软土地层曲线组合管幕环向密封防水结构及其防水方法与流程

本发明属于地下工程暗挖的，特别是涉及一种软土地层曲线组合管幕环向密封防水结构及其防水方法。

背景技术：

1、在当前社会经济的高速发展背景下，城市地面空间的紧张状况日益凸显，地下空间的开发与利用成为城市规划与建设的重要方向。在此背景下，盾构法因其出色的地层适应性、高效的掘进速度以及成型隧道的高质量等优势，在地铁隧道建设中占据了显著的地位。然而，随着地铁车站建设对安全与效率要求的不断提升，传统盾构法在某些方面已难以满足现代施工的高标准。因此，一种创新的"先隧后站环向管幕"扩建地铁车站工法应运而生，并逐渐受到业界的广泛关注。

2、“先隧后站环向管幕”扩建地铁车站工法的核心步骤如下：

3、(1)首先，采用传统盾构法进行地铁隧道的修建。在预定的地铁车站区域，使用特殊设计的管片进行隧道的初期支护。

4、(2)其次，通过管片上的注浆孔对周边土体进行加固和止水处理，以确保施工区域的稳定性和安全性。

5、(3)随后，在管片上开洞，利用管幕机将预制的曲线组合管幕分段顶进。顶进完成后，对管幕进行混凝土填充，以形成稳定的支护结构。

6、(4)最后，在现有曲线组合管幕的保护下，拆除初期支护的管片，并对拟建地铁车站区域的土体进行开挖，完成车站的扩建工作。

7、通过上述步骤，可以清晰地认识到环向管幕施工在整个工程中起到重要作用，尤其是在隧道土体开挖阶段的稳定性和安全性方面。特别地，在环向管幕的分段顶进过程中，相邻管节之间的密封性对于确保整个管幕安全、高效顶进具有决定性影响。

8、现有管幕多采用钢材制造，然而，由于钢管壁相对较薄，其稳定性相较于混凝土管幕存在不足，容易发生屈曲失稳现象。因此，钢管幕在实际应用中多限于直线管幕施工。目前，尽管已有研究关注于直线管幕的密封接头问题，但针对曲线组合管幕的密封接头技术，尚缺乏深入探讨。因此，当下应着重于解决曲线组合管幕密封接头的设计与施工问题，以进一步提高该工法的安全性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供了一种软土地层曲线组合管幕环向密封防水结构及其防水方法。

2、本发明采用以下技术方案：软土地层曲线组合管幕环向密封防水结构，所述环向密封防水结构被设置为按照预定转角β密封连接第n管节的插口端和第n+1管节的承口端，其中，n为大于等于1的整数，β≤180°；

