盾构隧道承插式接头管片防水性能试验研究

国内正在尝试采用一种新型接头——承插式接头来实现管片之间的连接,这种接头可满足快速拼装要求,但其防水性能却未曾验证。为保障承插式接头管片在推广应用过程中的防水性能,有必要对承插式接头的管片接缝防水性能开展研究,为新型管片扩展应用提供理论依据。以南京江心洲污水收集系统二通道建设工程(穿越夹江段)为实例,通过开展接缝密封垫压缩性能试验、管片接头防水性能试验、管片纵缝拼装滑动试验研究承插式接头管片接缝的防水性能,为工程项目方案提供可行性参考依据。各项试验研究结果表明:1)纵缝EPDM密封垫完全压密需要的压缩力较小,可以符合承插式接头纵缝拼装特性;2)纵缝双道密封垫在滑动拼装过程中有脱落挤出的风险,进行润滑处理可以有效地降低摩擦力;3)内外道EPDM密封垫在设计的极限张错量工况下,防水能力在0.9 MPa以上,可以满足设计防水要求。

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%。

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。

富水地层地铁盾构管片接缝和车站关键部位防水技术研究

地铁建设途经富水地层时,隧道盾构管片接缝以及地铁车站底板倒角、施工缝、变形缝、接地电极、格构柱、风井等关键部位均是防水的薄弱环节,而常规措施难以满足地铁隧道盾构管片接缝防水和地铁车站防水要求。文章以沈阳地铁4号线为例,针对长白岛站至长白南站区间以及南马路站位于富含水层地区工况,对地铁隧道盾构管片接缝采用新型“橡胶密封垫+非固化橡胶沥青防水涂料”组合式防水技术,对地铁车站底板易渗水关键部位采取特殊加强防水措施。相关措施可有效防止地铁防水薄弱区域的渗漏现象,并可为其他类似富含水层地铁盾构工程关键部位防水提供参考和借鉴。

高水压盾构隧道新型管片接缝密封性试验研究

针对高水压盾构隧道新型管片接缝的密封性能,通过遇水膨胀橡胶密封垫水密性试验和耐久性试验,研究了管片接缝的防水性能,并获得了反映遇水膨胀橡胶密封垫防水性能和耐久性能的关键参数,以期为同类型隧道在轨道交通中的应用和推广提供技术支持。结果显示,对于遇水膨胀橡胶密封垫水密性试验,在双缝张开量3 mm、错缝2 mm工况下,水密性试验全部满足设计水压值0.8 MPa,且极限压力分别为1.5 MPa、1.5 MPa和1.0 MPa,有较大的安全储备;对于遇水膨胀橡胶密封垫耐久性水密试验,在双缝张开量3 mm、错缝2 mm工况下,有两组试验达到设计水压,极限压力分别为1.4 MPa和1.3 MPa,老化后的极限承压能力略有下降。

盾构隧道管片接缝防水体系演化历程与展望

为应对不断变化的防水需求,接缝防水体系经过不断演化,产生了多种布置方式,但当前业内对各种布置形式的接缝防水体系尚未有统一的描述。为便于统一指代,调研分析国内各种盾构隧道管片接缝防水的发展过程,针对盾构隧道管片接缝防水体系特征提出代系划分方法,并详细阐述各代系的构造特征及主要适用范围,具体包括3代:采用单道三元乙丙橡胶密封垫的第1代接缝防水体系,以单道三元乙丙橡胶+遇水膨胀弹性体形成“一主一辅”的第2代接缝防水体系,以双道三元乙丙橡胶密封垫为主体的第3代接缝防水体系。最后,结合目前大型水下盾构隧道的建设需求,从防水体系韧性、极端工况下防水体系及密封垫受力状态下耐久性等方面提出接缝防水体系今后的发展趋势。

