盾构隧道管片接缝的防水方式研究

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1、盾构隧道管片接缝的防水方式研究   摘要：盾构隧道防水是隧道质量控制的重要内容，而管片接缝的密封工作的好坏直接影响着隧道抵抗地下水的能力。管片的接缝防水有多道防线，本文拟对现有接缝防水方式作个归纳总结，以供参考。   关键词：   盾构、接缝，防水   前言：   图1 接头防水体系   由于盾构隧道是埋于地下的结构物，处于地下水的包围之中，不可避免的会受到地下水压力的作用，地下水的侵入会导致结构破坏，设备腐蚀，危害行车安全，影响外观等一系列问题，严重的甚至会影响到地铁的运营和降低隧道的使用寿命。盾构隧道的接缝特别多，其渗水通道会远远大于其他的地下结构物，所以

2、做好其接缝的密封工作可以很大程度上抑制地下水的侵入危害。本文拟对现行工程中所使用的管片接缝密封方式做个总结归纳，以供查阅参考。   1弹性密封防水   弹性密封防水，应该保证：1）在设计水压下不漏水，能承受千斤顶压力、压浆压力、由拧紧螺栓引起的预紧力以及衬砌使用阶段的截面内力；2）有相当的弹性，在承受往复压力后复原能力强；3）有足够的粘结力、耐久性、稳定性、抗老化性及对压浆浆液的耐腐蚀性；4）施工方便，不会影响管片拼装的精度，安装后能立即承受荷载等。   1.1接头密封条   接头密封条是在受压后形成的，粘结在接头表面上的，通常使用在无螺栓的钢筋混凝土管片衬砌

3、之中。因为广泛使用无螺栓衬砌，接头面为凹凸圆弧面，接头密封条就尤其适用于这种接头，一般使用橡胶沥青密封条，靠加热粘结在管片上。此外还有以硅、环氧树脂等的聚合物为材料的。   1.2非膨胀性弹性密封垫   弹性密封垫是预制的成形品，嵌置在接头面上专设的密封垫沟槽内，无论有无螺栓都可   图3  密封材料产生的自封作用  以使用。它在地层条件恶劣，地下水压高的情况下也显现出了很好的防水效果。在欧洲，密封材料的主体就是非膨胀合成橡胶，在我国的盾构法隧道中它也是最常用的防水形式。   （1）工作机理。它利用的是密封垫静态密封原理，如图3所示。密封垫工作状态下的材料行为

4、类似于高粘度液体的某些特性，它具有把压力传递到接触面的特性。橡胶密封垫受到压缩后，便产生初始接触面应力p0，当其受到液体侧向压力作用时，应力将重新分布，并产生附加应力p1(自封作用)。假定在完全刚性约束条件下，可认为接触面应力近似等于(p0+p1)，按照静态密封理论，则不可能渗漏。但是，盾构管片由于拼装间隙，荷载变化引起接缝开闭以及管片拼装错位，密封垫的约束条件显然不可能是完全刚性约束，故约束条件具有不确定性。但在极端不利工况条件下，其受力状态近似于两端为刚性约束的矩形梁受均布荷载作用，在大变形条件下两端接触面在水压作用下的应力重分布是难以确定的。   （2）

5、设计技术要求：为能使密封垫完全压密，密封垫沟槽面积应该大于或者等于密封垫的断面积；为确保环面密封材料完全压密（即纵向环缝张开量为0），千斤顶顶力要大于环缝张开量为0时对密封材料的压缩力；为确保环面密封材料张开量为0，螺栓紧固力应该大于密封材料的压缩力；从材料老化等因素考虑，在接缝张开量为0时，要求材料的压缩率小于35％；密封垫的高度与密封垫沟槽深度的设计应该考虑在0.6mpa水压下能满足设计要求的适应接缝张开量，密封垫的宽度通常大于25mm。   1.3遇水膨胀橡胶密封垫   图4水膨胀橡胶密封垫工作机理   遇水膨胀橡胶密封垫是80年代开发应用的隧道衬砌接缝

6、防水材料。与传统的橡胶止水材料相比较，施工时它所需受压程度小，只要压缩7％即可（传统的橡胶受压型密封材料需要35％），能够消除压缩应力引起的破坏。当接缝两侧的距离大于防水材料的弹性恢复率时，由其遇水膨胀的特点，在其膨胀范围以内还能够起止水作用。遇水膨胀橡胶密封垫以其造价低廉（可节省50％以上）、施工简便、效率高，节省材料（大大减少了密封垫的厚度），止水能力强等优点，近年来已成为国内外隧道衬砌接缝防水中运用最广的一种防水材料。   它工作状态下的材料性能，也类似于高粘体系，具有把压力传递到其接触面的特性。装在密封槽中的橡胶密封垫受到一定的压力时，便对初始接触面产

7、生应力p0，当遇水胀橡胶吸水膨胀及受到液体压力作用时，将产生附加接触面应力p1，如图4所示。这时，总接触面的应力为p=p0+p1，当pw>_*（p0+p1）＝_*（p0+_p0）发生渗漏。   还有一种组合应用是把遇水膨胀橡胶和普通非膨胀橡胶密封垫结合起来使用，通过嵌入或者是模压的方式方法将水膨胀橡胶与非膨胀橡胶结合构成复合型弹性橡胶密封垫，如图5所示。这样，弹性橡胶密封垫拥有了弹性止水、膨胀止水双重功效，使得弹性橡胶密封垫即使在管片之间产生较大接缝张开量，依靠橡胶回弹无法完全止水(包括长期压缩下的密封垫应力松弛)的情况下，膨胀橡胶遇水产生体积膨胀，达到止水的

8、目的。这样一来，盾构隧道短期的防水靠密