Радиальный уплотнитель стыка железобетонных труб и секций тоннельных обделок с суплементарным элементом

Полезная модель относится к области строительства и направлена на обеспечение надежной гидроизоляции стыковых соединений труб/секций тоннельных обделок, предотвращение появления статического эксцентриситета, исключение проявления «корсетной» деформации и неравномерности осевого натяга по периметру уплотнения. Указанный технический результат достигается в уплотнителе стыка, имеющем кольцеобразную форму и состоящем из опорной и рабочей частей, выполненных с возможностью формирования уплотнительной губы, при этом рабочая часть расположена под углом к опорной части, имеющей суплементарный элемент в виде ленты. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Полезная модель относится к области строительства, в частности к технологии микротоннелирования и прокладки тоннелей способом продавливания в городском подземном строительстве, и предназначено для герметизации железобетонных труб и секций цилиндрической, прямоугольной и любой другой формы поперечного сечения труб и тоннельных обделок, работающих под избыточным гидростатическим давлением.

Из уровня техники известны уплотнители стыка железобетонных труб/секций, выполненные из фасонных резиновых профилей чаще всего клиновой формы. Клиновая форма уплотнителя диктуется необходимостью обеспечить соосность труб/секций при их стыковке между собой в стартовых/монтажных камерах/котлованах.

Герметизация стыка заключается в концентрации уплотнителя установленного на устанавливаемую трубу/секцию у технологического зазора в упругодеформированном состоянии за счет сдвига выступающей части профиля уплотнителя силой трения между манжетой/обечайкой ранее установленной трубы/секции и уплотнителем в сторону технологического зазора. Величина выступающей части профиля уплотнителя строго индивидуальна для каждого типоразмера труб/секций и зависит от размеров посадочных мест. Она определяет величину возникающего радиального усилия (в данном случае осевого натяга) который удерживает материал уплотнителя в упругодеформированном состоянии (Картозия Б.А., Федунец Б.И., Шуплик М.Н. и др., Шахтное и подземное строительство: Учеб. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп.: В 2 т. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. - Т.2. - с.86-88).

В таких конструкциях уплотнитель обжат в трех плоскостях и удерживается в рабочем состоянии только силой трения между рабочей поверхностью уплотнителя и манжеты/обечайки осевого натяга, а вынужденное отсутствие браслетных устройств для стабилизации уплотнителя в напряженно-деформированном состоянии, нелинейность упругих свойств резины и их резко выраженный релаксационный характер приводят к заметному снижению величины осевого натяга уплотнителя (происходит обратное «перетекание» материала, обратимая деформация) в эксплуатационный период и разгерметизация стыка.

После выхода труб/секций из направляющих стартовой камеры/котлована из-за наличия технологического зазора величины от 4 до 6 мм она просаживается и возникает статический эксцентриситет. Величина этого эксцентриситета достигает 2-3 мм при величине уплотняемого зазора 12-16 мм (высота камеры уплотнения), т.е. 15-20%, что приводит к неравномерному перераспределению величины радиального усилия и осевого натяга по периметру трубы/секции и как следствие к разгерметизации.

На этот процесс в значительной мере влияет и гидростатическое давление грунтовой воды и гидравлическое воздействие рабочей жидкости (бентонитовой суспензии) из закрепленного пространства при проходке. Суммарная величина такого воздействия может достигать 100 бар.

В известной конструкции количество материала уплотнителя, перемещаемое в сторону технологического зазора, зависит не только от величины выступающей его части, но и от величины трения между уплотнителем и манжетой/обечайкой. Величина трения нестабильна и зависит от многих факторов.

На практике процесс надвижки трубы/секции проходит при постоянно возрастающем рабочем давлении гидродомкратов и избыточное перемещение материала уплотнителя из камеры уплотнения к технологическому зазору приводит к развитию значительных радиальных (корсетных) усилий в нем, что резко тормозит процесс стыковки вплоть до его остановки. Принимая во внимание, что при этом не происходит смыкания контактных торцов труб/секций развитие радиальных (корсетных) усилий в уплотнителе приводит к разрыву манжеты/обечайки.

Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в разработке такого профиля радиального уплотнителя стыка железобетонных труб и секций тоннельных обделок с суплементарным элементом, которая исключала бы указанные выше недостатки.

Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в обеспечении надежной гидроизоляции стыковых соединений труб/секций тоннельных обделок, предотвращении появления статического эксцентриситета, исключении неравномерности осевого натяга по периметру уплотнения и проявления «корсетной» деформации (деформации по всему периметру), возникающей за счет развития радиальных напряжений, что приводит к разрыву манжеты/обечайки по сварному шву как наиболее уязвимого элемента системы.

Указанный технический результат достигается в уплотнителе стыков, имеющем кольцеобразную форму и состоящем из опорной и рабочей частей, выполненных с возможностью формирования уплотнительной губы, при этом рабочая часть расположена под углом к опорной части, имеющей суплементарный элемент в виде ленты.

Уплотнительная губа в поперечном сечении имеет V-образную форму и контактные кромки.

Уплотнитель стыка выполнен из эластичного материала, представляющего собой резину или резиноподобный материал.

Уплотнитель стыка выполнен из профилированной ленты.

Посадочное место опорной части выполнено гребенчатым, а фронтальная поверхность рабочей части имеет, по меньшей мере, один выступ или выполнена гофрированной.

Суплементарный элемент на конце имеет клиноподобный выступ (или другой формы), а на его нижней поверхности выполнено, по меньшей мере, одно ребро или его нижняя поверхность выполнена гофрированной.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен уплотнитель стыка; на 2-7 - стендовые испытания уплотнителя стыка с суплементарным элементом.