火灾高温下盾构管片接头橡胶防水性能劣化规律试验研究

为了研究盾构管片在火灾高温下引起的接头密封橡胶条防水性能的劣化规律,对复合接头橡胶条材料进行了耐高温试验。试验结果表明:(1)温度及压缩量对于管片接头防水性能影响较大,在橡胶条位置达到170℃以后,接头张开量达到6mm以上,防水性能全部失效;(2)遇水膨胀橡胶的耐火性能较差,在密封橡胶条整体还未达到耐高温极限时,遇水膨胀橡胶部分防水性能已经失效;(3)在170℃以下,接头密封橡胶条弹性并未完全失去,可以通过增加压缩量产生较大压缩应力来达到止水目的。

盾构法隧道管片接缝双道密封垫防水试验研究

研究目的:管片接缝防水是盾构法隧道整个防水系统中最为关键的部位,以往研究多针对单道弹性密封垫,对于双道密封垫,虽然应用案例越来越多,但对其防水机理与设计方法的研究较少,防水设计缺少理论支撑。为此,本文以某隧道为案例,对双道密封垫的防水机理、防水能力和设计方法进行研究。研究结论:(1)由于密封垫接触面凹凸不平,存在极细微渗漏孔洞,因此其防水能力受接触面最大接触应力和接触面细微孔洞的水流阻力双控制,通过提高密封垫接触面的平整度进而减少细微孔洞的数量与大小,是加强防水能力的关键因素;(2)当内侧密封垫防水能力不高于外侧密封垫时,其总防水能力为外侧密封垫残余防水能力与内侧密封垫防水能力之和,且残余防水能力要低于初始防水能力;当内侧密封垫防水能力高于外侧密封垫时,总防水能力约等于内侧密封垫防水能力;(3)建立了双道密封垫整体防水能力的计算公式,提出了双道密封垫、双道密封垫与遇水膨胀橡胶止水条组合时的布置方法与技术要求;(4)本研究成果可为高水压盾构隧道的防水设计提供技术支撑。

软土地区通缝拼装地铁盾构隧道管片纵缝接头的优化

针对软土地区地铁盾构隧道管片纵缝接头因地表超载易发生破损的问题,考虑软土地层的特性,提出在软土地区盾构隧道横向刚度设计中,采用加大隧道结构刚度和强度的"刚性衬砌"设计理念,对管片纵缝接头进行优化。通过局部或者整体增加管片的厚度,均可增加管片纵缝接头的抗弯刚度,从而明显减小管片环的变形,虽然由此使得管片环的弯矩有所增大,但管片环变形减小的幅度远大于其弯矩增大的幅度;分别设计外张纵缝接头与内张纵缝接头连接螺栓的位置,纵缝接头的连接螺栓应靠近接头张开的一侧;在管片环分块时尽量将管片纵缝接头设计在弯矩较小的位置,同时在满足施工的条件下,尽量减少管片环的分块数量;局部加强纵缝接头位置的管片棱角,以预防管片接头棱角破损;通过合理设计防水密封垫的位置及断面形式,加强盾构隧道管片纵缝接头的防水能力。

长大深埋节段式沉管隧道节段接头构造方案比选

文章以长大深埋节段式沉管隧道工程为背景,根据不同的防水体系及剪力键布置形式,提出并探讨了六种可行的节段接头构造方案,经设计、施工及运营养护等方面的综合比选,认为"内侧(背水侧)OMEGA止水带+中埋可注浆式止水带双道防水系统/外侧(迎水侧)剪力键"的节段接头构造方案更具有优势。在实际工程应用中应根据具体工程情况予以选用。

