CN113153380B - 一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法 - Google Patents

一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，属于防水技术领域。所述方法包括：对两个初级密封垫的表面进行清洁处理；将清洁处理后的两个初级密封垫均同时置于飞秒激光加工台上；通过飞秒激光分别对两个初级密封垫相对的接触面进行加工，得到两个次级密封垫，各次级密封垫的接触面上形成微结构性；基于渗水压力，对两个次级密封垫进行防水能力测试；将通过防水能力测试的次级密封垫置于盾构隧道中管片接缝，以提高管片接缝的防水性能。本发明提供的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，通过飞秒激光能够提高密封垫的憎水性，进而提高盾构隧道中管片接缝防水性能。

Description

一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法
技术领域
本发明属于防水技术领域，更具体地，涉及一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法。
背景技术
盾构隧道是指使用盾构机，一边控制开挖面及围岩不发生坍塌失稳，一边进行隧道掘进、出渣，并在机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆，不扰动围岩而修筑隧道的方法。
通过在相邻两块管片接缝处安装密封垫，密封垫为弹性结构，其内部具有多个通孔。密封垫通过管片挤压形变而实现静态密封。
为改善管片接缝弹性密封垫的防水性能，目前主要通过调整弹性密封垫的外形尺寸、内部孔洞数量及形状方式等技术措施实现，对密封垫间的接触面性能研究尚属空白。而实践发现，管片接缝的渗漏多发生在密封垫与密封垫的接触面上。因此，改善密封垫接触面间的接触性能及状态对提升接缝的防水能力意义重大。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，其目的在于提高盾构隧道中管片接缝防水性能。
本发明提供了一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，所述方法包括：
对两个初级密封垫的表面进行清洁处理；
将清洁处理后的两个所述初级密封垫均同时置于飞秒激光加工台上；
通过飞秒激光分别对两个所述初级密封垫相对的接触面进行加工，得到两个次级密封垫，各所述次级密封垫的接触面上形成微结构，以提高各所述次级密封垫的憎水性；
基于渗水压力，对两个所述次级密封垫进行防水能力测试，若通过则说明所述次级密封垫合格，能够满足所述渗水压力下的防水性能，否则再次进行飞秒刀光加工，直至通过防水能力测试；
将通过防水能力测试的所述次级密封垫置于盾构隧道中管片接缝，以提高所述管片接缝的防水性能。
可选地，所述对两个初级密封垫进行清洁处理，包括：
通过酒精擦拭两个所述初级密封垫的表面；
使用纯净水多次冲洗两个所述初级密封垫的表面。
可选地，在所述使用纯净水多次冲洗两个所述初级密封垫的表面之后，所述方法还包括：
通过超声设备对两个所述初级密封垫进行清洗；
吹干两个所述初级密封垫。
可选地，在所述将清洁处理后的两个所述初级密封垫均同时置于飞秒激光加工台上之前，所述方法还包括：
通过酒精擦拭所述飞秒激光加工台。
可选地，所述微结构包括鱼鳞形凸起或者波纹形凸起中的一种或者多种。
可选地，所述通过飞秒激光分别对两个所述初级密封垫相对的接触面进行加工中，所述飞秒激光的加工能量为7.5J/cm2-15J/cm2。
可选地，所述通过飞秒激光分别对两个所述初级密封垫相对的接触面进行加工中，所述飞秒激光的走向与所述初级密封垫的中轴线具有夹角。
可选地，所述夹角为30-45°。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
