1、盾構隧道管片接頭嵌入式密封墊防水性能探究摘要：盾構隧道的建設和運營過程中，防水是非常重要的一環。傳統的防水方 式是將橡膠密封墊粘貼在管片預先設計的凹槽內，這樣能夠保證現場作業人員對 橡膠條的平整度進行實時的調整。文章針對盾構隧道管片接頭嵌入式密封墊防水 性能方面進行了詳細分析，希望能給相關人士提供重要的參考價值。關鍵詞：盾構隧道；管片接頭；嵌入式密封墊；防水性能；模型試驗；數值 模擬1 模型試驗1.1試驗設計在隧道建設中，機械精度、人員操作等因素會對管片拼裝的準確度造成影響, 因而導致接頭處的彈性密封墊無法發揮理想情況下的防水能力。出于對安全的考 慮，設計之初就將張開量和錯縫量作為關鍵指標。試

2、驗中，通過試塊拼裝時的錯 位放置來控制管片的錯縫量，通過油壓千斤頂加壓和一定厚度的墊片控制密封條 的張開量。1.2試驗準備預埋嵌入式混凝土試塊共分為4種形式。1）形式1。設置觀察槽，底部不包 鋼。2）形式2。不設觀察槽，底部包鋼。3）形式3。密封條兩側設凹槽，底部 不包鋼。4）形式4。密封條兩側設凹槽，底部包鋼。觀察槽的設置是為了方便觀 測試驗中可能發生的滲漏水現象；而取消觀察槽以及對試塊進行包鋼處理，則是 為了保護管片邊緣混凝土不被壓碎；在密封墊兩側設置凹槽，是為了在夾持墊片 的情況下控制接縫張開量的變化，在張開量相同的情況下，降低局部應力集中， 保證混凝土邊緣的完整。試塊形式說明見圖圖1.

3、試塊形式說明：1.3結果分析第一，形式1設置觀察槽，底部不包鋼試驗在張開量10mm、錯縫量 0mm的情況下進行。圖2為水壓時程曲線。曲線段分為3段，分別是：1）注水 （排氣）段。在此過程中，水被有壓空氣擠入試塊中間的氣室內，氣室內原有空 氣從上部試塊頂端排氣（水）孔排出，內部水壓呈反復升降的狀態，直至內部空 腔兒乎全部由水體充滿，關閉上部排氣（水）口。2）加壓監測段。該過程中， 不斷控制水壓機，適度增大壓力，并且保證一定的持水時間，待基本穩定后，再 繼續增加水壓，此時應仔細關注管片是否有滲漏水現象，同時觀察腔體內水壓是 否能夠保持，若出現突降，則可能已發生滲漏。3）泄壓段。待發生滲漏水現象 后

4、，卸掉壓力，至水壓顯示為0MPa,繼而可打開排氣（水）口閥門，排出內部 水體，完成該組試驗，并保存數據。圖2.水壓時程曲線（張開量20mm、錯縫量0mm,第1組）：第二，形式2不設觀察槽，底部包鋼前述的形式1試塊，由于凸臺處混 凝土厚度較低，在壓縮過程中容易出現混凝土被壓碎的情況，因此取消了試塊四 周的觀察槽，并包鋼處理，以保證壓縮過程中混凝土的完整性，避免加水過程中 水流深入到混凝土的微裂隙中。本次試驗因采用包鋼處理，故可以控制到設計工 況（張開量7mm、錯縫量10mm）下加載。當水壓加載到09MPa時,混凝土 發生滲水，并有微裂縫出現，發現水壓至少能維持在0. 8MPa；繼續向上加壓， 水