盾构隧道管片接头嵌入式密封垫防水性能探究

为解决传统密封垫易于与混凝土管片胶结处发生渗漏水的问题,对新型嵌入式密封垫的防水性能进行研究。与传统的现场粘贴防水橡胶密封垫的工艺不同,嵌入式密封垫是将密封垫与混凝土管片整浇预制。采用模型试验和有限元数值模拟方法,对隧道接头中嵌入式密封垫的防水能力进行分析和论述。研究结果表明:文中所涉截面形式的嵌入式密封垫在控制工况,即张开量7mm、错缝量10mm的情况下,满足上海深层排水调蓄隧道0.6MPa的耐水压力要求,且弥补了传统密封垫易从密封垫与混凝土接触面渗漏水的缺陷。此外,通过在密封条两侧设置凹槽,可有效减小密封垫脚部与混凝土间接触应力,减少局部应力集中,保证混凝土管片的完整性,提高接头防水能力。

超高水压大直径盾构隧道管片接缝防水设计与试验研究

针对目前国内承受水压最高的大直径盾构隧道工程,提出一套较系统的弹性密封垫设计流程与研究方法,研究该类管片接缝防水的规律。首先,基于国内外现有研究成果,结合工程特点,确定了超高水压大直径盾构管片接缝防水双道弹性体的布置方式;其次,对防水技术标准进行研究,为深入分析弹性密封垫的相关设计内容与试验成果奠定基础;再次,重点对弹性密封垫的断面形式进行多方案比选分析;最后,通过独特的试验系统与试验方法,对不同断面的弹性密封垫进行高水压防水能力试验以及密封垫装配力试验,综合分析试验成果,最终确定最优防水设计方案。

地震下大断面盾构隧道接缝力学及防水性能研究

为研究大断面盾构隧道在地震条件下接缝力学及防水性能,利用ABAQUS分别建立了地层-结构三维有限元模型及密封垫二维有限元实体模型,研究了在不同地震强度下管片接缝的力学性能及错台量与张开量,基于不同位置接缝变形结果讨论了隧道防水性能退化情况。结果表明:(1)中震与大震下左侧拱腰下侧接缝处的最大主拉应力已超过混凝土最大抗拉强度,混凝土出现一定损伤;(2)不同地震强度下纵缝错台量分布规律及大小基本相同,呈"眼镜"状分布,拱顶与拱底错台量相对较小,拱腰与拱脚处错台量较大;(3)拱顶右侧接缝防水能力保持最好,可达2.77MPa,相比正常情况仅削弱16%,环内拱腰附近接缝防水能力削弱严重,防水性能削弱达到40%。

防水密封垫布置方式对管片接头的力学影响分析

为实现管片接头的受力和接缝防水共赢,利用可模拟复杂接头特性的管片接头力学模型,分析不同位置、不同宽度、不同数量的密封垫对管片接头的力学影响,并探讨兼顾管片接头受力与密封垫防水的接头设计,给出相应改进建议。研究表明:1)对于软弱地层的管片接头,密封垫靠近接缝面中部布置可以使管片接头保持较高的抗弯刚度,降低接头混凝土压溃和螺栓受拉屈服的风险,确保管片接头的受力安全,并具有良好的接缝防水能力;2)对于硬质地层的管片接头,其密封垫靠近接缝面边缘布置或采用大宽度密封垫,并配合采用改进接缝面接触方式和改善螺栓材质等综合措施,可达到同时降低接头抗弯刚度、确保接头安全、提高接缝防水的目的。

盾构隧道防水设计要点

国内地铁盾构防水设计起步较晚,经历了从简单关注接缝防水到将管片自身防水防腐、接缝防水、管片制作、管片外注浆等进行综合考虑,形成严密的盾构防水体系的过程。笔者根据自己的设计经验,对盾构防水设计体系作了系统介绍。