对于本发明提供的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，在提高管片接缝的密封性时，首先，对两个初级密封垫的表面进行清洁处理，从而提高其表面的清洁度，避免杂质对飞秒激光形成干涉，影响后续微结构的形成。然后，将清洁处理后的两个初级密封垫均同时置于飞秒激光加工台上，从而提供了载物台，便于后续飞秒激光加工。接着，通过飞秒激光分别对两个初级密封垫相对的接触面进行加工，得到两个次级密封垫，各次级密封垫的接触面上形成微结构，从而通过微结构来提高各次级密封垫表面的憎水性，进而提高密封垫之间接触面处的防水性能。再接着，基于渗水压力，对两个次级密封垫进行防水能力测试，若通过则说明次级密封垫合格，能够满足渗水压力下的防水性能，否则再次进行飞秒刀光加工，直至通过防水能力测试，从而通过防水能力测试确定出能够抵御渗水压力的次级密封垫，避免后续使用过程中发生渗漏。最后，将通过防水能力测试的次级密封垫置于盾构隧道中管片接缝，以提高管片接缝的防水性能。
也就是说，本发明提供的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，通过飞秒激光能够提高密封垫的憎水性，进而提高盾构隧道中管片接缝防水性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的密封垫的使用示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种微结构的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种微结构的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的微结构的变化示意图。
图中各符号表示含义如下：
1、密封垫；2、微结构；3、管片；4、水滴；5、管片接缝。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明实施例提供的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
S101、对两个初级密封垫的表面进行清洁处理。
S102、将清洁处理后的两个初级密封垫均同时置于飞秒激光加工台上。
S103、通过飞秒激光分别对两个初级密封垫相对的接触面进行加工，得到两个次级密封垫，各次级密封垫的接触面上形成微结构2，以提高各次级密封垫的憎水性。
S104、基于渗水压力，对两个次级密封垫进行防水能力测试，若通过则说明次级密封垫合格，能够满足渗水压力下的防水性能，否则再次进行飞秒刀光加工，直至通过防水能力测试。
需要说明的是，渗水压力为管片在隧道中目标深度处对应的渗水的水压。
S105、将通过防水能力测试的次级密封垫置于盾构隧道中管片接缝5，以提高管片接缝5的防水性能(见图2)。
对于本发明提供的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，在提高管片接缝5的密封性时，首先，对两个初级密封垫的表面进行清洁处理，从而提高其表面的清洁度，避免杂质对飞秒激光形成干涉，影响后续微结构2的形成。然后，将清洁处理后的两个初级密封垫均同时置于飞秒激光加工台上，从而提供了载物台，便于后续飞秒激光加工。接着，通过飞秒激光分别对两个初级密封垫相对的接触面进行加工，得到两个次级密封垫，各次级密封垫的接触面上形成微结构2，从而通过微结构2来提高各次级密封垫表面的憎水性，进而提高密封垫1之间接触面处的防水性能。再接着，基于渗水压力，对两个次级密封垫进行防水能力测试，若通过则说明次级密封垫合格，能够满足渗水压力下的防水性能，否则再次进行飞秒刀光加工，直至通过防水能力测试，从而通过防水能力测试确定出能够抵御渗水压力的次级密封垫，避免后续使用过程中发生渗漏。最后，将通过防水能力测试的次级密封垫置于盾构隧道中管片接缝5，以提高管片接缝5的防水性能。
也就是说，本发明提供的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，通过飞秒激光能够提高密封垫1的憎水性，进而提高盾构隧道中管片接缝5防水性能。
需要说明的是，通过飞秒激光加工密封垫1的表面不仅能提高其憎水性能，还能提高密封垫1的表面粗糙度和摩擦系数，这些性能也均能提高密封垫1接触面的防水性能。
