盾构隧道管片拼装过程中密封垫呈现“先压缩后错缝”的时变场景,采用ANSYS建立密封垫和沟槽的三维有限元模型,并采用更加贴近施工工艺特征的“先压缩后错缝”加载模式,对密封垫防水能力进行数值模拟研究,并与不考虑压缩-错缝时变顺序的工况进行对比分析。结果表明,密封垫“先压缩后错缝”的防水能力比“先错缝后压缩”的防水能力高;压缩使得密封垫接触面间产生巨大的摩擦力,所以在密封垫错缝时,密封垫接触面并不会完全错开,变形形态整体呈现出向一侧倾斜;考虑水压后,密封垫“先压缩后错缝”的防水能力较无水压条件有一定提升,说明水压的作用使密封垫进一步压缩从而提高了表面接触应力,提升防水能力。

为探明硬岩盾构隧道管片接缝处弹性密封垫防水性能,研究依托青岛地铁2号线工程,采用文献调研、理论分析、数值模拟等方式,研究硬岩盾构管片接缝的受力特征及弹性密封垫防水性能。结果表明,管片接缝是盾构隧道防水最薄弱的部位,管片接缝张开是引起弹性密封垫失效的主要原因;随着接缝张开量的增加,弹性密封垫防水性能经历快速降低、缓慢降低和快速失效3个阶段;考虑注浆层对管片的约束作用后,接缝张开量低,弹性密封垫防水性能高,满足管片使用要求。

为提高矩形盾构隧道管片接缝的防水性能,本文依托某城市火车站矩形盾构隧道工程,利用ABAQUS有限元分析软件建立弹性密封垫模型并优选了密封垫截面型式,结果表明:(1)截面型式C、D、E密封垫在正常压缩工况与错位压缩工况下均能满足张开度7 mm、错位量12 mm的防水要求,截面型式A、B防水性能较差;(2)正常压缩工况各截面型式密封垫防水性能总体上从高到低依次为C/E、D、B、A;错位压缩工况各截面型式密封垫防水性能总体上从高到低依次为C/D、E、B、A。研究结果可为类似工程的管片接缝防水设计提供参考。

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...

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。