盾构隧道双道密封垫防水能力及失效模式研究

盾构管片接缝在高水压下的防水是保障隧道正常使用的关键。为了研究盾构隧道管片双道密封垫防水机理及最大设防压力,自行研制双道密封垫水密性试验装置。对比分析不同张开量及错台量情况下,单道及双道密封垫的最大设防压力,并探讨单道密封垫与双道密封垫的失效模式。研究结果表明:盾构接头张开量影响接缝防水能力,随着张开量的增加,最大防水能力降低。双道密封垫失效模式与单道密封垫不同,张角情况存在手孔渗漏、蹿水等失效模式。研究成果可为类似水下盾构隧道双道密封垫设计施工提供借鉴。     

深埋高水压管片拼装隧道防水体系研究

文章通过理论分析、数值计算和工程案例分析对深埋高水压管片拼装隧道防水体系和工程措施进行研究。高水压管片拼装隧道防水首先应该建立在对水压力正确认识和合理选取的基础上,并因地制宜、刚柔并济地建立防水体系。管片作为承担地下水压力的结构,其接缝密封垫是管片防水体系的重要一环,应根据工况合理制定技术标准,管片的注浆孔等防水薄弱部分需采取多道设防的工程措施。相关经验可为其他类似隧道工程防水施工提供参考和借鉴。     

双护盾TBM隧道施工防渗技术

地铁隧道施工过程中地质水文复杂部分地区富水性富,其隧道防渗工作尤为重要。针对青岛地铁四号线地质水文,分析了双护盾TBM隧道施工过程中通过管片自防水,管片接缝采用三元乙丙(EPDM)橡胶密封垫和遇水膨胀橡胶止水条进行管片四周防水止水、自粘性橡胶薄板和丁腈软木橡胶板进行管片间防水止水等防水措施,管片螺栓孔采用遇水膨胀橡胶螺孔密封圈防水,管片拼装后的豆砾石吹填和壁后注浆以及后续使用微膨胀水泥对缝隙及注浆孔的封堵等方法来进行整体防渗工作。     

装配式地铁车站结构接缝防水关键技术研究与应用

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、错位量5 mm的情况下,能抵抗水压力1.0 MPa,满足埋深30 m车站结构抵抗2～3倍水头压力的性能要求,并在使用100年后,仍存在约67%的残余应力值,具有长期耐水压性能;双道防水密封垫,较单道密封垫防水性能提高有限,提高率在20%～30%之间,但在衬砌外道密封垫出现局部漏水时,双道密封垫的优势显著;从接缝合理张拉锁紧荷载的角度考虑,三元乙丙橡胶密封垫的硬度需要较常规盾构隧道密封垫降低5 SHA,即采用60 SHA,其单位长度完全压缩荷载指标不大于40 kN/m。目前已建和在建车站工程,实测结构接缝最大张开量和表面最大错台量均满足接缝防水性能控制标准的要求,在未设置外包防水层的情况下,接缝无渗漏水现象发生。     

河底浅埋地铁盾构隧道管片防水密封垫优化研究

为解决水下浅埋地铁盾构隧道密封垫与混凝土管片结合处,特别是脚部容易发生渗漏水的问题,文章结合沈阳地铁4号线下穿长岛内河地铁盾构隧道项目,将传统的现场粘贴防水密封垫工艺优化为新型嵌入式管片密封垫,在管片生产时一同进行预制;另外,针对传统防水密封垫角部实心构造形式导致的拼装时易“隆起”甚至碎裂的不利于防水的弊端,经方案比选,在脚部中心位置增加2个孔径为8mm的空心孔可显著降低闭合压缩力和脚部接触应力,试验结果表明上述2项盾构隧道管片密封垫防水优化设计可有效提升密封垫防水的能力。     

受压状态下盾构隧道接缝密封垫老化性能研究

随着盾构隧道技术的发展,对接缝密封垫长期防水能力的可靠性要求不断提高。为探索温度作用对盾构隧道管片接缝三元乙丙橡胶(EPDM)密封垫力学性能的影响规律,研究盾构隧道管片接缝EPDM密封垫的长期力学性能,开展受压状态EPDM密封垫100℃以上高温老化试验,对高温老化后的密封垫进行力学性能试验与微观试验。研究发现：受压状态下高温老化后的密封垫,其接触应力显著降低,截面孔洞变小,最大的不可恢复变形量超过了压缩量的50%。而无压缩状态下老化的密封垫接触应力损失不大,在部分情况下甚至有所增强,其截面高度与孔洞没有明显变化。说明压缩力会促使高温老化后密封垫产生更大的永久变形,加快其接触应力的衰减。为更真实地表征温度对接缝密封垫的劣化机制,试验应采用受压状态下密封垫,并将温度控制在100℃以内。受压状态下老化的密封垫,其接触应力随着老化时长、老化温度的增长而减小。错台对接触应力的影响随着老化时长、老化温度的增大而减小。老化后EPDM的热氧稳定性、分子结构变化不大,微观表面产生了坑洞与裂缝,说明密封垫老化后橡胶表面劣化是接触应力衰减的诱因。与橡胶化学性能的老化相比,橡胶永久变形引起的密封垫截面变化对防...     

