不同构型盾构隧道管片密封垫防水性能分析

为研究大直径盾构隧道管片接缝密封垫截面构型对防水性能的影响,分别构建三角形、圆形、半圆+三角形构型密封垫数值模型,分析不同张开量、错台量组合下密封垫接触应力。研究结果表明,三角形及圆形构型封垫接触应力呈两头大、中间小的趋势分布,截面实心区域压缩反力较大,传递到接触面出现峰值应力,开孔区域应力较小。错台压缩中密封垫变形及受力状态更复杂,随着错台量的增加,接触面更扭曲,接触路径发生改变。随着错台量的发展,三角形和圆形构型密封垫接触路径变长,半圆+三角形构型密封垫接触路径缩短。结合箱型图分析,提出以中位数接触应力作为评价指标,该指标能排除异常值,反映的接触面情况更加真实。

公路隧道内壁接缝处弹性密封垫的防水失效机理研究

依托某公路隧道工程项目,通过有限元软件建立弹性密封垫与混凝土沟槽的数值模型。研究施加水压力后弹性密封垫的变形和受力特性,对不同水压力作用下的失效机理进行剖析,从而验证其合理性。结果表明:未施加水压力时,弹性密封垫接触应力沿中轴线呈对称分布,峰值出现在端部位置。由于水压力对密封垫的冲击,使得弹性密封垫出现了明显变形,主要表现在密封垫中间孔洞的缩小和左侧与沟槽间空间的增大。左侧孔洞明显变小,但仍上下对称。施加水压力后,施加水压力的一侧接触应力减小,接触应力非对称分布,总体呈现出左高右低的变化趋势,且接触应力大小变化趋势相较于无水压工况较为滞后。

油浸式变压器用密封垫圈的材质对比分析及选用探讨

本文中作者对造成电力变压器渗漏油的原因之一的密封垫使用选型为切入点进行分析,对密封垫的材质性能综合分析,得出密封垫圈的重要性,并根据密封垫圈材质的差异,制定了一套适合变压器用的密封材质方案。

基于深度神经网络代理模型的盾构隧道密封垫断面优化

合理的弹性橡胶密封垫断面形状是保障盾构隧道管片接缝防水设计性能的关键。密封垫断面优化设计时,需要反复进行材料大变形、接触分析等复杂的非线性计算,极大限制了优化效率。为此,以闭合压力与有效接触压力占比为双控目标,提出了一种结合深度神经网络代理模型的结构优化算法。在遗传算法框架下,深度神经网络代理模型可以实现由断面形状到接触应力场的快速映射。同时,迁移学习的引入实现了不同类型断面形状代理模型的知识复用,仅利用小样本即可建立高精度的接触应力预测模型,从而有效提高了闭合压力约束条件下的密封垫结构断面优化效率。

越江盾构隧道密封垫长期防水性能模拟研究

越江盾构隧道承受水压大,对密封垫的防水性能要求较高,对内外道密封垫长期防水性能进行研究,基于材料黏弹性理论,采用数值模拟方法分析越江隧道内外道密封垫的应力松弛现象。首先不考虑密封垫应力松弛系数,进行首次数值模拟,在上述结果的基础上,考虑应力松弛系数进行第2次数值模拟,橡胶设置为黏弹性材料,使用Maxwell模型描述其松弛行为,并使用预先拟合得到的模型参数进行黏弹性分析。得到密封垫的压缩曲线及平均接触应力随时间变化曲线,通过分析,得出内外道密封垫在接缝张开量8mm、错台量6mm的情况下,使用100年后,最终应力松弛系数分别为0.75,0.61。

薄型管片密封垫沟槽外侧混凝土损伤规律

依托某电力盾构隧道工程,建立密封垫-管片相互作用模型,通过改变弹性密封垫硬度、接缝张开量、错台量、密封垫沟槽尺寸和位置,对密封垫沟槽外侧混凝土的裂损情况进行了分析。结果表明:密封垫与管片的正向挤压和切向错台均会引起混凝土裂损,其中接缝错台量的影响最大;密封垫沟槽深度越小、沟槽与管片外侧的距离越大,混凝土裂损程度越低。对于薄型混凝土管片接缝设计,在满足管片防水和局部承压要求前提下,建议尽量减小密封垫沟槽深度,增大沟槽与管片外侧的距离。

