[0001] 本发明涉及盾构隧道技术领域，具体地，涉及一种螺栓连接件、盾构隧道防排水系统及方法。

[0002] 防水多采用遇水膨胀橡胶，随着盾构隧道面临的水压越来越大，内侧防水也采用防水密封垫是一种新的趋势。双道防水相比单道防水的性能有所提高，但仍存在以下问题：1)采用内外侧两道防水后，位于内外侧之间的螺栓孔成为防水性能的薄弱点，影响到实际的防水性能；2)隧道外侧水体突破外侧防水密封垫后，缺乏一种监测及控制的系统来确保内侧防水密封垫不被突破。上述问题的症结主要在于盾构隧道主要采用防水的思路，试图将水控制在隧道外侧，而盾构隧道的排水仅仅是针对渗漏水和隧道内的污水。

[0003] 经检索，申请公开号为CN111101983A的中国发明专利，公开一种盾构隧道的管片、衬砌、盾构隧道及其水压控制方法，该专利在管片内侧沿接缝设置接水盒，在管片外侧防水密封垫与接水盒设为控压通道，通过在控压通道内灌注液体形成一定压力来提升外侧防水密封垫的防水性能，接水盒可排水来维持控压通道内的压力。该专利设计的控压通道在理论上有一定的创新性，但并不具有可实施性。首先，盾构隧道管片间的间隙是全环向全纵向相通的，通过在这个空间内灌注液体需要较大的灌注量，也无法形成一定压力。其次，该专利并未提供灌注的方式，这对于控压方案至关重要。最后，该专利无法判断外侧防水的渗漏。

[0034] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0035] 本发明实施例提供一种盾构隧道管片螺栓连接件，参照图1和图2，该螺栓连接件沿长度方向依次包括螺纹段1、透水段2、螺杆段3、密封段4和控压段5个区域，透水段2、螺杆段3和密封段4开设贯通的轴心开孔；其中：螺纹段1与普通螺栓一样，用于与管片固定连接；透水段2分布于管片接缝两侧一定范围内，其表面设置透水段开孔6，透水段开孔6连通至透水段2的轴心开孔，形成透水孔；螺杆段3的轴心开孔形成接缝内水体的排水通道8；密封段4用于堵封螺杆段3，防止接缝内水体从螺杆段3与螺栓孔18间的缝隙排出；控压段5设有泄水阀12，当排水通道8内水压超过泄水阀12的安全控制压力时，泄水阀12打开，使得接缝内水体从排水通道8排出，降低接缝内水压，其中，泄水阀12采用现有技术中的阀门结构，其安全控制压力根据内侧防水密封垫防水性能设定，以保护内侧防水密封垫不被接缝内的渗漏水体突破。示例性地，采用微型泄水阀，泄水阀12的一端通过密封段4的轴心开孔与排水通道8(螺杆段3的轴心开孔)连通，另一端与排水管13连接，排水管13采用软管，排水管13汇入隧道内排水系统，从而将接缝内水体自排水通道8排出，以保证隧道安全性。

[0036] 图1示出了相邻管片在环向通过螺栓连接件连接的示意图。具体地，在管片外侧14设有外侧防水密封垫15，在管片内侧16设有内侧防水密封垫17。管片上开设螺栓孔18和螺帽孔19，螺栓连接件位于螺栓孔18中，图中线段表示螺栓连接件的五个分段区域，透水段2分布于管片接缝两侧一定范围内，螺纹段1与环向螺栓螺帽20相配合，实现螺栓连接件与管片的固定连接，确保盾构隧道结构在环向方向的稳定性、密封性和安全性。

[0037] 图2示出了相邻管片在纵向通过螺栓连接件连接的示意图，图中箭头表示盾构掘进方向。具体地，在管片外侧14设有外侧防水密封垫15，在管片内侧16设有内侧防水密封垫17。管片上开设螺栓孔18和螺帽孔19，螺栓连接件位于螺栓孔18中，图中线段表示螺栓连接件的五个分段区域，透水段2分布于管片接缝两侧一定范围内，螺纹段1与纵向螺栓螺帽21相配合，实现螺栓连接件与管片的固定连接，确保盾构隧道结构在纵向方向的稳定性、密封性和安全性。

[0038] 在一些实施方式中，参照图3所示的透水段表面展开的结构示意图，图中宽度方向表示螺栓周长C，透水段开孔6按预设间距在透水段2表面呈梅花型布置。预设间距确保渗漏水具有足够的量进入轴心开孔并形成较一致的压力，同时确保连接件的强度性能满足管片连接要求。

