采用传统水密性测试方法进行水密性测试时,由于对弹性密封垫接缝耐水压值掌握不精准,常导致弹性密封垫水密性测试精度低。针对这一问题,进行盾构隧道弹性密封垫水密性测试方法研究。测试盾构隧道弹性密封垫断面参数,测试弹性密封垫一字缝以及T字缝变化情况。设计仿真实验,试验结果表明,新设计的测试方法测试精度远高于实验对照组。

为探究高水压盾构隧道管片密封垫装配力与防水性能,依托上元门越江隧道工程,通过装配力试验、耐水压试验和数值模拟手段,分析了7种不同截面形式的密封垫在不同压缩阶段内密封垫变形特征、装配力增长规律以及耐水压力的主要影响因素。研究结果表明,密封垫的压缩过程可分为三个阶段:阶段Ⅰ密封垫装配力近似线性增长,阶段Ⅱ装配力增加缓慢,阶段Ⅲ装配力随压缩量增大快速增加至最大值。密封垫最大装配力和最大压缩量越大,其耐水压力越高,并且其装配力随压缩量增加而增长得越平稳,越有利于密封垫防水。对于不同的截面形式,在同一管片沟槽形式下,密封垫高度越高,其最大压缩量一般越大,盾构隧道管片接缝完全闭合时的装配力越大,且三角形封闭孔型优于其他孔型,底面为整片橡胶连接的密封垫优于底面为梳齿结构的密封垫。

为分析预制装配式综合管廊节间弹性密封垫防水性能,本文以敞口式U型盾构施工全预制地下综合管廊为背景,通过足尺模型试验,对综合管廊接头的遇水膨胀橡胶密封垫界面弹性密封垫的本构关系和极限抗压能力进行试验研究,并通过有限元软件模拟分析橡胶密封垫受力性能,数值分析结果与模型试验结果吻合较好。

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。

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%。

依托某电力盾构隧道工程,建立密封垫-管片相互作用模型,通过改变弹性密封垫硬度、接缝张开量、错台量、密封垫沟槽尺寸和位置,对密封垫沟槽外侧混凝土的裂损情况进行了分析。结果表明:密封垫与管片的正向挤压和切向错台均会引起混凝土裂损,其中接缝错台量的影响最大;密封垫沟槽深度越小、沟槽与管片外侧的距离越大,混凝土裂损程度越低。对于薄型混凝土管片接缝设计,在满足管片防水和局部承压要求前提下,建议尽量减小密封垫沟槽深度,增大沟槽与管片外侧的距离。