水下盾构隧道弹性密封垫防水失效数值模拟

针对目前密封垫截面形式的研究多集中在对截面整体形式上,截面开孔形式选取多根据工程经验为主的情况。以某引水隧洞为背景,初步设计六种截面轮廓相同,开孔形式和填充率不同的密封垫截面,运用有限元计算软件,对初设截面进行数值模拟,从内部应力、闭合压力和防水能力等角度对圆角三角形和圆形两种常用密封垫截面开孔形式以及密封垫的填充率进行了对比研究,得到了各截面形式密封垫在不同压缩量下的变形和力学特性。主要结论如下:密封垫变形与密封垫孔洞形式和孔洞分布密切相关；圆角三角形的开孔形式从闭合压力和防水能力上要优于圆形开孔；开孔形式相同条件下,密封垫的防水能力和闭合压力与填充率成正比。

管窥盾构隧道橡胶密封垫性能和数值 １橡胶密封垫材料及其本构 的模型。ｍｏｏｎｅｙ模型假定橡胶材料受力时在较短的时间内及恒 定的温度下为各向同性不可压缩材料。一般广泛应用的是ｍｏｏｎｅ ｙ－ｒｉｖｌｉｎ模型，橡胶材料的应变能密度函数ｗ是应变张量不 变量的函数，其关系为：ｗ＝ｃ１０（ｌ１－３）＋ｃ０１（ｌ２－ ３）。（１）式中：ｌ１，ｌ２是应变张量不变量；ｃ１０，ｃ０１ 是材料力学性能常数，由试验获得。由橡胶的不可压缩性得泊松比μ ＝０．５，由弹性力学理论得ｅ０＝３ｇ。ｇ和ｅ０与材料常数的关 系为：ｇ＝２（ｃ１０＋ｃ０１），ｅ０＝６ｃ１０（１＋ｃ０１／ ｃ１０）。（２）橡胶硬度ｈｒ（ｉｒｈｄ硬度）与弹性模量ｅ０的 试验数据，经拟合得［５］：ｌｏｇｅ０＝０．０１９８ｈｒ－ ０．５４３２。（３）橡胶硬度很容易测得，可根据式（２）和式 （３）计算ｃ１０与ｃ０１。 橡胶密封垫压缩过程的数值模拟难度较

盾构管片弹性密封垫断面设计与优化——以国内某城市地铁盾构隧道弹性密封垫断面设计为背景，从弹性密封垫的防水机理出发，考虑实际工况并结合管片拼装的需要，分析并提出盾构隧道管片弹性密封垫断面的主要设计参数。基于对国内外多个已建盾构隧道弹性密封垫的分...

阐述了外滩隧道工程中超大直径盾构隧道段所展开的弹性橡胶密封垫、挡水条材质老化后的水密性试验内容、过程,并分析评价了试验的结果。它对施工有相当大的指导作用。目前盾构隧道段已施工完毕,整体防水效果良好,达到设计目标。

依据橡胶密封垫防水设计基本理论，通过对盾构隧道梯形组合遇水膨胀橡胶密封垫压缩性能及水密性的室内试验，研究橡胶密封垫在隧道接缝中的防水性能。

分析了越江盾构隧道接缝防水密封垫止水机理及耐久性失效成因,基于橡胶接触应力松弛的经时老化模型,针对上海长江隧道三元乙丙弹性密封垫开展了加速热氧老化试验,研究了其接触应力松弛行为,预测了密封垫作为防水材料的使用寿命.

文章研究了盾构隧道橡胶防水材料老化系数的确定方法,并用该方法来预测防水密封垫长期服役下的使用状态。采用哑铃状橡胶试样开展加速热氧老化试验,进行材料基础老化指标的分析；分别用试验结果中相对延伸率和相对弹性模量的试验数据拟合\"阿累尼乌斯方程\"的\"p-t-t三元模型\

