简介（作者编辑）：盾构斜井管片接缝防水设计及防水性能试验研究_李铁成.pdf
摘要（系统识别）：
施工技术
2016年11月上
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CONSTRUCTION TECHNOLOGY
第45卷第21期
D0L:10.7672/sjs2016210124
盾构斜井管片接缝防水设计及防水性能试验研究
李铁成
(中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津300300)
[摘要]盾构斜井防水不仅关系到斜井使用功能的正常发挥，而且关系到斜井使用期限的长短。以神华新街台格
庙矿区斜井工程的实施为工程背景，介绍了盾构斜井管片接缝的防水设计，并设计制作了T形模拟耐水压试验装
置，进行了盾构斜井管片接缝防水的模拟试验研究。通过试验验证了本项目中的弹性密封垫防水性能满足设计
要求。
关键词盾构；斜井；管片接缝；防水；试验研究
[中图分类号]U455.43
[文献标识码]A
[文章编号]10028498(2016)21012403
Waterproof Design and Experimental Research on Inclined Shaft
Segment Joint in Shield
Li Tiecheng
China Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group Co.,Ltd.,Tianjin 300300,China)
Abstract:Waterproof is very important in the shield shaft.It is not only related to the normal use of the
shaft,but also to the use period of it.In this paper,taking a inclined shaft engineering for example,the
waterproof design of the segment joint was introduced.Meanwhile,the experimental device was designed
and the experimental research was done of inclined shaft segment joint in shield.The test verifies that the
elastic gasket waterproof performance can meet design requirement
Key words:shielding;inclined shaft;segment joints;waterproofing;testing
0
引言
点，确保斜井整体防水效果。本文以该工程的实施
神华新街台格庙矿区斜井主井试验示范工程，
为工程背景，介绍了盾构斜井管片接缝的防水设
首次将盾构施工技术运用到连续下坡、长距离、大
计，并设计制作了T形模拟耐水压试验装置，进行
埋深煤矿斜井建设，其成功的实施将开创煤矿斜井了盾构斜井管片接缝防水的模拟试验研究。
建设新模式，填补我国煤矿斜井盾构施工技术的空1管片接缝防水设计
白，为快速、高效建设矿井提供技术支撑山。该工
管片接缝防水设计是盾构斜井正常使用的重
程埋深大、地下水文状况复杂，若出现渗漏水，将严
要保障，解决方法主要是使用耐久性和止水性严格
重影响斜井质量及斜井运营期间的使用安全。
的弹性密封垫。弹性密封垫是在管片接缝压密后，
盾构斜井渗漏水的位置通常是管片的接缝、管
靠密封垫之间的接触应力止水。弹性密封垫设计
片自身小裂缝、注浆孔和手孔等，其中尤以管片接
通常应满足以下要求4：①在设计确定的耐水压
缝处为防水重点，直接影响到斜井的防水效果和斜
力条件下，接缝处不允许出现渗漏；②在管片可能
井的耐久性]。因此，保证斜井良好的防水效果是
的拼装状态下满足隧道设计年限内防水要求；③作
该工程顺利实施的关键之一。
为橡胶材料，其材料性能要求应满足相关国家标准
该工程的井筒防水等级为二级，防水设计遵循
要求；④在千斤顶推力和管片拼装的作用力下，不
“以防为主，多道设防，综合治理”的原则，以管片自