管片接缝弹性密封垫防水性能评价方法研究

研究目的:现有盾构隧道管片接缝密封垫防水性能主要采用平均接触压力和有效接触应力评定,未考虑密封垫接触面凹凸不平以及存在极细微渗漏孔洞的影响,造成数值模拟与试验结果有较大差异。为完善密封垫防水性能评价方法,建立量化评价指标,本文推导密封垫有效总泄漏率公式,并通过数值分析与防水试验,证明所提有效总泄漏率指标作为密封垫防水性能评价方法的合理性。研究结论:(1)有效总泄漏率可以作为评价密封垫防水性能的一个量化指标;(2)由于密封垫接触面凹凸不平,存在极细微渗漏孔洞,密封垫设计时不仅要计算有效接触应力占比,还要计算有效总泄漏率;(3)当接触应力较大且有效接触应力占比较高时,防水能力由接触应力控制;当接触应力较小或有效接触应力占比较低时,防水能力由有效总泄漏率控制;(4)本研究成果可为密封垫设计提供理论指导。

盾构隧道管片接缝密封垫设计参数研究

为了研究盾构隧道管片接缝密封垫设计参数,文章通过统计数据分析了盾构隧道管片接缝密封垫材质、断面形式、孔洞排布方式等设计现状。基于统计样本以密封垫底边长度为控制变量,对密封垫外轮廓参数进行了线性回归分析。采用数值模拟方法从密封垫闭合孔排数、闭合孔孔型、不同部位开孔率变化等方面分析了几何参数对密封垫防水设计的影响。参考我国相关规范推荐的橡胶硬度范围,分析了橡胶硬度参数对密封垫防水设计的影响。结果表明:盾构隧道管片接缝密封垫闭合孔采用双排孔形式防水效果最好;对孔布置形式能提供更好的防水效果;完全闭合压缩力、垫间平均接触压力均与开孔率呈负相关;橡胶邵尔硬度在60~70度范围内时,垫间平均接触压力与垫砼间平均接触压力均与橡胶硬度呈现线性正相关。

上海市高水压深层排水盾构隧道管片接缝密封垫形式试验研究

为使接缝处弹性密封垫在张开8 mm、错位10 mm的情况下仍能满足1.2 MPa高水压长期防水性能设计要求以及保证盾构拼装能力,对采用双道耐高水压密封垫的上海市深层排水盾构隧道工程接缝防水密封垫断面形式进行设计。对不同断面密封垫进行防水性能以及闭合压缩力数值模拟,通过对比分析、不断优化,得到防水和力学性能较优的密封垫断面形式,并进行管片接缝防水性能试验和闭合压缩力试验。试验结果表明:采用推荐断面形式的密封垫在邵尔A硬度为67度时,在精确装配下和接缝张开8mm、错位10 mm的情况下均满足1.2 MPa的长期防水能力要求,且适应盾构的拼装能力。

非固化橡胶沥青涂料在富水地层盾构隧道管片接缝防水中的应用研究

在富水地层中,盾构隧道管片接缝防水的效果影响隧道施工质量及后期运营安全,而常规措施难以满足管片接缝防水的需求。文章通过调查分析非固化橡胶沥青涂料的组成成分、非固化性能和防水机理,提出了非固化橡胶沥青涂料与橡胶密封垫相结合的盾构隧道管片接缝复合防水技术,并应用在长沙某地铁盾构隧道下穿浏阳河试验段。通过统计穿越浏阳河后的左右线隧道渗漏情况,结果表明,采用非固化橡胶沥青涂料与橡胶密封垫相结合的盾构隧道管片接缝复合防水技术,可有效减少管片接缝的渗漏率,防水效果明显。

地铁盾构隧道衬砌管片密封槽尺寸优化分析

文中以天津市地铁Z2号线衬砌管片密封槽截面尺寸为基础,根据经验公式提出了一种密封垫断面形式,从弹性橡胶密封垫防水机理及防水失效影响因素出发,提出不同密封槽尺寸对应的密封垫修改方法,并根据此方法建立不同工况下的二维数值模型。通过数值计算,得到张开量为零时密封垫表面平均接触应力、闭合压力,分析密封槽尺寸对密封垫防水性能影响规律,并提出密封槽尺寸设计及优化建议。