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)...

针对高水压作用下盾构隧道防水问题,提出一种螺栓孔外侧间隔布置双道密封垫的新型防水体系,并依托江阴靖江长江隧道工程,利用有限元软件ABAQUS建立完整接缝防水体系模型进行模拟,对外道密封垫的背水面施加逐级水压,用以模拟外水压力击穿外道密封垫后,在双道密封垫之间的空腔后形成水压的过程中外道密封垫的受力状态,揭示管片接缝密封垫的变形与接触应力分布特性。并开展相关试验验证仿真结果,对外道密封垫在最不利工况下的防水性能进行综合评价。研究表明:仿真计算与防水试验结果一致,在外道密封垫发生渗漏水后,新型双道密封垫空腔中所形成的水压能够在一定程度上改善外道密封垫受力变形状态,提升外道密封垫的防水能力,较单道外道密封垫防水性能更优。

目前普遍使用的单道三元乙丙橡胶密封垫防水型式无法满足水下盾构隧道管片接缝防水新要求,而既有的双道密封垫防水体系受螺栓孔防水性能的限制无法充分发挥其应有的防水性能。依托江阴靖江长江隧道,提出将双道密封垫均放置于螺栓孔外侧的新型防水体系,并结合设计对比分析双层密封垫连续布置和间隔布置2种型式的防水性能。基于不同的沟槽布置形式,设计可更换内胆的T字缝耐水压测试设备,并开展室内物理模型试验,研究结果表明:1)螺栓孔外侧连续布置的双道密封垫的防水性能表现不佳;2)在讨论连续布置双道密封垫的匹配策略时,发现“外主内辅”对整体防水性能有2.02%的提升,“外辅内主”则导致整体防水性能下降4.71%;3)较单道密封垫,螺栓孔外侧间隔布置双道密封垫防水体系的整体防水性能可提升9.68%~16.13%。

为研究盾构隧道双道密封垫在防水性能提升上的效果,首先定性分析双道密封垫的防水机制,给出击穿水压概念以及基于弹性力学的密封垫击穿水压数值估算公式;然后开展双道密封垫试验,对击穿水压数值进行验证,得出影响双道密封垫防水性能的一些因素。研究结果表明:1)当外界水压大于外道密封垫初始防水能力的1.36倍时,密封垫被完全击穿,丧失残余防水能力;2)不同的密封垫布置方式会影响双道密封垫的防水能力,在双道密封垫的实际应用中,需要将防水能力更强的密封垫布置在外侧,且双道密封垫的防水能力差距不宜过大;3)沟槽的结构和尺寸会影响密封垫的防水能力;4)无论是单道密封垫,还是双道密封垫,无错位量密封垫的防水压力远大于有错位量密封垫的防水压力,因此施工中应采取措施尽量减少错位量。

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...