盾构隧道管片接缝密封垫防水耐久性试验研究

为研究盾构管片接缝橡胶密封垫的防水耐久性,开展了橡胶密封垫水热加速老化试验,并对老化后试样进行拉伸力学性能试验、试样表面电镜扫描与长期防水性能试验,分析了橡胶垫表面微观尺度下的防水失效机理;采用橡胶密封垫极限防水压力为耐久性评价指标,结合基于Arrhenius方程的p-T-t数学模型,推导了橡胶密封垫长期防水性能折减系数的预测公式。结果表明:老化后橡胶密封垫表面接触状况的恶化和橡胶材料的硬化,加速了橡胶密封垫接触面间渗漏通道的形成;橡胶密封垫防水性能随着老化时间的增加不断降低,但下降速度逐渐减小。采用提出的防水性能预测公式对广东榕江-关埠引水工程盾构隧洞实际使用的橡胶密封垫的耐久性进行了预测,预测服役100 a后的老化系数为0.390,结果相对于仅考虑橡胶材料力学性能时的预测结果偏小12.36%,对原设计使用期内频繁出现的渗漏现象提供了合理解释与更准确的寿命预测。

受压状态下盾构隧道接缝密封垫老化性能研究

随着盾构隧道技术的发展,对接缝密封垫长期防水能力的可靠性要求不断提高。为探索温度作用对盾构隧道管片接缝三元乙丙橡胶(EPDM)密封垫力学性能的影响规律,研究盾构隧道管片接缝EPDM密封垫的长期力学性能,开展受压状态EPDM密封垫100℃以上高温老化试验,对高温老化后的密封垫进行力学性能试验与微观试验。研究发现:受压状态下高温老化后的密封垫,其接触应力显著降低,截面孔洞变小,最大的不可恢复变形量超过了压缩量的50%。而无压缩状态下老化的密封垫接触应力损失不大,在部分情况下甚至有所增强,其截面高度与孔洞没有明显变化。说明压缩力会促使高温老化后密封垫产生更大的永久变形,加快其接触应力的衰减。为更真实地表征温度对接缝密封垫的劣化机制,试验应采用受压状态下密封垫,并将温度控制在100℃以内。受压状态下老化的密封垫,其接触应力随着老化时长、老化温度的增长而减小。错台对接触应力的影响随着老化时长、老化温度的增大而减小。老化后EPDM的热氧稳定性、分子结构变化不大,微观表面产生了坑洞与裂缝,说明密封垫老化后橡胶表面劣化是接触应力衰减的诱因。与橡胶化学性能的老化相比,橡胶永久变形引起的密封垫截面变化对防水性能影响更显著。研究成果可为接缝密封垫密封性能评定提供参考。

基于网格映射技术的弹性密封垫孔洞设计研究

针对密封橡胶在压缩情况下易发生翘边而严重影响管片接缝防水效果的问题,基于ABAQUS/Standard中的网格映射技术,建立了超弹性橡胶密封垫的压缩数值模型,对7种不同开孔形状、开孔率、孔洞排列方式的密封垫开展轴向压缩数值模拟。结果表明:在整个压缩数值模拟过程中,弹性橡胶密封垫接触面应力呈现两端大、中间小的多峰值W形分布;闭合孔为圆角三角形的密封垫相较于其他开孔形状的密封垫,平均接触应力最大值提升86.8%;开孔率为0.294的密封垫相较于其他开孔率的密封垫,平均接触应力最大值提升92.6%;错孔排列的密封垫相较于对孔排列的密封垫,平均接触应力最大值提升25.2%;相较于敞开孔构型变化,闭合孔构型变化对接触应力的影响更大,两者同一工况下平均接触应力最大可相差85.2%。