[0039] 在一些实施方式中，为便于制造，透水段2的轴心开孔、螺杆段3的轴心开孔的孔径相同。为提高排水效果，在保证强度的同时，透水段开孔6尽量采取较大的孔径，优选地，透水段开孔6的孔径与轴心开孔的孔径相同，透水段开孔6和排水通道均采用最大的孔径(对应于轴心开孔的孔径)，二者孔径保持一致，相比于其他孔径设置排水效果更好。

[0040] 具体地，参照图4，为从外侧观察螺栓孔18的视图，对应平面图或侧面图凹进去的位置，即手孔22位置，其中，螺栓孔径为d1，螺栓直径为d2，螺栓轴心开孔直径为d3。螺栓连接件分为五个区域：螺纹段1与普通螺栓一样；透水段2分布于管片接缝两侧一定范围内，在其表面设置直径为d3的透水段开孔6连通至螺栓连接件的轴心开孔，形成透水孔；螺杆段3在轴心设置了孔径为d3的开孔(即轴心开孔)，作为接缝内水体的排水通道8。

[0041] 在一些实施方式中，透水段2表面覆盖过滤层7，过滤层7用于过滤自接缝流入透水段2的水体，示例性地，过滤层7采用无纺布，从而避免，避免渗漏进来的水体中的杂质堵塞排水通道8。

[0042] 在一些实施方式中，密封段4包括螺栓帽11，螺栓帽11位于螺杆段3的端部，螺栓帽11与螺杆段3之间设有密封件，示例性地，密封件包括密封垫圈9和钢垫圈10，密封垫圈9和钢垫圈10依次位于螺杆段3与螺栓帽11之间，密封垫圈9用于防止渗漏水从螺杆段3与螺栓孔间的缝隙渗漏出来，钢垫圈10作为拧紧螺栓连接件时的垫圈，避免拧紧的过程中破坏密封圈9，同时也在拧紧过程中压实密封圈9，以确保密封圈9的防水性能。。

[0043] 本发明实施例中的螺栓连接件，其包括螺纹段1、透水段2、螺杆段3、密封段4和控压段5，通过透水段2将突破至接缝内的水体引至螺栓轴心的排水通道8，螺杆段3的轴心开孔作为排水通道8，密封段4可以防止接缝内水体从螺杆段3与螺栓孔18间的缝隙排出，控压段5设置泄水阀12，并根据内侧防水密封垫防水性能设置安全控制压力，当水压超过泄水阀12的安全控制压力时，泄水阀12打开使得接缝内水体从排水通道8排出，降低接缝内水压。
本发明实施例提供的螺栓连接件同时具有排水和控压功能，有利于保护内侧防水密封垫的防水功能，减少盾构隧道的渗漏水病害。

[0044] 在上述螺栓连接件的设计过程中，当采用轴心开孔的螺栓时，应适当提高螺栓直径，并验算螺栓抗剪、抗拉承载力是否满足管片结构连接受力要求。

[0045] 在上述螺栓连接件的生产过程中，螺栓的开孔在工厂批量制作完成。

[0046] 在上述螺栓连接件的安装过程中，管片拼装时安装螺栓，并采用密封塞对螺栓端部开孔进行临时封堵，排水系统施工时再拆除密封塞，安装泄水阀12和排水管13。

[0047] 基于相同的发明构思，本发明另一实施例提供一种盾构隧道防排水系统，包括上述的盾构隧道管片螺栓连接件，还包括外侧防水密封垫15、内侧防水密封垫17，其中：盾构隧道管片螺栓连接件用于在环向或纵向连接相邻管片，如图1和图2所示；外侧防水密封垫15设于管片接缝外侧，外侧防水密封垫15用于抵抗隧道外侧水压；内侧防水密封垫17设于管片接缝内侧，内侧防水密封垫17用于抵抗管片接缝内水压；泄水阀12在当排水通道8内的水压不小于泄水阀12的安全控制压力时自动打开。当排水通道8内的水压泄压至小于泄水阀12的安全控制压力时，泄水阀12关闭。

