压力P0及步骤3中管片接缝的最大张开量、管片的最大错缝量下，测试接缝密封防水是否满足要求；若满足要求，接缝防水完成；若不满足要求，返回步骤4，调整所述弹性密封垫的孔尺寸、孔数量、孔的布置及弹性密封垫的截面尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种用于高水压小断面盾构隧道接缝的防水方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在管片环缝的接缝面两侧均预留密封垫沟槽，且所述密封垫沟槽内分别设有M型多孔弹性密封垫作为接缝密封材料，所述弹性密封垫和密封垫沟槽构成接缝防水结构；步骤2，根据管片承受的最大外水压力P、弹性密封垫的应力松弛系数β和接缝防水结构的安全系数S，确定接缝防水设计压力P0；步骤3，确定管片接缝的最大张开量、管片的最大错缝量及闭合压缩力；步骤4，设定所述弹性密封垫的孔型结构、孔尺寸、孔数量、孔的布置及弹性密封垫的截面尺寸；步骤5，进行管片接缝防水性能测试，在步骤2中的接缝防水设计压力P0及步骤3中管片接缝的最大张开量、管片的最大错缝量下，测试接缝密封防水是否满足要求；若满足要求，接缝防水完成；若不满足要求，返回步骤4，调整所述弹性密封垫的孔尺寸、孔数量、孔的布置及弹性密封垫的截面尺寸。2.根据权利要求1所述的用于高水压小断面盾构隧道接缝的防水方法，其特征在于，步骤1中接缝防水设计压力P0根据下式得到：P0=PSβ.]]>3.根据权利要求1所述的用于高水压小断面盾构隧道接缝的防水方法，其特征在于，步骤3中管片接缝的最大张开量通过下式确定：δ≤BDρmin-0.5D+δ0+δs]]>δ是管片接缝的最大张开量，为环缝中接缝密封材...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓成，曾志华，左雷彬，李国辉，铁明亮，黄丽，刘涛，苏卫峰，李金玲，冯浩，李岩，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油管道局工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11