盾构隧道遇水膨胀橡胶密封垫止水性能试验研究

运用密封垫静态密封原理及交联橡胶的统计理论 ,对盾构隧道衬砌环缝遇水膨胀橡胶密封垫的膨胀性能及不同工况下耐水压性能进行试验 ,从而分析遇水膨胀橡胶密封垫的止水机理 ,并评述其在隧道中的止水能力 ;同时 ,为盾构隧道衬砌接缝遇水膨胀橡胶密封垫防水的设计、施工提出几点建议。     

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。     

盾构隧道遇水膨胀橡胶密封垫止水性能试验研究

运用密封垫静态密封原理及交联橡胶的统计理论，对盾构隧道衬砌环缝遇水膨胀橡胶密封垫的膨胀性能及不同工况下耐水压性能进行试验，从而分析遇水膨胀橡胶密封垫的止水机理，并评述其在隧道中的止水能力，同时，为盾构隧道衬砌接缝遇水膨胀橡胶密封垫防水的设计，施工提出几点建议。     

不同压缩状态下密封垫的防水性能研究

以国内某城市地铁盾构隧道弹性密封垫断面设计为背景,从弹性密封垫的防水机理出发,采用有限元软件模拟密封垫在实际管片沟槽中的工作状态,分析得出不同压缩量情况下密封垫接触平面之间接触应力的分布及随压缩量的变化情况。基于接触应力与密封垫防水性能的关系,得到密封垫防水性能随压缩量的变化规律,为密封垫最终的断面优化提供依据。     

隧道管片接缝密封垫防水机理及试验研究

随着盾构隧道的水压升高,加强接缝处的防水是隧道建设的关键。针对隧道管片接缝处密封垫的受力和变形特征进行分析,建立了密封垫防水的力学模型并对密封垫在侧面水压作用下的表面接触压应力进行了理论推导。根据表面接触压应力的组成,对挤压密封阻力和自密封阻力进行了量化,分析得出密封垫的防水性能除受到密封垫自身的接触面积、弹性模量和厚度的影响外,还受到螺栓的有效横截面积、弹性模量和有效夹紧长度等因素的影响。结合工程实例,以一种常用盾构隧道管片的密封垫为研究对象,进行了耐水压力试验和装配力试验。通过对试验现象的解读和数据分析,为下一步隧道管片接缝密封垫的设计和生产以及盾构施工提供参考。     

输水盾构隧道管片接头力学与变形模型研究

输水盾构隧道的管片受到高内水压的作用,接头的变形问题非常突出,这直接决定了接头的防水构造形式。目前大多数管片环向接头的变形都是根据经验,并参考类似工程选取,这必然带来很大的随机性。而由于时间和成本问题,所有隧道工程都做足尺试验不现实。克服以往接头力学与变形模型的不足,考虑弹性密封衬垫的受力、接头混凝土的弹塑性变化以及螺栓预紧力,建立了接头力学计算模型;考虑了受压区混凝土的压缩变形,螺栓变形和手孔铸铁件的局部变形,建立了一个新的接头变形计算模型。同时进行了隧道管片 1 ∶ 1 接头试验,将试验得到的螺栓拉力和接头变形值与理论计算值进行比较。结果表明：本模型能比较真实地反映接头的受力和变形情况。     

考虑碳化的地铁盾构隧道纵缝接头抗弯力学模型研究

长期服役的地铁盾构隧道内表面混凝土会产生碳化现象,从而改变纵缝接头的受力性能。针对地铁盾构隧道服役期混凝土碳化典型工况,考虑接缝面细部构造、正常及碳化混凝土不同非线性受力特性、接缝面接触特性以及螺栓预紧等因素,构建可以表征接缝面混凝土压碎、螺栓屈服以及接头极限状态的纵缝接头抗弯力学模型,并结合纵缝接头抗弯足尺试验对碳化后地铁盾构隧道纵缝接头的力学性能进行对比分析,验证工程设计适用性。研究结果表明：采用全积分形式进行纵缝接头混凝土本构关系运算,适用研究混凝土碳化的影响;负弯矩作用下,内表面边缘混凝土接触之前,混凝土碳化无明显的影响;接触之后,随着碳化厚度增加,螺栓应变、接缝张开量及压缩量等最大值均增大,极限弯矩也相应增大,但增幅不断减小;轴力不会对碳化后的纵缝接头力学性能产生明显耦合影响。     