超软土盾构隧道接缝防水机理及优化措施

为了对超出设计允许张开量、错台量情况下的盾构隧道接缝防水性能进行评价，探究满足防水要求的密封垫极限张开量、错台量，基于温州市城市轨道交通M1线地铁盾构隧道工程，对选取设计的一种密封垫进行极限张开与极限错台工况下的防水数值模拟，并对该密封垫断面进一步优化。研究结果表明：压缩密封垫需要的拼装力最大值为38.6 kN/m,满足工程盾构隧道拼装力小于60 kN/m的要求；在密封张开和错台工况下，密封垫防水能力都会减小；通过优化弹性密封垫断面形状，可提高接缝防水性能，满足工程需求。     

越江盾构隧道的防渗止水设计研究

分析越江盾构隧道管片衬砌的渗漏水机理,总结国内外盾构隧道管片衬砌防水的技术方法,包括管片接缝防水、管片自防水、管片二次衬砌防水。重点介绍管片接缝止水的功能要求、材料种类及断面形式设计方法。并结合杭州庆春路越江隧道工程提出了防渗止水的具体措施。     

盾构隧道管片连接螺栓设计计算方法探讨

盾构隧道中管片连接螺栓是个重要的结构受力构件,施加于螺栓上的预紧力使管片缝间防水密封垫形成接触压应力而具有防水能力,同时,螺栓还承受着接缝面上水土压力或地震作用而产生的拉应力,现有设计规范对管片连接螺栓的设计配置无明确规定,造成设计和施工中的无章可循。文章就管片连接横向螺栓、纵向螺栓、螺栓预加力和螺栓安装扭矩等设计计算理论和计算方法进行探讨。     

基于纵向不均匀沉降的盾构隧道渗漏水机理分析

研究目的:对于地铁盾构隧道,由于衬砌由管片拼装而成,地铁通车运营后,盾构隧道会因多种原因产生纵向不均匀沉降,导致管片接头张开量的增加,从而造成管片之间的接缝处发生渗漏水。因此,有必要对盾构隧道渗漏水机理进行分析、研究。研究结论:隧道纵向不均匀沉降在一定程度上会造成环缝的张开,进而造成弹性密封垫防水性能的减弱、引起管片之间发生渗漏水;环缝影响长度系数对环缝张开量几乎没有影响,而不同环宽、不同螺栓与混凝土的刚度比对环缝张开量均有一定影响:较大的环宽和螺栓与混凝土的刚度比不利于管片接缝的防水。本项研究可为隧道防水设计及运营阶段的维护等提供参考。     

狮子洋隧道盾构管片试生产技术

狮子洋隧道是国内第一条铁路客运专线盾构隧道,隧道防水设计等级为一级,且隧道处于氯盐及化学侵蚀环境下,对管片结构自防水要求。结合管片混凝土原材料选择、配合比试配、试生产,依据设计文件中对管片质量的具体要求,采取针对措施,在深入学习和理解现行客运专线规范对混凝土特殊要求基础上,对管片试生产进行了总结,管片成品等各项指标均满足规范要求,对类似工程施工有一定的参考价值。     

隧道管片密封垫接触应力和闭合压力的合理确定

盾构隧道管片橡胶密封垫接触应力与闭合压力是影响其防水性能的重要因素,断面设计时常以两者符合设计值作为控制指标.但在进行密封垫断面设计时常会出现两者不能同时满足设计要求的情况.采用有限元数值模拟、水密性试验及压缩试验等手段,结合密封垫防水机理分析了接触应力和闭合压力的关系,并介绍了通过不断修改密封垫断面型式、调整材质硬度,使接触应力和闭合压力满足要求的方法.最后总结出,应对断面型式和材质硬度进行不断修改和调整,在满足接触应力要求情况下尽量做到闭合压力小于80 kN/m,并在施工中采取利于拼装闭合的措施.     

铁路隧道橡胶止水带锚固性能试验研究

铁路隧道止水带与衬砌结构的锚固性能是衡量衬砌接缝防水能力、变形能力及施工适应性的关键参数。基于普通橡胶止水带与自粘橡胶止水带的锚固机理,对二者的锚固性能进行了对比试验。结果表明:自粘橡胶止水带在水泥砂浆中的锚固强度远大于普通橡胶止水带,提高了衬砌接缝防水能力及其与衬砌结构的变形适应能力,能满足铁路隧道衬砌接缝防水及工程使用的要求。     

地铁盾构隧道纵缝接头螺栓形式对比试验研究

管片接头是盾构隧道整环结构中的薄弱环节,隧道管片间多以螺栓连接,并有直螺栓、弯螺栓等几种结构形式。以盾构隧道管片纵缝接头为试验对象,采用足尺试验方法,针对不同螺栓形式的接缝,对盾构隧道纵缝接头的极限承载性能进行研究,明确不同接头的破坏过程,并分析比较不同螺栓形式对接缝受力性能的影响规律。     