5、壓在一段時間內會有緩慢降低，但試塊接觸部分（包括密封條之間接觸處、密 封條和混凝土接觸處）并未出現滲漏現象；直至加壓到6MPa仍然未發現接縫 處漏水，山此推測，水流應是從混凝土的微裂縫中滲出。鑒于本組試塊的混凝土 齡期僅16C較28d短，故可能是混凝土未完全結硬，內部化學作用尚未全部完 成，仍有小型裂縫存在，在千斤頂頂力作用下裂縫繼續擴展，形成完整的滲流通 路以及儲水空間，導致上述試驗現象。第三，形式3密封條兩側設凹槽，不包鋼管片欲加載到設計工況乃至彌 合縫隙的狀態時，按照形式2和形式2的設訃，需要較大的頂推力。在其作用下, 管片可能會被頂碎，在內部出現難以彌合的微裂縫。這樣的微裂縫會形成滲流

6、通 路，對管片的耐久度造成影響。基于上述情況，新試塊在密封條兩側設置了凹槽。 如此，便使得相鄰管片在張開量相同的情況下，受到更小的頂推力。在張開量 7mm、錯縫量10mm的設計工況下進行了 1組試驗。第四，形式4密封條兩側設凹槽，包鋼處理。密封條的耐水壓力為 1. IMPa,當壓力升至：L2MPa時，密封條長邊漏水，水壓降至0. 9MPa后能 夠保持長期穩定。該過程中，并未發生混凝土滲水現象。2 數值模擬2.1模型建立國內諸多學者對橡膠材料Mooney- Rivlin本構模型參數的確定進行了一定研 究，對本文的參數選取起到了一定的參考。山于混凝土的剛度遠大于橡膠，故可 以將混凝土看作為剛體，密

7、封墊看作為可變性體。建模過程應注意以下兒點：1） 材料屬性。混凝土利用離散剛體建模，不需設置屬性。密封墊采用Mooney- R ivlin本構模型，參考相關學者研究的不同邵氏碩度對模型參數的影響規律，得到 硬度和彈性模量之間指數型二次非線性擬合函數：lnE“4. 28088- 0. 66189X+0. 00725x2o 2）裝配。將密封墊對齊放置，在兩者之間預留 0. 01mm的空間，以作為初始加載之用1,避免初始增量步小于系統所提供的 最小增量步。未加載時，張開量為22mm,根據設計工況，應當控制總壓縮量為 15mmo為確保收斂效果，將15mm分3步加載，每次加載5mm。3）相互作用。 設定

8、密封墊與管片之間、密封墊與密封墊之間的接觸方式。其法向設置為碩接觸 模式，切向設置為罰模式。取密封墊與管片間的摩擦因數為0. 05,密封墊自接 觸摩擦因數為03o 4）網格劃分。選用CPE3單元，該單元能較好地保證模型收 斂，并于密封墊全局分布較密的種子。由于本模型在局部有彎折、尖角存在，容 易在分析過程中出現單元侵徹現象，故需要對這些部位倒圓角處理。2.2結果分析在設計工況下，山數值模擬得岀的接觸面上最大接觸應力與模型試驗得到的 最佳結果大致相符，表現出較高的一致性。然而，模型試驗中，仍有部分試驗的 結果僅為0. 6MPao通過實際調查發現，在錯縫拼裝的情況下，與其中一條橡膠 墊表面相互接觸

9、的部分：一為與之相對的橡膠條表面，二為與之相對的管片表面。 前者的接觸面較為寬大，其最大接觸應力為067MPa：后者的接觸面較窄，其 最大接觸應力為112MPao III此觀之，肖外側接觸面失效后，主要山內側接觸 面發揮防水作用，其耐水壓降至06MPa左右。事實上，外側接觸面是由被動擠 出的橡膠與混凝土共同構成的，其寬度較窄小，且表面凹凸不平，在壓縮量不足 以使表面所有縫隙彌合時，便容易有水擠入，使外側防線失效，故而僅山內側接 觸面決定其防水能力2。結論簡而言之，U前設計的嵌入式密封墊在預制時，需要將其與混凝土共同養護。 混凝土在結碩過程中，表面伸縮與橡膠條不完全一致，使得橡膠條表面不夠平整,

