一种多孔橡胶密封垫以及盾构法隧道管片接缝的密封结构的制作方法

本发明属于盾构法隧道工程，具体的讲涉及一种多孔橡胶密封垫以及盾构法隧道管片接缝的密封结构。

背景技术：

1、盾构法隧道防水包括管片结构自防水、管片接缝防水、对接螺栓孔防水等几个主要方面，其中，管片接缝密封是盾构法隧道防水的关键。目前，多孔型橡胶密封垫已经成为盾构法隧道防水的重要组成部分，多孔型橡胶密封垫又名橡胶弹性密封垫，是用于拼装式隧道管片密封止水的主流材料，它一般由单一的多孔型三元乙丙橡胶加工而成，或多孔型三元乙丙橡胶与膨胀橡胶复合而成。

2、现阶段在盾构法隧道管片接缝使用的橡胶密封垫多为谢斯菲尔德型结构，其断面上开设由几个中心对称的不同形状的孔洞，并适当增高密封垫高度，其下端面（即与管片沟槽接触面）为多个开放式门型孔槽，其一般采用氯丁酚醛类胶粘剂与管片沟槽粘接，通过管片拼装挤压力使安装在接缝两侧沟槽内的橡胶密封垫上端面压紧密贴、密封垫与管片混凝土接触面之间密贴，依靠密封垫的压缩反力提供抗水压能力，达到密封防水目的。

3、目前对橡胶密封垫的开孔率及孔隙结构的研究改进较少，孔型多以圆形为主，而在实际使用过程中发现，孔型变形能力、排布形式对橡胶密封垫的压缩反力、接触面有效应力占比和密封性能至关重要，比如开孔率、孔结构变形能力与密封垫压缩反力和密封性能负相关；排布形式中层数对结构稳定性及接触面有效应力占比影响较大，层数较多时易导致结构失稳但一般有利于增加接触面有效应力占比。

4、现有的橡胶密封垫在工程应用中主要存在以下问题：一为开孔率和孔结构设计不合理导致的接触应力不足和密封性能差；二为排布形式中层数设计和孔数量匹配不合理导致的结构稳定性和接触面有效应力占比兼容性差；三为传统的氯丁酚醛等胶粘剂固化后为刚性材料，其与橡胶密封垫粘接强度不足易导致密封垫与管片之间滑移错动，不能很好的弥合由于热膨胀系数不同导致的管片与橡胶密封垫间形成的收缩裂缝，从而降低了密封垫整体防水性能；四为谢斯菲尔德型端面结构下端面的开放式沟槽结构，受压易倾斜变形，继而与盾构管片之间产生接触间隙，导致橡胶密封垫结构稳定性变差，接触面有效应力占比变小，其与盾构管片之间接触不充分、不紧密，防水效果显著降低。

5、比如专利号为cn201920739524.0的实用新型公开了一种自粘型遇水膨胀复合型盾构管片橡胶密封垫，虽然在密封垫本体的外面一侧设置遇水膨胀橡胶层，以形成复合防水结构，但是遇水膨胀橡胶吸水后，橡胶强力显著下降，易产生应力松弛、蠕变，并且反复吸水后，密封材料内的吸水组分会造成相分离而析出，使橡胶密封垫的防水性能大大降低，使用周期显著缩短；再者，其密封垫本体截面沿用了典型的谢斯菲尔德型端面，该产品没有在开孔率和孔隙形状上进行结构改进，以提高密封防水效果，并且在使用一段时间后，依然存在上述问题缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种通过改进孔隙形状和排布方式，提高多孔橡胶密封垫的接触应力和结构稳定性，并且接触面有效应力占比高，与盾构法隧道管片接触面充分贴合、粘结牢靠，整体防水性能长效稳定的新型多孔橡胶密封垫以及应用在盾构法隧道管片接缝的密封结构。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种多孔橡胶密封垫，包括橡胶基体以及设置于所述橡胶基体截面的由多排通孔构成的应力调节区，其特征在于：所述应力调节区包括分别位于上端面下方和下端面上方的形变压紧区和压缩定位区，位于所述形变压紧区和压缩定位区之间为应力支撑区；其中，所述下端面为水平封闭面且其表面具有粘接层。

4、构成上述一种多孔橡胶密封垫的附加技术特征还包括：

5、——所述形变压紧区和压缩定位区均包括位于中间的若干圆角等边三角形通孔以及位于两侧的圆角钝角三角形通孔，所述压缩定位区的圆角等边三角形通孔与圆角钝角三角形通孔之间或者圆角等边三角形通孔之间或者位于所述压缩定位区的两侧部设有圆形通孔；所述应力支撑区包括至少两排承插交错布置的圆角等边三角形通孔；

6、——所述的橡胶基体截面为凹多边形轮廓，包括相互平行的上端面和下端面，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；

