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。

基于当前工程应用的迫切需要,进行了超大直径盾构隧道管片接缝密封垫的优化设计探讨,具体包括管片沟槽形式及密封垫尺寸、密封垫及防水条材质、密封垫形式,针对所确定出的不同密封垫断面形式进行了高水压防水性能试验及密封垫装配力试验分析,并综合试验结果,确定出最佳防水设计方案。

汕头湾海底隧道是国内外首座设计时速为350 km的单洞双线高速铁路海底隧道,采用1台直径14.57 m泥水平衡盾构机施工。盾构段水压达0.84 MPa,管片接缝处防水主要通过设置双道三元乙丙橡胶弹性密封垫实现。为研究合理的密封垫截面型式,确保管片接缝防水能够满足铁路运营要求,采用非线性有限元软件ABAQUS,对初选的内、外道密封垫断面建立二维有限元模型进行计算分析,根据压缩反力曲线、压缩形态,接触面应力大小及分布情况等指标综合分析确定内、外道密封垫断面4为推荐方案;利用“T”形模拟水压试验台对推荐方案断面进行最不利工况下防水试验验证,确定内、外道密封垫断面4可用于汕头湾海底隧道盾构管片接缝防水。

研究目的:管片接缝防水是盾构法隧道整个防水系统中最为关键的部位,以往研究多针对单道弹性密封垫,对于双道密封垫,虽然应用案例越来越多,但对其防水机理与设计方法的研究较少,防水设计缺少理论支撑。为此,本文以某隧道为案例,对双道密封垫的防水机理、防水能力和设计方法进行研究。研究结论:(1)由于密封垫接触面凹凸不平,存在极细微渗漏孔洞,因此其防水能力受接触面最大接触应力和接触面细微孔洞的水流阻力双控制,通过提高密封垫接触面的平整度进而减少细微孔洞的数量与大小,是加强防水能力的关键因素;(2)当内侧密封垫防水能力不高于外侧密封垫时,其总防水能力为外侧密封垫残余防水能力与内侧密封垫防水能力之和,且残余防水能力要低于初始防水能力;当内侧密封垫防水能力高于外侧密封垫时,总防水能力约等于内侧密封垫防水能力;(3)...

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...

针对盾构隧道管片接缝处易出现渗漏的问题,以某工程依托,设计并制作出了弹性复合橡胶密封胶垫对盾构结构接缝处进行防水处理,并对弹性密封胶垫防水效果进行研究。结果表明:试验设计的2种断面形式密封胶垫均表现出良好的压缩密封效果,且渗漏水压造成的密封胶垫压缩量曲线与断面形式无关,能够满足工程盾构隧道管片接缝处防水设计相关闭合压限制。

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。