致使管片端面和角部损伤等弊病发生，同时弹性密
防水、管片接缝防水、斜井与始发井接头防水为重
封垫应方便管片拼装。弹性密封垫的防水性能具
有以下特点：①弹性密封垫的防水能力与其受压缩
*“十二五”国家科技支撑计划资助项目(2013BAB10B02)
后材料之间的接触应力大致呈线性关系；②压缩后
[作者简介]李铁成，高级工程师，E-mail:35151756@qq.com
的弹性密封垫间的接触应力由于应力松弛及材料
[收稿日期20160213
老化会随时间降低。
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2016No.21
李铁成：盾构斜井管片接缝防水设计及防水性能试验研究
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在一般水压条件下，单、双道弹性密封垫在盾
2.1试验装置设计
构隧道管片接缝中均有采用)]。根据水文状况及
T形模拟耐水压试验装置如图2所示。
防水等级要求，本工程采用单道弹性密封垫，密封
直角板
垫材料采用化学稳定性好、耐老化、耐水性能优
异6的三元乙丙橡胶。
弹性密封垫的截面一般设计为多孔梳形，这种
截面形式可以使弹性密封垫具有较大的压缩性和
较高的弹性，即使管片接缝有一定的张开量，它仍
能处于一定的压缩状态，可有效地阻挡水的渗漏。
平板
本工程中设计的弹性密封垫截面形状如图1所示。
弹性密封垫加工成棱角分明的框型橡胶圈，将橡胶
张开量
圈垫在四周有沟槽的管片上，通过弹性密封垫的压
排水、排气阀
压力表
缩来保证防水效果。
三元乙丙橡胶
防水阀
进水阀
图2T形模拟耐水压试验装置
7374
Fig.2 T-shaped simulating water pressure test device
a弹性密封垫1
该装置由1块平板和2块直角板组成，能很好
地控制接缝张开量和错位量，且具有以下特点：①
三元乙丙橡胶
试验装置在4MPa水压时不变形；②试验装置的沟
槽尺寸与隧道管片密封垫沟槽尺寸一致；③试验装
置的模拟接缝张开量可用塞尺调节和测量，模拟错
位量可用条形螺栓孔调节，用直角尺测量；④试验
4
3
4
配备1台4MPa的水泵；⑤试验装置上配备1个压
b弹性密封垫2
力表，测量精度≥0.1MPa。
图1弹性密封垫截面
2.2试验步骤
Fig.1 Elastic gasket section
接缝防水模拟试验按照以下步骤进行：①检查
本工程中，当埋深<100m时，所有管片接缝均
试验所用橡胶密封垫，并对表面用抹布进行清洁，
采用弹性密封垫1，防水技术要求为：接缝张开
清除试验装置沟槽内的水、油及其他杂物，保持干
8mm、错位15mm条件下，设计使用年限内能够抵抗
燥清洁。②将正常状态下的橡胶密封垫试样按照
0.7MPa的水压；当埋深>100m时，仰拱块与相邻管
设计要求粘贴在沟槽内，停放24h后，先拼装2块直
片接缝采用弹性密封垫2，防水技术要求为：接缝张
角板，再拼装平板。先从直角板竖缝开始，将螺栓
开6mm、错位10mm条件下，设计使用年限内能够抵
均匀拧紧，使T形缝的张开量和错位量达到设定
抗0.5MPa的水压。
值。③拧紧各处螺栓，用水压泵向水压台内注水，
2管片防水性能试验研究
打开排气阀门，加压至有水排出后关闭阀门。从
在盾构斜井管片接缝中，设置了弹性密封垫和
0MPa开始，每次升压0.1MPa,保压10min,然后继
嵌缝等2道防水措施，并以弹性密封垫作为接缝防
续升压，直至泄漏。泄漏前最后一次的压力为试验
水的主要措施。因此，在盾构斜井使用期间，弹性
结果。④每次测试完毕，卸掉压力，松弛装置调换
密封垫防水性能的正常发挥至关重要。为了检验
垫片或调整错位量，用同样方法进行下一组试验。
盾构斜井管片接缝中弹性密封垫的防水性能，测定
试验中，选取管片接缝的张开量与错位量2个因
弹性密封垫在一定接缝张开量和错台时能承受的
素作为试验因子，其中接缝张开量考虑5种工况，分
最大水压力值，设计制作了T形模拟耐水压试验装
别为2,4,6,8,10mm,错位量考虑6种工况，分别为0，
置，进行了盾构斜井管片接缝防水的模拟试验研究。
2,4,6,8,10mm。为提高试验数据的可靠性，每组试
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