沉管隧道GINA止水带性能评估与安全预警

GINA止水带是沉管隧道接头密封防水及安全的重要屏障.论文按平均水压法和接触应力法两种方法计算了保证GINA止水带水密性要求的最小压缩量,并在此基础上针对GINA止水带长期压紧状态下的松弛,提出了使用阶段GINA止水带最小压缩量的计算方法,估算了GINA止水带的当前压缩水平和GINA止水带的剩余压缩量.根据GINA止水带当前压缩水平评估沉管隧道的接头止水性能,并由GINA止水带的剩余压缩量确定沉管隧道安全预警等级.     

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。     

盾构隧道弹性密封垫松弛性能检测研究

介绍了盾构隧道弹性密封垫松弛性能检测现状,并基于密封垫的闭合压缩试验装置,研制出一套密封垫松弛应力检测装置。该装置通过在夹具间放置垫片模拟不同开张量,并通过在密封垫间放置传感器,得到密封垫接触面的压力值,能够更加准确地反映密封垫的松弛性能,为隧道工程长期可靠的防水性能提供保障。     

盾构隧道环间纵向压力时变规律研究

盾构隧道断面上受到纵向压力的大小,一方面影响环缝止水垫的防水性能;另一方面影响环缝刚度,从而影响隧道纵向不均匀沉降的发展。目前实际工程中主要依据经验估测隧道中残留的纵向力。通过求解描述隧道受力变形特征的微分方程,建立了隧道任意断面纵向力随时间的变化关系,并将理论解与现场试验实测结果进行了对比,二者具有良好的匹配性。研究结果表明,隧道纵向力在波动中下降,最终残留的纵向力大小与混凝土徐变系数和周围土体的压缩模量有关,约为掘进阶段千斤顶顶力的20.4%～44%。     

盾构隧道环间纵向压力时变规律研究

盾构隧道断面上受到纵向压力的大小,一方面影响环缝止水垫的防水性能;另一方面影响环缝刚度,从而影响隧道纵向不均匀沉降的发展。目前实际工程中主要依据经验估测隧道中残留的纵向力。通过求解描述隧道受力变形特征的微分方程,建立了隧道任意断面纵向力随时间的变化关系,并将理论解与现场试验实测结果进行了对比,二者具有良好的匹配性。研究结果表明,隧道纵向力在波动中下降,最终残留的纵向力大小与混凝土徐变系数和周围土体的压缩模量有关,约为掘进阶段千斤顶顶力的20.4%~44%。     

盾构管片弹性密封垫断面设计与优化

以国内某城市地铁盾构隧道弹性密封垫断面设计为背景,从弹性密封垫的防水机理出发,考虑实际工况并结合管片拼装的需要,分析并提出盾构隧道管片弹性密封垫断面的主要设计参数.基于对国内外多个已建盾构隧道弹性密封垫的分析,初步拟定出适合该隧道的弹性密封垫断面形式.通过有限元数值模拟,得到不同压缩量下弹性密封垫的变形特性、接触面压应力分布、压缩所需顶推力等,据此对盾构隧道管片接缝弹性密封垫断面进行调整和优化,并最终得到满足各项设计要求的弹性密封垫断面形式.     