3、所述环向密封防水结构包括：至少两组翻板组件，按照预定距离布设在插口端的外壁，并与承口端的内壁相抵触；

4、插口密封件和承口密封件，分别设于插口端的外壁和承口端的内壁指定位置处；所述插口密封件和承口密封件相互作用卡接形成一道橡胶密封圈，所述橡胶密封圈为自锁式结构；

5、管幕垫块，设于插口端和承口端的端面连接处；所述管幕垫块的至少一接触面具有预定倾角α，其中，α＝180°-β；

6、连接件，用于同时紧固管幕垫块、插口端和承口端。

7、在进一步的实施例中，所述环向密封防水结构还包括：

8、阻水气囊，设于插口端的外壁指定位置处；

9、充气管，穿过所述插口端并连通于所述阻水气囊；充气后的阻水气囊用于填充插口端与承口端之间的间隙。

10、在进一步的实施例中，所述环向密封防水结构还包括：

11、油脂注入管，穿插设置在插口端并位于两组翻板组件之间；所述油脂注入管用于向两组翻板组件之间填充密封油脂。

12、在进一步的实施例中，所述翻板组件包括：

13、圆环板，固定在插口端的外壁；

14、翻板，铰接在所述圆环板的边缘处；所述翻板与圆环板之间的角度为可调；

15、帘布橡胶板，同时连接于所述圆环板和翻板；所述帘布橡胶板的末端为凸起结构用于与承口端的内壁相抵。

16、在进一步的实施例中，插口密封件和承口密封件的结构相同，使用时为相对设置；所述插口密封件包括：

17、连接部，设置在插口端的外壁；

18、挤压部，按照预定角度连接于所述连接部的一端形成锁紧空间。

19、在进一步的实施例中，插口端的端面和承口端的端面均设置有环向加劲板，所述管幕垫块设置于两组环向加劲板之间，并通过螺栓固定连接；

20、还包括：垂直连接于所述环向加劲板的纵向加劲板。

21、在进一步的实施例中，β＝180°时，软土地层组合为直线组合，则管幕垫块的厚度b2。

22、在进一步的实施例中，β＜180°时，软土地层组合为曲线组合，所述管幕垫块的物理参数应满足以下需求：

23、l＝h/cosα

24、b1＝htanα

25、式中，h为管幕垫块的纵向高度，l为接触面的边长，b1为倾角α对应的延伸厚度，则管幕垫块对应的厚度分别为厚度b2和厚度b；其中，b＝b1+b2。

26、基于如上所述的软土地层曲线组合管幕环向密封防水结构的软土地层组合管幕环向密封防水方法，包括以下步骤：

27、根据管幕组合类型选择对应的管幕垫块，并根据管幕组合的曲率半径调整翻板组件的弯曲角度；

28、将第n管节的插口端和第n+1管节的承口端相互对接，并将选定的管幕垫块置于插口端和承口端的端面连接处；相互对接的过程中，插口密封件和承口密封件相互错位移动并挤压直至位于对方的锁紧空间内形成自锁式结构；同时，翻板组件的末端与承口端的内壁抵接，随后利用螺栓将插口端的端面、管幕垫块和承口端的端面禁锢；

29、在管节安装完成后，通过充气管向阻水气囊进行充气以填充由于不同曲率的管节连接所产生的间隙；并通过油脂注入管在两组翻板组件之间填充密封油脂，以增加相邻管节间的防水性。

30、在进一步的实施例中，管幕组合类型至少包括直线组合类型和曲线组合类型；对应的，若管幕组合类型为直线组合类型，则所述管幕垫块的接触面的倾角α为0°；

31、若管幕组合类型为曲线组合类型，则所述管幕垫块的接触面的倾角α为＞0°，α＝180°-β，其中，β为相邻管节之间的转角。

32、本发明的有益效果：本发明旨在通过改进曲线管节接头的密封性能，有效解决软土地层中曲线组合管幕施工过程中的涌水和漏水问题。通过采用密封材料和自锁式密封结构，本发明有望显著提高管幕施工的安全性和可靠性。

33、本发明针对曲线管幕在地下工程中的复杂应用，提出了一种创新的管幕结构设计和连接技术。管节自身采用高强度钢板，通过卷制和焊接工艺形成连续的管状结构，并在管端焊接环向加劲板和纵向加劲板，以形成承插式接头。这一设计不仅增强了管幕的结构稳定性，而且为管幕的分段连接提供了便利。

34、考虑到曲线管幕各分段间曲率半径的差异，本发明预先对不同曲率半径的管幕及转角进行了设计，以确保管幕在曲线段的连续性和一致性。通过定先选定的管幕垫块，对不同曲率半径的管幕进行精确调整，进而通过螺栓连接限制管节偏角，实现曲线管幕的精确分段连接。

35、为确保不同管节间由于曲率半径不同而产生的接口处缝隙密封性，本发明在插口处设置了多重密封结构。具体来说，包括两道翻板组件、阻水气囊和橡胶密封圈。翻板组件的设计可以根据曲率半径自动调整弯曲角度，两道翻板间的孔隙通过油脂孔填充密封油脂，从而增强管节间的防水性能。

36、在管节安装完成后，通过注气孔对插口处的阻水气囊进行充气，以填充由于不同曲率管节间安装所产生的孔隙。

37、此外，在承口端处设置了一道橡胶密封圈，与插口端处的橡胶密封圈相互挤压，形成自紧式结构。这种结构在安装过程中产生接触压力，确保了接头的密封性。特别地，当接头位于地下水位以下时，水压力作用于承口橡胶圈唇口，促使其闭合并挤压插口处橡胶垫，从而增大插口处橡胶垫的接触压力，进一步增强了接头的密封效果。

38、本发明的设计和施工技术，不仅解决了曲线管幕在不同曲率半径下的连接和防水问题，而且通过自紧式结构的设计，提高了管幕接头的可靠性和耐久性。对于地下工程中曲线管幕的应用具有重要的理论和实践意义。