盾构隧道管片接缝内外双道密封垫防水性能试验研究

为探究螺栓孔防水对内外双侧布置双道密封垫防水体系的影响,依托某超大直径盾构隧道工程,自主设计新型双道密封垫防水性能测试装置,开展考虑螺栓孔构造的内外双道密封垫防水体系耐水压测试。研究结果表明:1)螺栓孔对内外双侧布置双道密封垫的整体防水性能具有一定的控制作用,当螺栓孔防水能力不足时,其存在将成为内外双道密封垫防水体系的薄弱环节,可能早于内道密封垫发生渗漏,由此降低内外双道密封垫防水性能较单道密封垫的提升水平;2)当螺栓孔防水性能达到要求后,与单道密封垫相比,内外双侧布置双道密封垫防水体系的防水能力大幅提升;3)对于超大直径盾构隧道,当管片接缝采用内外双侧布置双道密封垫时,应确保螺栓孔防水性能满足双道密封垫间的协同防水要求。

盾尾密封油脂防水密封性能评价指标的相关性分析

[目的]盾尾油脂的性能对盾尾防水密封效果有显著的影响。盾尾油脂的性能检测指标较多,但这些指标与盾尾防水性能的关系尚未阐明,需对油脂各检测指标与防水性能之间的关系展开研究。[方法]选取了4种典型的盾尾油脂材料,分别进行了泵送性试验、稠度试验及耐水压密封性试验,获取了4种油脂的泵送量、锥入深度、保压时间及防水失效压力等4个性能指标的测试数据。基于自主设计的盾尾防水性能试验装置,开展了盾尾油脂的防水性能试验。采用皮尔逊相关系数法,分析了这4个性能指标与防水性能的相关性。[结果及结论]具有长纤维的油脂可以抵抗一定的应力,且较好的保压性能。不同盾尾油脂的防水失效压力有较大差异,其防水失效压力在0.41~0.70 MPa之间,并不是所有盾尾油脂都能满足0.60 MPa的设计防水压力,在油脂选型时应对油脂的性能进行检测。锥入深度与耐水压密封性、锥入深度与防水失效压力之间均呈高度负相关。

上海机场联络线深埋管片接缝防水设计研究

针对上海机场联络线深埋管片所处的高水压环境,考虑接缝错台与张开量、使用年限内的应力松弛等因素,提出防水密封垫的耐水压设计指标,同时提出密封垫的闭合压缩力指标。根据国内相关工程试验和研究,优选两组密封垫断面开展耐水压试验及装配力试验以确定深埋段使用的密封垫断面;对接缝结构构造等进行优化设计,为类似工程提供参考。

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。

盾构管片接缝弹性密封垫防水性能研究

为研究地铁盾构管片接缝弹性防水密封垫的防水性,以天津地铁6号线渌水道站—双港站区间盾构项目为研究背景,采用有限元数值模拟方式,研究了材料硬度、接缝张开量、各种开孔形式和填充率对弹性防水密封垫闭合压力和防水性能的有关影响,并对管片接缝弹性防水密封垫进行了防水性能试验。研究结果表明,接缝防水性能优劣受到装配闭合力、弹性防水密封垫参数、接缝张开量、错台量等因素影响,在装配闭合力、弹性防水密封垫参数一致的情况下,接缝张开量的增大和错台量的增大均会削弱弹性防水密封垫的防水性能。

大直径盾构隧道内高速列车振动下管片接缝变形与防水性能仿真分析

[目的]为防治大直径盾构隧道渗漏水病害,保障高速列车行驶安全与隧道正常运营,必须对高速列车振动下的隧道管片接缝变形与防水性能进行分析研究。[方法]依托湛江湾海底隧道工程,利用有限元软件建立地层-隧道三维模型与密封垫-沟槽二维精细化模型。首先以纵缝为例研究了大直径盾构隧道内高速列车振动下管片位移动力响应与管片接缝变形特征,然后基于最不利管片接头变形工况分析了一种密封垫防水性能。[结果及结论]单列高速列车振动下管片接缝位移响应过程分为变形增加、变形危险与变形消退3个阶段;变形危险阶段管片环上部与左右两端处接缝张开且错台量较大,邻近接缝受两侧管片挤压作用张开且错台变小;轨道道床下接缝几乎无变形,轨道道床会大大减弱列车振动对管片衬砌的影响;密封垫与密封垫间接触应力呈U形分布,密封垫与管片沟槽间接触应力由中间接触部位向两边逐渐减小;相较于密封垫与管片沟槽间接触路径,密封垫与密封垫间接触面更易发生渗漏水。在本工程的最不利工况下,提供的一种三角形开孔密封垫能满足本隧道防水要求。