Уплотнитель стыка выполнен в виде профильной ленты из эластичного материала: резины или резиноподобных материалов, состыкованной в кольцо, то есть имеет кольцеобразную форму и включает в себя опорную 1 и рабочую 2 часть. Опорная 1 и рабочая 2 части выполнены в виде клиньев, которые формируют уплотнительную губу с контактными кромками 3. Уплотнительная губа в поперечном сечении имеет V-образную форму. Рабочая часть 2 расположена под углом к опорной части 1.

Геометрические параметры А, Б и В опорной 1 и рабочей 2 частей подбирают таким образом, что при стыковке возможный избыток перемещаемого материала уплотнителя стыка, по контактной кромке опорной части 1 уплотнителя стыка, перемещается в сторону совпадающую с направлением надвижки труб/секций.

Добиться хорошей поверхности шейки - посадочного места уплотнителя стыка, трубы проблематично, поэтому посадочное место 4 опорной части уплотнителя стыка делают гребенчатым. При стыковке (герметизации) гребешки посадочного места 4 уплотнителя стыка сминаются, образуя ряд канавок, действующих подобно лабиринтному уплотнению, что значительно повышает надежность уплотнения стыка поверхностей с большой шероховатостью.

Для поддержания постоянства величины осевого натяга в эксплуатационный период и препятствования обратного перетекания материала фронтальная поверхность рабочей части 2 уплотнителя стыка дополнена, по крайней мере, одним (двумя и т.д.) выступом 5 или выполнена гофрированной в виде местного утолщения сечения профиля, которые при уплотнении формируют дополнительные местные концентрации напряжений.

Принимая во внимание, что деформация обратимого растяжения резины может достигать 500-1000%, профильная лента уплотнителя стыка дополнена суплементарным (дополнительным) элементом 6 в виде ленты с клиноподобным выступом 7, который при уплотнении передвигается в технологическом зазоре, обрезом манжеты/обечайки растягивается и упруго деформируясь осуществляет уплотнение технологического зазора.

Для увеличения местных контактных напряжений на участке работы суплементарного элемента 6 нижняя часть профиля уплотнителя дополнена, по крайней мере, одним (двумя и т.д.) ребром 8 или его нижняя поверхность выполнена гофрированной. Ребра 8 при уплотнении формируют дополнительные местные концентрации напряжений.

После прекращения сдвижки материал суплементарного элемента начинает релаксировать, и перемещаться в обратном направлении, при этом контактная плотность материала уплотнителя стыка в технологическом зазоре повышается не только за счет релаксации, но и под воздействием давления рабочей жидкости и гидростатического давления грунтовой воды на клиноподобный (может быть и другой формы) выступ, которая срабатывая как клапан и дополнительно уплотняет зазор между обрезом торцовой части манжеты/обечайки ранее установленной трубы и наружным периметром устанавливаемой трубы у технологического зазора.

Таким образом, наличие суплементарного элемента создает дополнительно еще две зоны уплотнения - уплотнение технологического зазора и клапана закрывающего торцовую часть среза манжеты/обечайки.

Толщину ленты суплементарного элемента задают с учетом геометрических параметров герметизируемых поверхностей и деформативных свойств материала уплотнителя стыка. Толщина суплементарного элемента уплотнителя стыка назначается больше величины технологического зазора на 30-35%.

Время релаксации материала суплементарной части уплотнителя стыка сопоставимо со временем ввода сооружения в эксплуатацию.

Следует отметить, что при уплотнении материал суплементарного элемента заполняет технологический зазор и предотвращает появления статического эксцентриситета и улучшает работу уплотнителя в целом.

При испытаниях на стенде (фиг.2-7), а в дальнейшем при натурных испытаниях проявился «эффект срабатывания». В процессе герметизации, после выхода обреза манжеты/обечайки за пределы камеры уплотнения происходило резкое увеличение скорости надвижки, как если бы по клиновой поверхности опорной части уплотнителя произошел сброс избыточного количества материала уплотнителя стыка.

1. Уплотнитель стыка, характеризующийся тем, что имеет кольцеобразную форму и состоит из опорной и рабочей частей, выполненных с возможностью формирования уплотнительной губы, при этом рабочая часть расположена под углом к опорной части, имеющей суплементарный элемент в виде ленты.

2. Уплотнитель стыка по п.1, характеризующийся тем, что уплотнительная губа в поперечном сечении имеет V-образную форму и контактные кромки.

3. Уплотнитель стыка по п.1, характеризующийся тем, что выполнен из эластичного материала.

4. Уплотнитель стыка по п.3, характеризующийся тем, что эластичный материал представляет собой резину или резиноподобный материал.

5. Уплотнитель стыка по п.1, характеризующийся тем, что выполнен из профилированной ленты.

6. Уплотнитель стыка по п.1, характеризующийся тем, что посадочное место опорной части выполнено гребенчатым.

7. Уплотнитель стыка по п.1, характеризующийся тем, что фронтальная поверхность рабочей части имеет, по меньшей мере, один выступ.

8. Уплотнитель стыка по п.1, характеризующийся тем, что фронтальная поверхность рабочей части выполнена гофрированной.

9. Уплотнитель стыка по п.1, характеризующийся тем, что суплементарный элемент на конце имеет клиноподобный выступ.

10. Уплотнитель стыка по п.9, характеризующийся тем, что суплементарный элемент на нижней поверхности имеет, по меньшей мере, одно ребро.

11. Уплотнитель стыка по п.9, характеризующийся тем, что нижняя поверхность суплементарного элемента выполнена гофрированной.

12. Уплотнитель стыка по п.1, характеризующийся тем, что имеет профиль в поперечном сечении, как показано на фиг.1.