[0048] 本发明实施例提供的盾构隧道防排水系统，在管片外侧14设置外侧防水密封垫15，在管片内侧16设置内侧防水密封垫17，其中外侧防水密封垫15作为第一道防线，其在运营期作为被动防水抵抗隧道外侧水压，内侧防水密封作为第二道防线，其在运营期结合螺栓连接件的控压功能可实现主动防水抵抗管片接缝内水压，螺栓连接件具有排水通道8，控压段5设置泄水阀12，并根据内侧防水密封垫17防水性能设置安全控制压力，当水压超过泄水阀12的安全控制压力时，泄水阀12打开使得接缝内水体从排水通道排出，降低接缝内水压，从而形成盾构隧道渗漏水的智能防控和自动排水。

[0049] 上述实施例中，第一道防水密封垫(外侧防水密封垫15)的防水性能参数是P1，即外侧防水密封垫15的最大承受水压，第二道防水密封垫(内侧防水密封垫17)的防水性能参数是P2，即内侧防水密封垫17的最大承受水压。盾构隧道外侧水压为P外，盾构隧道接缝内水压为P内，P内指从隧道外侧突破第一道防水密封垫到达接缝内的水压，排水通道8内的水压为接缝内水通过螺栓孔开孔渗漏至排水通道的压力，排水通道8内的水压与接缝内水压可能存在一定差异，这种差异因流通的顺畅问题存在不确定性。一方面，因为施工等因素，第二道防水密封垫的实际防水性能与试验得到的防水性能可能有差异，另一方面，监测到的水压存在小于渗漏通道中施加在第二道防水密封垫的水压的可能性，综合考虑第二道防水密封垫防水和螺栓孔防水性能，设置安全系数ɑ，ɑ＜1.0，泄水阀12的安全控制压力P3为：P3＝ɑP2，安全控制压力P3相对P2有一定的折减，在第二道防水密封垫失效前进行泄压，避免隧道内渗漏，从而提高隧道防排水系统的可靠性。P3的初始设置可以根据试验确定，在运营期可根据监测水压的情况进行必要的修正和调整。

[0050] 在一些实施方式中，泄水阀12在当排水通道8内的水压小于泄水阀12的安全控制压力时，保持关闭，以封闭排水通道8。

[0051] 本发明上述实施例中，当P1＜P外时，第一道防水密封垫失效，盾构隧道外侧水体进入管片接缝内，进一步进入螺栓轴心排水通道8，螺栓排水通道8端部设置泄水阀12，并设置泄压压力控制值。当排水通道8内的水压小于P3时，可视为第二道防水密封垫和螺栓孔防水是安全的，此时螺栓排水通道8端部封闭。当排水通道8内的水压大于等于P3时，可视为第二道防水密封垫和螺栓孔防水存在失效风险，此时自动打开泄水阀12，接缝内水体从螺栓排水通道8排出至管片外排水管13，汇入隧道内排水系统，从而对接缝内水压泄压至安全水压，确保第二道防水密封垫不发生渗漏。当水压泄压至安全水压以内，泄水阀12关闭，螺栓排水通道8不再排水。

[0052] 基于相同的发明构思，本发明另一实施例还提供一种盾构隧道防排水方法，利用上述的盾构隧道防排水系统实现，继续参照图1和图2，该方法包括：

[0053] S1、当排水通道8内的水压小于泄水阀12的安全控制压力时，泄水阀12保持关闭，封闭排水通道8端部；

[0054] S2、当排水通道8内的水压不小于泄水阀12的安全控制压力时，泄水阀12打开，接缝内水体从排水通道8排出至管片外排水管13，汇入隧道内排水系统，直至将接缝内水压泄压至安全水压。

[0055] 需要说明的是，盾构隧道防排水方法实施例中各步骤具体实现过程可以参照上述盾构隧道防排水系统实施例中相应的技术特征，此处不再详述。

[0056] 本发明上述实施例提供的盾构隧道防排水系统和方法，基于“防排结合，以防为主”的思路，利用螺栓连接件的泄水阀将接缝内水体从排水通道排出，使接缝内水压泄压至安全水压，确保第二道防水密封垫不发生渗漏。本发明上述实施例通过智能泄水对接缝内的水压力进行控制，能够确保内侧防水密封垫不被接缝内水体突破，从而提高盾构隧道的整体防水性能，尤其适用于超高水压且难以实现可靠防水的盾构隧道项目。

[0057] 本发明上述实施例，通过监测水压判断外侧防水的失效，并通过排水来控制压力，避免内侧防水的失效和隧道的渗漏，不增加施工工程量和难度，具有可实施性。

[0058] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。