图3是本发明实施例提供的另一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法的流程图，如图3所示，该方法包括：
S301、通过酒精擦拭两个初级密封垫的表面。
在上述实施方式中，通过酒精能够初步除去两个初级密封垫表面的杂质。另外，酒精易挥发，不会在初级密封垫的表面形成残留。
S302、使用纯净水多次冲洗两个初级密封垫的表面。
在上述实施方式中，通过纯净水能够进一步除去初级密封垫表面的杂质。
S303、通过超声设备对两个初级密封垫进行清洗。
在上述实施方式中，通过超声设备能够进一步除去初级密封垫表面不易脱除的杂质。
S304、吹干两个初级密封垫。
S305、通过酒精擦拭飞秒激光加工台。
在上述实施方式中，通过酒精擦拭飞秒激光加工台，可以避免飞秒激光加工台上的杂质污染初级密封垫的表面。
S306、将清洁处理后的两个初级密封垫均同时置于飞秒激光加工台上。
S307、通过飞秒激光分别对两个初级密封垫相对的接触面进行加工，得到两个次级密封垫，各次级密封垫的接触面上形成微结构2，以提高各次级密封垫的憎水性。
在本实施例中，微结构2包括鱼鳞形凸起(见图4)或者波纹形凸起(见图5)中的一种或者多种。
在上述实施方式中，鱼鳞形凸起或者波纹形凸起具有良好的憎水性。
可选地，飞秒激光的加工能量可以为7.5J/cm2-15J/cm2。
可选地，飞秒激光的走向与初级密封垫的中轴线具有夹角，从而可以提高加工精度和加工效率
示例性地，夹角为30-45°。
以下简要说明飞秒激光加工时，密封垫1表面上微结构2变化的四个阶段，及在这四个阶段密封垫1表面的超憎水性变化(见图6)。
第一阶段，由于盾构隧道接缝处使用的弹性的密封垫1其组成为高分子聚合物，在飞秒激光作用下，这种较长的分子链会发生断裂，形成短分子链，在宏观层面上就是在密封垫1表面产生了大颗粒结构，而大颗粒结构上又分散着不均匀的小颗粒结构。此时其密封垫1表面的超憎水性表现为，水滴4与密封垫1表面的大小颗粒复合结构直接接触，填满了密封垫1表面的空隙，处于紧密接触状态，即密封垫1表面的超憎水性没有明显变化。
第二阶段，随着飞秒激光能量的进一步升高，密封垫1的表面会出现不规则、不均匀的开裂，大颗粒结构热解为小颗粒结构，并不规则的分布于密封垫1的表面。此时其超憎水性表现为，水滴4与密封垫1表面微结构2最上层的小颗粒接触，形成了初步的超憎水表面。
第三阶段，密封垫1表面继续发生热解反应，其表面出现形状不规则的板状结构，并形成沟壑，且小颗粒继续分解为更小的微纳颗粒，分布在密封垫1表面的最上层，下层还为小颗粒，密封垫1表面微结构2表现为板状与小颗粒的复合结构。在该阶段，密封垫1的超憎水性表现为，液滴仅与密封垫1最表面的微纳颗粒面接触，即密封垫1表面的超憎水性能提升，形成了一定程度的超憎水性表面。
第四阶段，当输入的激光能量与密封垫1表面的热解过程达到动态均衡时，密封垫1表面会形成稳定的微结构2。其微结构2为板状结构，且其板状结构表面、密封垫1表面沟壑等布满微纳颗粒结构。即在该阶段密封垫1表面形成了稳定的微结构2，此时密封垫1超憎水性表现为，水滴4只与密封垫1表面最上层的微纳颗粒接触，超憎水性能进一步获得提升。即在这一阶段密封垫1表面获得了稳定的超憎水性性能。
也就是说，对密封垫1利用飞秒激光处理后，由上述可知其表面微结构2发生了变化，超憎水性等相应表面性能发生了改变，且密封垫1的表面粗糙度、摩擦系数也发生相应改变。
S308、基于渗水压力，对两个次级密封垫进行防水能力测试，若通过则说明次级密封垫合格，能够满足渗水压力下的防水性能，否则再次进行飞秒刀光加工，直至通过防水能力测试。
在上述实施方式中，通过防水能力测试确定出能够抵御渗水压力的次级密封垫，避免后续使用过程中发生渗漏。
S309、将通过防水能力测试的次级密封垫置于盾构隧道中管片接缝5，以提高管片接缝5的防水性能。