10、 有起伏不平的現象，對防水能力存在不良影響。研究發現，嵌入式密封墊有很大 的應用前景，雖然H前試驗在有錯縫量的情況下其防水能力存在不穩定性，但下 一步通過改進其截面形式，尤其是使其在受壓變形后能夠令接觸面連續緊密貼合, 可顯著增大其防水容錯性能。參考文獻左亮，肖緋雄.橡膠Mooney Rivlin模型材料系數的一種確定方法J 機械制造，2018 (7) : 3&2王偉，鄧濤，趙樹高.橡膠Mooney Rivlin模型中材料常數的確定J 特種橡膠制品，2019 (4) : 8.上接第90頁墻板裝飾板在電氣專業完成后啟動，過程可交義施工。圖3 30120主控室吊頂內土建安裝交義施匸照片3.2計算機

11、房30210/211/212房間土建單位在天花板保溫施工完成后，立即將房間移交安裝單位施工，通風、 管道、電氣燈具啟動施工，施工完成后開始龍骨吊頂板施工。通風系統最后一道工序散流器風口的安裝，與吊頂板同步施工。墻板裝飾板在電氣專業完成后啟動，過程可交義施工。33運行儀控柜30113/130房間土建單位在油漆完成后，房間移交安裝施工，通風、SGN管道、電氣燈具 啟動施工，施工完成后開始龍骨吊頂板施工。通風系統最后一道工序散流器風口的安裝，與吊頂板同步施工。自流平油漆作為最后一道工序，在上述工作完成后進行。3.4輔控室23221房間土建單位在天花板保溫棉施工完成后，管道、電氣啟動施工，施工完成后保

12、溫硅酸鈣板開始施工(含油漆)，通風系統最后施工。4 3號機組主輔控室精裝修經驗反饋在4號機組的第二次實踐在第一次實踐之后，土建和安裝的交義施工效率相較于3號機組有了顯著提 升，在此基礎上，某項LI部施工管理一部組織了將3號機組經驗用于4號主輔控 精裝修施工的第二次實踐，對更為細節的施工工序進行了再次梳理和調整。調整輔控室23121房間優先施工墻體和頂板保溫，工期一個月，全部完成 后再施工通風、管道、電氣物項。將主控室30120、計算機房211、212房間安裝工序開始的施工點，調整 至土建完成保溫、吊筋、馬道后啟動；燈具安裝完成時間和通風散流器完成時間 點往前調整，和吊頂施工同步完成；運行儀控柜

13、30113/130房間土建墻面油漆施工完成工期調整為15天，通 風、管道安裝工期調整為2個月，和吊頂施工同步完成，地面自流平油漆工期調 整為15天完成；5效果小結4號主控室投用時間提前里程碑節點20天。某項H部工程管理部充分利用了工序分析法，通過對3號主控室主輔控土建 安裝交義施工管理經驗進行深度分析多次總結，對土建、安裝的各項工序拆分重 組化找到了關鍵工序和銜接點，制定了合理的專項進度計劃，將寶貴的經驗充分 反饋到4號主輔控施工上。通過現場組織施工落實到位，顯著的提升了交義施工 效率。在提前完成重大里程碑節點的同時，也提升了個人管理水平。參考文獻精裝修工程管理的影響因素與對策孫力軍工程技術硏究精裝修施丄中精細化管理的應用葛麗梅居舍上接第116頁可能性；同時可在復雜的環境下應用；2、安全可靠，儲液管采用進口特種鋼材加工制造，能承受lOOOMPa以上壓 力，遠高于正常使用的泄放壓力，保證使用過程中不會因為管體受損而帶來安全 隱患；加熱裝置在常溫常壓狀態下不會被激發，儲運安全，其只有在致裂器內部 環境下才能被啟動；3、污染小，致裂威力巨大，破裂巖成塊率高，避免出現揚塵，并且可實現對 預裂位置的精確