盾构隧道复合式密封垫低温性能试验研究

依托哈尔滨地铁3号线某区间盾构工程,采用室内试验设计三元乙丙橡胶与遇水膨胀橡胶的低温硬度试验,得到2种橡胶在不同温度下的硬度参数。通过复合式密封垫的低温压缩试验探究其在压缩过程中的受力及变形情况,最后探究荷载施加速率对复合式密封垫低温压缩过程的影响。研究发现:温度每下降5℃,橡胶密封垫邵氏硬度上升(2~3)HA;在低温条件下,复合式密封垫压缩至相同压缩量所需的压力随着施加荷载速率的降低而变小;-10,-15,-20℃温度条件下复合式密封垫所需压力的降低幅度大于0,-5℃温度条件下所需压力。

预制拼装综合管廊管片接缝三元乙丙橡胶密封垫长期防水性能研究

针对预制拼装综合管廊管片接缝防水密封垫的耐久性问题,以广州市某综合管廊工程为依托,采用实际工程使用的三元乙丙橡胶密封垫,设置不同的接缝高度与老化温度,对密封垫开展长期防水性能试验研究。根据密封垫随老化时间变化的压缩接触应力和永久变形数据,拟合得出密封垫性能老化函数模型,研究不同接缝高度的密封垫能否满足相关规范规定的100年防水使用要求,以期为实际工程设计提供参考。

甘蔗制造! 德国SEALABLE公司研发环保型隧道管片密封垫

目前,大部分的管片密封垫采用三元乙丙橡胶制成。这种材料耐臭氧、耐热、耐老化,性能优异,是常见的建筑防水材料。三元乙丙橡胶主要使用乙烯和丙烯生产,这些原材料传统上都是从原油中提取的。最近,德国的隧道管片密封垫制造商SEALABLE开始尝试从甘蔗中提取生物基乙烯,以此作为原材料来生产隧道管片密封垫。据称,这种使用甘蔗生产的管片密封垫的材料特性和传统管片密封垫没有不同,不会对性能产生负面影响。

深埋调蓄隧道盾构管片密封垫结构及安装工艺试验研究

为探究大埋深、高水压盾构隧道管片防水性能,以苏州河深层排水调蓄隧道为建设背景,重点研究了盾构管片密封垫结构设计和安装工艺,分析了锚固式密封垫结构设计问题、安装工艺类型、缺陷管片修复方案及成品保护方案。研究结果表明:由于三元乙丙橡胶不可压缩,管片拼装困难,导致管片接头交会处混凝土被压碎,隧道渗水性增加。基于工程实践经验和具体工程地质条件,针对性地提出了2种密封垫结构设计方案。在锚固式密封垫安装过程中,提出了一种磁吸式方案,相较于自锚式和真空吸附式,其安装效率和安装步骤有待提高。基于锚固式密封垫安装试验,混凝土试验管片的浇筑质量不一,主要有密封垫嵌入完好及密封垫角部被拉出2种情况,后者主要是由于混凝土振捣过程不充分导致的。基于此,研究提出了更为合理的自锚式密封垫设计尺寸和系统性的缺陷修复方案。提出了采用锚固式密封垫方案的盾构隧道管片成品保护方案。

河底浅埋地铁盾构隧道管片防水密封垫优化研究

为解决水下浅埋地铁盾构隧道密封垫与混凝土管片结合处,特别是脚部容易发生渗漏水的问题,文章结合沈阳地铁4号线下穿长岛内河地铁盾构隧道项目,将传统的现场粘贴防水密封垫工艺优化为新型嵌入式管片密封垫,在管片生产时一同进行预制;另外,针对传统防水密封垫角部实心构造形式导致的拼装时易“隆起”甚至碎裂的不利于防水的弊端,经方案比选,在脚部中心位置增加2个孔径为8mm的空心孔可显著降低闭合压缩力和脚部接触应力,试验结果表明上述2项盾构隧道管片密封垫防水优化设计可有效提升密封垫防水的能力。

盾构管片弹性防水密封垫与混凝土相互作用规律研究

针对盾构管片接缝外侧混凝土裂损灾害问题,建立了弹性防水密封垫混凝土相互作用模型,对管片接缝外侧裂纹产生的机理和规律进行了研究,提出并验证了合适的密封垫型式。研究结果表明,采用双排圆形开孔、3条脚柱的密封垫型式能够在兼顾防水性能的同时减小对盾构管片外侧混凝土的损伤。

