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。

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%。

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。

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。

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。

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。

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%。

装配式地铁车站结构接缝防水关键技术研究与应用

装配式地铁车站结构的接缝防水性能一直备受行业的关注,针对装配式车站的结构构造、构件制作及施工工艺等特点,对与接缝防水性能高度相关的“接缝张开量”和“密封垫错位量”两个关键参数的主要影响因素和控制指标进行分析,结合密封垫防水性能试验研究及实际工程应用监测结果,充分论证接头接缝“两垫+一注+一嵌”多道防线的关键技术。双道密封垫以三元乙丙橡胶(EPDM)弹性密封垫作为主防水,复合遇水膨胀橡胶作为加强防水,形成复合式多孔多槽形密封垫,密封垫为接缝防水主要防线,注浆和嵌缝为辅助防线。研究和实际应用表明,装配式车站结构的接缝防水,不仅在防水构造措施方面与盾构隧道不同,而且在各项控制标准方面也存在较大差异,张开量10 mm、错位量5 mm是装配式车站结构接缝防水性能控制的合理指标;单道防水密封垫,在张开量10 mm、错位量5 mm的情况下,能抵抗水压力1.0 MPa,满足埋深30 m车站结构抵抗2~3倍水头压力的性能要求,并在使用100年后,仍存在约67%的残余应力值,具有长期耐水压性能;双道防水密封垫,较单道密封垫防水性能提高有限,提高率在20%~30%之间,但在衬砌外道密封垫出现局部漏水时,双道密封垫的优势显著;从接缝合理张拉锁紧荷载的角度考虑,三元乙丙橡胶密封垫的硬度需要较常规盾构隧道密封垫降低5 SHA,即采用60 SHA,其单位长度完全压缩荷载指标不大于40 kN/m。目前已建和在建车站工程,实测结构接缝最大张开量和表面最大错台量均满足接缝防水性能控制标准的要求,在未设置外包防水层的情况下,接缝无渗漏水现象发生。

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。

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。

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。

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。

浅谈山体人防工程防水板锚固技术

柳州市桐油山一号人防工程,洞高7.95 m,洞跨17.2 m,主洞长509 m,工程防水原设计采用喷锚混凝土支护(初支面)+土工织物+热熔垫片+PVC复合防水板+混凝土结构顶板的形式。工程实施时,防水板由射钉固定改为膨胀螺栓双垫片固定工艺,取得了良好的工程经济和质量效果,可为类似工程施工提供借鉴。

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。

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.

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。

和燕路隧道盾构防水密封垫极限防水性能试验研究

为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,基于南京和燕路长江隧道工程,选取设计的2种密封垫开展极限张开与极限错台工况下的防水试验,得到密封垫在张开量与错台量超出设计允许值后其防水性能的变化规律。(1)在密封垫张开量超过设计允许张开量后,密封垫防水性能随张开量的增大逐步减小,且减小幅度随着张开量的增大逐渐增大。(2)错台量超过设计允许错台量后,随着错台量的增大,密封垫的耐水压能力总体呈波动式减小的趋势,直至错台量达到某一临界值,其防水性能迅速下降,直至失效。对于存在张开量与错台量超出设计允许值风险的水下盾构隧道,建议在设计时考虑其在极限工况下的防水性能。