对于本发明提供的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，在提高管片接缝5的密封性时，首先，对两个初级密封垫的表面进行清洁处理，从而提高其表面的清洁度，避免杂质对飞秒激光形成干涉，影响后续微结构2的形成。然后，将清洁处理后的两个初级密封垫均同时置于飞秒激光加工台上，从而提供了载物台，便于后续飞秒激光加工。接着，通过飞秒激光分别对两个初级密封垫相对的接触面进行加工，得到两个次级密封垫，各次级密封垫的接触面上形成微结构2，从而通过微结构2来提高各次级密封垫表面的憎水性，进而提高密封垫1之间接触面处的防水性能。再接着，基于渗水压力，对两个次级密封垫进行防水能力测试，若通过则说明次级密封垫合格，能够满足渗水压力下的防水性能，否则再次进行飞秒刀光加工，直至通过防水能力测试，从而通过防水能力测试确定出能够抵御渗水压力的次级密封垫，避免后续使用过程中发生渗漏。最后，将通过防水能力测试的次级密封垫置于盾构隧道中管片接缝5，以提高管片接缝5的防水性能。
也就是说，本发明提供的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，通过飞秒激光能够提高密封垫1的憎水性，进而提高盾构隧道中管片接缝5防水性能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，其特征在于，所述方法包括：
对两个初级密封垫的表面进行清洁处理；
将清洁处理后的两个所述初级密封垫均同时置于飞秒激光加工台上；
通过飞秒激光分别对两个所述初级密封垫相对的接触面进行加工，得到两个次级密封垫，各所述次级密封垫的接触面上形成微结构，以提高各所述次级密封垫的憎水性；
其中，加工过程包括以下几个阶段；
第一阶段：在飞秒激光作用下，所述密封垫其组成为高分子聚合物的较长分子链会发生断裂，形成短分子链，所述密封垫表面产生了大颗粒结构；
第二阶段：飞秒激光能量的进一步升高，将大颗粒结构热解为小颗粒结构，并不规则的分布于所述密封垫的表面；
第三阶段：在飞秒激光下，继续对所述密封垫表面进行热解反应，使其表面出现形状不规则的板状结构，并形成沟壑，且小颗粒继续分解为更小的微纳颗粒；
第四阶段：当输入的激光能量与所述密封垫表面的热解过程达到动态均衡时，从而使得所述密封垫表面形成稳定的所述微结构；
基于渗水压力，对两个所述次级密封垫进行防水能力测试，若通过则说明所述次级密封垫合格，能够满足所述渗水压力下的防水性能，否则再次进行飞秒激 光加工，直至通过防水能力测试；
将通过防水能力测试的所述次级密封垫置于盾构隧道中管片接缝，以提高所述管片接缝的防水性能。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，其特征在于，所述对两个初级密封垫进行清洁处理，包括：
通过酒精擦拭两个所述初级密封垫的表面；
使用纯净水多次冲洗两个所述初级密封垫的表面。
3.根据权利要求2所述的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，其特征在于，在所述使用纯净水多次冲洗两个所述初级密封垫的表面之后，所述方法还包括：
通过超声设备对两个所述初级密封垫进行清洗；
吹干两个所述初级密封垫。
4.根据权利要求1所述的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，其特征在于，在所述将清洁处理后的两个所述初级密封垫均同时置于飞秒激光加工台上之前，所述方法还包括：
通过酒精擦拭所述飞秒激光加工台。
5.根据权利要求1所述的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，其特征在于，所述微结构包括鱼鳞形凸起或者波纹形凸起中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，其特征在于，所述通过飞秒激光分别对两个所述初级密封垫相对的接触面进行加工中，所述飞秒激光的加工能量为7.5J/cm2-15J/cm2。
7.根据权利要求1所述的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，其特征在于，所述通过飞秒激光分别对两个所述初级密封垫相对的接触面进行加工中，所述飞秒激光的走向与所述初级密封垫的中轴线具有夹角。
8.根据权利要求7所述的一种用于提高盾构隧道中管片接缝防水性能的方法，其特征在于，所述夹角为30-45°。
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