三元乙丙橡胶密封垫长期防水性能预测研究

为对盾构隧道密封垫长期防水性能进行预测,通过总结以往的密封垫性能预测方法与老化试验方法及成果,参考以往研究将老化试验温度控制在90℃以内、老化时长控制在168 h以内,开展哑铃Ⅰ型三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)热氧老化试验,分析EPDM试件拉断伸长率、拉伸强度和拉断永久变形率的变化规律,给出化学层面的解析,并与以往EPDM密封垫老化试验结果进行对比。根据试验结果认为:EPDM拉断伸长率和拉断永久变形率的衰减是EPDM密封垫防水能力下降的原因之一,EPDM拉伸强度对EPDM密封垫防水能力影响较小,采用EPDM单个拉伸性能指标老化规律预测密封垫长期防水能力不可靠。最后,基于阿伦尼乌斯方程的动力学曲线直化法,预测EPDM拉断伸长率100年后的老化系数约为37%。

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。

超软土盾构隧道接缝防水机理及优化措施

为了对超出设计允许张开量、错台量情况下的盾构隧道接缝防水性能进行评价,探究满足防水要求的密封垫极限张开量、错台量,基于温州市城市轨道交通M1线地铁盾构隧道工程,对选取设计的一种密封垫进行极限张开与极限错台工况下的防水数值模拟,并对该密封垫断面进一步优化。研究结果表明:压缩密封垫需要的拼装力最大值为38.6 kN/m,满足工程盾构隧道拼装力小于60 kN/m的要求;在密封张开和错台工况下,密封垫防水能力都会减小;通过优化弹性密封垫断面形状,可提高接缝防水性能,满足工程需求。

盾尾密封系统防水失效特性试验与模拟分析

盾尾密封系统的防水密封性能是影响盾构施工安全的重要因素,为分析其防水失效特性,设计了盾尾密封系统室内模型试验,并基于计算流体力学建立了对应的盾尾密封系统仿真模型。分析了在外部水压侵入过程中水油两相流体的体积分布、压力场和速度场变化,探究了盾尾结构参数、尾刷参数、油脂参数对密封性能的影响规律。结果表明:增加盾尾刷道数可有效提升防水能力;在防水失效过程中,在盾尾刷处出现流速的峰值点,流速的扩展分布与水侵入的体积分布具有一致性;盾尾刷渗透率、油脂粘度是影响初始漏水时间的敏感性因素;通过减小盾尾刷渗透率、增大油脂粘度,可有效延迟初始漏水时间,提升盾尾密封系统防水能力。

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。

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。

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%。

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。

盾构法隧道防水堵漏施工技术探析

隧道盾构在施工过程中会出现渗漏水的情况,本文对盾构法隧道的防水堵漏施工技术及控制措施进行了探析,包括渗漏形式、主要危害、原因、预防治理措施等内容,希望能为相关从业人员提供参考借鉴,进而严格控制各个环节,保障盾构隧道工程的质量和安全。

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。

盾构隧道接缝防水设计探讨

依据交联橡胶的统计理论，讨论了弹性密封防水材料的非线性应力、应变特性。由材质硬度与杨氏弹性模量的经验公式及静态密封原理，结合相关工程实践经验，提出了防水材料配方硬度及断面型式的设计思想与具体方法，并进行了抗水压模拟试验。提出了评价防水材料耐久性的方法。

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。

盾构管片接缝防水材料防水耐久性实验及分析

由于我国大规模开展地铁建设的时间不长,盾构管片接缝长期防水问题还没有引起足够的重视。现有的盾构隧道后期维护中也逐渐出现了隧道接缝渗漏现象,严重影响工程安全。针对盾构管片接缝常用的防水弹性密封垫材料———三元乙丙橡胶,开展了恒定压缩永久变形和老化等长期防水性能试验研究。研究结果表明,橡胶的老化系数在0.9以上,恒定永久压缩应变小于15.4%,盾构隧道应用的弹性密封垫防水材料具有良好的长期的防水性能。在此基础上,分析了钱塘江越江隧道冲刷后纵向回弹变形引起的隧道环向接缝张开后的管片接缝防水性能,能够满足钱塘江最高水位时的隧道接缝防水要求。

越江盾构隧道防水密封垫应力松弛试验研究

分析了越江盾构隧道接缝防水密封垫止水机理及耐久性失效成因,基于橡胶接触应力松弛的经时老化模型,针对上海长江隧道三元乙丙弹性密封垫开展了加速热氧老化试验,研究了其接触应力松弛行为,预测了密封垫作为防水材料的使用寿命.