РАДИАЛЬНЫЙ УПЛОТНИТЕЛЬ СТЫКА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТРУБ И СЕКЦИЙ ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК С СУПЛЕМЕНТАРНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ

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.