7、——位于所述形变压紧区和压缩定位区的圆角等边三角形通孔的尖端相对，其底面分别与所述上端面和下端面平行，所述形变压紧区和压缩定位区的圆角钝角三角形通孔的钝角分别靠近所述上端面和下端面的边缘；

8、——所述应力支撑区的两排圆角等边三角形通孔的底边分别与所述橡胶基体的上端面和下端面平行，相邻三个圆角等边三角形通孔的底边中心连线的长度相等；

9、——构成所述应力支撑区的两排圆角等边三角形通孔在竖直方向上的交错承插深度为圆角等边三角形高度的50%±10%；

10、——所述的粘接层为非沥青基高分子压敏型自粘胶，其厚度为0.8mm至1.0mm。

11、本发明还提供了一种盾构法隧道管片接缝的密封结构，其特征在于：将上述两条多孔橡胶密封垫对称置于管片接缝处，其中，所述多孔橡胶密封垫的下端面置于管片沟槽内并通过所述粘接层固定就位，其上端面相互压紧实现密封。

12、构成上述盾构法隧道管片接缝密封结构的附加技术特征还包括：

13、——所述多孔橡胶密封垫的形变压紧区包括位于中间的两个圆角等边三角形通孔以及分别位于两侧的圆角钝角三角形通孔；所述压缩定位区包括位于中间的一个圆角等边三角形通孔以及分别位于其两侧的圆角钝角三角形通孔，所述圆角等边三角形通孔与圆角钝角三角形通孔之间设置一个圆形通孔或者所述圆形通孔置于圆角钝角三角形通孔的外侧；所述应力支撑区包括上排三个圆角等边三角形通孔以及下排四个圆角等边三角形通孔；

14、——设置在靠近所述压缩定位区两侧部的圆形通孔面积为圆角等边三角形通孔或圆角钝角三角形通孔面积的30%±10%。

15、本发明所提供的一种多孔橡胶密封垫同现有技术相比，具有以下优点：

16、本发明将现有多孔密封垫下端面的齿形结构（开放式沟槽）改为封闭式（平面）结构，使下端面与盾构管片接触更加充分、接触应力分布更为均匀，由于该新型多孔橡胶密封垫的橡胶基体截面内通孔通过孔隙形状和排布方式上差异，形成形变压紧区、应力支撑区和压缩定位区，形变压紧区和压缩定位区均包括位于中间的若干圆角等边三角形通孔以及位于两侧的圆角钝角三角形通孔，此种通孔方式旨在于降低压缩反力，提高有效接触应力占比，确保靠近形变压紧区的上端面相互压紧贴实，密封防水长效稳定，靠近压缩定位区的下端面弹性变形附贴在管片槽体内，确保密封垫整体结构牢靠；其次是，压缩定位区的圆角等边三角形通孔与圆角钝角三角形通孔之间或者圆角等边三角形通孔之间或者位于压缩定位区的两侧部设有圆形通孔，进一步提高了定位接触的强度，基础支撑作用更好，不易发生结构垮塌现象，尤其是下端面采用封闭平面，相较于传统的谢斯菲尔德型开放沟槽断面，整体结构强度高，在压缩、扩展或剪切等多方位形变过程中，密封垫结构稳定性优异，进一步通过粘接层与管片沟槽固定后，连接强度高，接触应力更大，防水性能更优，同时，形变压紧区和压缩定位区的压缩反力在常规使用范围之内，安装闭合力度小，便于安装的同时，与管片接触应力占比更佳；再次是，应力支撑区包括至少两排承插交错布置的圆角等边三角形通孔，通过圆角等边三角形的矩阵式排列，在竖直、横向或纵向变形过程中弹性变形均衡，应力分布均匀，对抗支撑效果明显，不易出现垫条扭转、错位脱落等问题，为两端面始终提供稳定的支撑力，确保上端面压紧密贴、下端面贴合牢靠；最后是，将上述两条多孔橡胶密封垫对称置于管片接缝处形成盾构法隧道管片接缝密封结构，其下端面置于管片沟槽内并通过粘接层固定就位，其上端面相互压紧实现密封，上端面的形变压紧区和下端面压缩定位区的通孔结构弹性变形优异，压缩反力小，易于闭合安装，并且有效接触应力占比高，中间的应力支撑区的三角形通孔矩阵提供稳定均衡的支撑力，在管片间距变化时，确保上下端面始终保持足够有效的应力挤压，实现了长效密封防水的效果。

17、综上所述，通过在密封垫截面内应力调节孔排布形式、层数、孔结构和数量的设计，使得橡胶密封垫的结构稳定性更好，接触面有效应力占比更高；本发明改现有氯丁酚醛类刚性胶粘剂为非沥青基高分子压敏型自粘胶，弥合由于热膨胀系数不同导致的管片与橡胶密封垫间形成的收缩裂缝，使得橡胶密封垫与盾构法隧道管片接触面接触更充分且粘结更紧密，整体防水性能更优；本发明结构规整，制作简单，便于施工。