盾构隧道管片拼装错缝对密封垫防水性能的影响研究

盾构隧道管片接缝处易发生渗漏,是隧道防水设计的关键环节之一,而弹性密封垫防水是接缝防水的重点内容。弹性密封垫的防水性能除了与断面特性有关之外,也会受到管片拼装状态的影响。结合隧道管片接缝的防水设计,利用有限元分析对弹性密封垫的压缩过程进行数值模拟,研究了管片拼装错缝对密封垫防水性能的影响,供实际工程参考。     

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%。     

盾构隧道遇水膨胀密封带接触压力试验研究

盾构管片接缝防水是盾构法隧道防水的关键,直接影响到隧道防水效果和耐久性.根据密封设计理论,止水带的接触压力就是止水压力,这个结论在EPDM止水带应用中得到了验证,因此对于膨胀类密封带,接触压力是至关重要的,而其在遇水膨胀后的接触压力如何发展尚无人研究.作者针对国内某城市双圆盾构隧道所采用的两种材质的遇水膨胀密封带(聚氨酯弹性体与遇水膨胀橡胶),设计了专门的试验装置,测试了在不同张开量的条件下的接触应力在空气中与水中随时间的发展规律,并分析了膨胀压力随时间的发展规律,同时探讨了遇水膨胀密封带的松弛特性,为确定遇水膨胀密封带的长期耐水设计压力提供了依据.     

青草沙输水隧道防水密封设计

介绍了青草沙输水隧道的盾构管片自防水和管片接缝防水相结合的防水密封设计方案.并在总结国内外已建成的盾构隧道的密封垫设计的基础上,提出了本工程密封垫的设计形式及技术参数.     

火灾对原型盾构管片接头防水性能损伤试验研究

通过盾构隧道衬砌管片原型火灾试验和接头防水橡胶条高温耐水压试验,研究了火灾高 温条件下管片接头温度传导以及温度场分布规律;火灾高温条件下管片接头变形规律;火灾高 温条件下盾构管片接头防水性能变化规律。从接头温度分布、变形特性以及防水性能等方面对 盾构隧道管片接头在火灾条件下的损伤研究中得到：（1）火灾发生30min左右是管片受火面混 凝土崩裂和径向裂缝集中发展时期,高温引起管片接头变形较大,火灾持续时间直接影响管片 接头防水性能变化;（2）火灾中,接头处三元乙丙橡胶比遇水膨胀橡胶耐高温性能要好;（3 ）火灾发生时,165℃是管片衬砌接头密封橡胶条是否具有防水性能的临界温度。     

基于塑性损伤的盾构隧道双层衬砌三维实体非连续接触模型研究

 在分析基于梁-弹在分析基于梁–弹簧模式和壳–弹簧模式盾构隧道双层衬砌数值模型的基础上,分别建立依据接合面接触状态不同划分的盾构隧道双层衬砌三维实体复合结构和叠合结构计算模型。该模型通过混凝土塑性损伤模型表征混凝土的非线性特性,考虑管片内置钢筋对结构力学性能的影响,采用已有模型模拟钢筋屈服、硬化和软化现象,建立三维螺栓实体代替弹簧单元模拟管片接头,真实反映盾构管片之间、管片与连接螺栓及管片与二次衬砌接合面的接触情况。以广深港狮子洋隧道双层衬砌为工程实例,建立2种计算模型进行研究,通过与依托同样工程背景下的相似模型试验管片和二次衬砌内力和位移结果进行对比分析,两者具有较好的一致性,验证了该模型模拟盾构隧道双层衬砌结构力学行为的准确性和适用性。研究结果表明：(1) 双层衬砌在受力过程中管片与二次衬砌在局部存在非协调变形,接合面发生分离现象,出现零压区。(2) 由于封顶块构造的原因,封顶块对应位置二次衬砌易出现应力集中现象,该位置轴力和弯矩变化不均匀,管片与二次衬砌接合面接触压应力较其他位置偏大。研究成果对盾构隧道双层衬砌的设计分析具有一定的参考价值。     

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.