盾构法联络通道密封垫设计及防水试验研究

为探究适合盾构法联络通道工程的密封垫断面形式,以宁波市轨道交通3号线第1条盾构法联络通道为工程背景,针对遇水膨胀橡胶设计阴阳凹凸、圆形孔洞、梳形、矩形等4类断面。对各断面形式进行可行性分析,选取阴阳凹凸断面与矩形断面作为初选方案。利用Abaqus/Explicit计算模块对2种断面的接触应力进行有限元分析,通过设计"一"字缝耐水压力试验,验证数值模拟中接触应力较大的矩形断面的防水能力。研究表明:1)数值模拟结果显示,接触面最大接触应力与平均接触应力均随着张开量的增加而减小;同等张开量与错台量下,在压缩与膨胀2个阶段中,矩形断面的接触应力均大于阴阳凹凸断面,因此选取矩形断面作为备选方案。2)"一"字缝耐水压力试验结果表明,矩形断面密封垫保压48 h后耐水压力明显提升,且张开量越大耐水压力提升幅度越大。3)综合数值模拟与试验结果可知,该矩形断面密封垫满足0.6 MPa的防水要求。

盾构隧道管片接缝密封垫防水技术的现状与今后的课题

在追溯盾构隧道接缝防水密封垫的技术发展历程的基础上,通过对防水密封垫材质选用与加工方式,弹性橡胶、遇水膨胀橡胶及复合橡胶密封垫各自的功效及其在不同隧道类别、不同使用条件下的应用,单道密封垫与双道密封垫设置的评价等反映密封垫防水技术的现状,进而提出劣质密封垫或受损密封垫取代、管片接缝密封垫的设计与应用等研究课题。

管片接缝螺栓孔外侧双道密封垫合理布置型式研究

目前普遍使用的单道三元乙丙橡胶密封垫防水型式无法满足水下盾构隧道管片接缝防水新要求,而既有的双道密封垫防水体系受螺栓孔防水性能的限制无法充分发挥其应有的防水性能。依托江阴靖江长江隧道,提出将双道密封垫均放置于螺栓孔外侧的新型防水体系,并结合设计对比分析双层密封垫连续布置和间隔布置2种型式的防水性能。基于不同的沟槽布置形式,设计可更换内胆的T字缝耐水压测试设备,并开展室内物理模型试验,研究结果表明:1)螺栓孔外侧连续布置的双道密封垫的防水性能表现不佳;2)在讨论连续布置双道密封垫的匹配策略时,发现“外主内辅”对整体防水性能有2.02%的提升,“外辅内主”则导致整体防水性能下降4.71%;3)较单道密封垫,螺栓孔外侧间隔布置双道密封垫防水体系的整体防水性能可提升9.68%~16.13%。

盾构隧道管片接缝三元乙丙橡胶密封垫力学性能影响因素敏感度分析

为研究盾构隧道管片接缝三元乙丙橡胶密封垫力学性能的影响因素,首先,以实际工程为背景,采用自主设计的试验系统进行试验,并以此验证数值模型的可靠性;然后,利用数值模型,采用正交分析方法,对密封垫断面参数(开孔形状、断面开槽数量、断面开孔率)、密封垫橡胶材料硬度、密封垫拼装姿态(张开量、错位量)进行六因素三水平的密封垫力学性能影响因素的敏感度分析;最后,结合力学性能研究与防水性能预测需求,提出以闭合压缩力、密封垫接触应力分布作为分析指标。研究结果表明:1)针对密封垫装配时所需的闭合压缩力,其影响因素主次顺序为张开量、断面开孔率、橡胶硬度、开槽数量、开孔形状、其他因素以及错位量;2)密封垫接触应力分布的影响因素主次顺序为开孔形状、断面开孔率、错位量、其他因素、张开量、橡胶硬度、开槽数量。根据研究结果选取对密封垫力学性能影响较为显著的因素进行单因素分析,然后根据分析结果及橡胶垫密封垫防水性能预测方法,提出背景工程管片接缝密封垫的优化方案。

《盾构法隧道管片用橡胶密封垫》标准解读

介绍了编制《盾构法隧道管片用橡胶密封垫》国家标准的背景以及标准制定的原则;对该标准的主要内容,包括范围、分类、物理性能要求、试验方法等进行了较详细的说明。