基于特定参数下管片选型方法与盾构机姿态控制措施

盾构施工过程中,管片选型正确与否直接关系到成型隧道外观质量和防水效果的好坏;而盾构姿态决定了成型隧道的走向,继而决定管片型式的选择;选择拼装的管片又反作用于推进油缸,进而影响盾构机姿态的控制。本文根据广州轨道交通三号线北延段11标高增站—新机场南站盾构区间的线路设计参数、盾构机参数和管片参数,总结出在该特定参数下管片选型的方法和盾构姿态的措施。     

高压富水砂卵石地层盾构隧道管片选型与应用研究

针对高压富水砂卵石地层盾构隧道管片选型 中遇到的一系列关键技术问题,通过类比分析,确定管 片衬砌形式、限界与隧道净空、管片环宽与分块方式; 通过论证分析与技术经济比较,确定管片厚度、拼装方 式、接缝断面构造形式; 通过理论解析,对管片接缝密 封材料的抗水压能力进行分析,验证双道止水装置的 合理性; 利用数值计算,对全线盾构区间管片配筋进行 计算与分类,并给出相应的配筋方案; 通过单、双层衬 砌的内力比较,发现双层衬砌会导致管片弯矩增大、轴 力减小,管片安全系数降低,说明单层衬砌是合理的。 研究结论可为类似条件下的盾构隧道管片选型提供借 鉴与参考。     

软土地区地铁车站矩形顶管法施工方案研究

对上海轨道交通14号线静安寺站工程,提出了软土地区车站总体布置方案,重点研究了采用矩形顶管法施工所涉及的管片几何断面、管节材料、拼装方式、接缝防水、抗震性能等关键内容并给出了解决方案。经分析,站台层顶管横断面取8.85 m×7.65 m,可采用钢管节+后浇钢筋混凝土结构型式的复合管节;顶管管节纵缝采用刚接接头,环缝采用改进型的F型承插口;暗挖段防水关键在于环缝防水处理,施工阶段采用承插口处弹性密封垫与钢套环挤压防水,使用阶段采用后浇的一体型钢筋混凝土结构防水。经有限元模拟分析表明,14号线静安寺站两端明挖、中间顶管法施工的车站结构可以满足抗震要求。     

软土地区通缝拼装地铁盾构隧道管片纵缝接头的优化

针对软土地区地铁盾构隧道管片纵缝接头因地表超载易发生破损的问题,考虑软土地层的特性,提出在软土地区盾构隧道横向刚度设计中,采用加大隧道结构刚度和强度的"刚性衬砌"设计理念,对管片纵缝接头进行优化。通过局部或者整体增加管片的厚度,均可增加管片纵缝接头的抗弯刚度,从而明显减小管片环的变形,虽然由此使得管片环的弯矩有所增大,但管片环变形减小的幅度远大于其弯矩增大的幅度;分别设计外张纵缝接头与内张纵缝接头连接螺栓的位置,纵缝接头的连接螺栓应靠近接头张开的一侧;在管片环分块时尽量将管片纵缝接头设计在弯矩较小的位置,同时在满足施工的条件下,尽量减少管片环的分块数量;局部加强纵缝接头位置的管片棱角,以预防管片接头棱角破损;通过合理设计防水密封垫的位置及断面形式,加强盾构隧道管片纵缝接头的防水能力。     

装配式圆形衬砌环结构变形特性试验研究

盾构隧道一般采用预制管片拼装的方式施做衬砌结构。荷载作用下衬砌结构的径向位移及管片间接缝内外侧的张合位移是衡量这类装配式结构变形状态的基本指标。通过圆形拼装衬砌环结构的极限承载试验,获得了衬砌环结构径向位移和接缝张合位移随荷载发展的曲线,分析给出了其关键性能点的荷载、整体变形、径向位移、直径变化率以及接缝张合位移。     

地表大范围开挖卸载引起下卧盾构隧道管片碎裂机理研究

针对地表大范围开挖卸载引起下卧盾构隧道管片出现大量裂缝与碎裂掉块现象,以成都地铁某盾构隧道为例,从地层条件、土方开挖与施工顺序、管片拼装质量以及管片开裂掉块情况出发,运用有限元仿真方法,对地表大范围开挖卸载过程中下卧隧道的位移和内力的变化规律进行分析。结果表明:下卧盾构隧道的整体隆起变形呈现水平向直径变小、竖向直径增大的规律;隧道拱顶和拱底的弯矩减小、轴力基本不变,拱顶处局部区域由内侧受拉转变成外侧受拉,拱顶接缝由内侧张开转变为外侧张开、内侧挤压;隧道安全的威胁主要来自隧道拱顶处内侧挤压、隧道竖向椭圆度增加以及接缝两侧管片不平整接触(错台),而非结构内力变化。由此提出采用改性环氧树脂灌注、环氧砂浆填充和粘贴碳纤维对隧道管片的裂缝和破碎处进行修补的方案,修补后管片的承载能力完全满足地铁运营的要求。