8盾构法隧道管片用弹性密封垫施工工艺及质量验收

为探究适合盾构法联络通道工程的密封垫断面形式,以宁波市轨道交通3号线第1条盾构法联络通道为工程背景,针对遇水膨胀橡胶设计阴阳凹凸、圆形孔洞、梳形、矩形等4类断面。对各断面形式进行可行性分析,选取阴阳凹凸断面与矩形断面作为初选方案。利用abaqus/explicit计算模块对2种断面的接触应力进行有限元分析,通过设计\"一\"字缝耐水压力试验,验证数值模拟中接触应力较大的矩形断面的防水能力。研究表明:1)数值模拟结果显示,接触面最大接触应力与平均接触应力均随着张开量的增加而减小；同等张开量与错台量下,在压缩与膨胀2个阶段中,矩形断面的接触应力均大于阴阳凹凸断面,因此选取矩形断面作为备选方案。2)\"一\"字缝耐水压力试验结果表明,矩形断面密封垫保压48h后耐水压力明显提升,且张开量越大耐水压力提升幅度越大。3)综合数值模拟与试验结果可知,该矩形断面密封垫满足0.6mpa的防水要求。

隧道渗漏一直是地下防水工程的棘手问题。采用新材料、新工艺、新设备、新技术对提高隧道防水效果起着关键性的作用。介绍了上海轨交某隧道工程防水材料的优化,对其断面构造形式、材质、性能指标及施工要求进行了修改,取得了良好的效果,可供提高隧道防水施工质量时借鉴。

研究密封垫两侧侧限材料的不同,对密封垫耐水压力试验的影响。通过理论推导分析了密封垫接触压力的影响因素,得出了密封垫的侧向变形和约束刚度对同一张开量下的接触压力有较大影响,且等效泊松比与竖向应力增量正相关。设计的试验可同时测定密封垫的张开量-耐水压力及压缩力试验数据。对密封垫在不同侧限条件下的竖向荷载与耐水压力的关系及压缩力试验数据进行了分析,可为下一步的管片密封垫的防水试验提供参考和借鉴。

以南京长江隧道为实际背景,进行了大埋深,大直径越江隧道工程防水核心技术的研究。针对一般和可能出现的多种因素对盾构隧道管片接缝密封防水材料的使用性能的影响,设计研究了管片接缝橡胶密封垫的断面几何形状和尺寸,采用计算机数值模拟分析方法研究优化管片接缝橡胶弹性密封垫的断面结构,利用\"t\"形模拟水压试验台对设计弹性密封垫的防水能力进行了模拟验证,为工程设计提供了帮助和依据。

地下工程,结构防水是关键。针对目前盾构隧道管片接缝弹性密封垫以经验为主的设计思路,提出利用数值模拟手段,通过对压缩变形情况下弹性密封垫的孔洞合理变形、薄弱处应力集中、完全压缩到沟槽时压力大小、最大张开量下接触应力的大小及其分布等多因素的综合分析,提出以橡胶密封垫表面接触应力和完全压缩到沟槽内的闭合压力作为盾构隧道管片接头弹性密封垫断面设计的双控指标,该设计理念已应用于国内某大型隧道的建设当中,防水效果理想。

采用自主设计的新型弹性密封垫耐水压测试装置,研究弹性密封垫在不同张开量和错缝量组合情形下的防水能力;同时结合密封垫力学性能试验和数值模拟,解释错缝量和张开量对于防水能力的阶段性影响.结合深隧工程所设计的双道防水体系,对两道密封垫防水性能进行研究.研究结果表明:当道密封垫同步张开时,在设计工况范围内,耐水压能力可提高9%~12%;当两道密封垫张开量不同时,所设计的双道防水体系由于总有1条密封垫受压,较单道防水体系有更佳的防水效果.

采用自主设计的新型弹性密封垫耐水压测试装置,研究弹性密封垫在不同张开量和错缝量组合情形下的防水能力;同时结合密封垫力学性能试验和数值模拟,解释错缝量和张开量对于防水能力的阶段性影响.结合深隧工程所设计的双道防水体系,对两道密封垫防水性能进行研究.研究结果表明：当道密封垫同步张开时,在设计工况范围内,耐水压能力可提高9%~12%;当两道密封垫张开量不同时,所设计的双道防水体系由于总有1条密封垫受压,较单道防水体系有更佳的防水效果.

密封垫的功用及材料 1.1功用 密封垫广泛用于工程机械及柴油机的管道、壳体的结合面的静密封中，以其弹性变形 填补零件结合面的不平度，切断泄漏通道，增加泄漏阻力，或承受内外侧压力差等方式防 止流动介质(气体、冷却水、润滑油、齿轮油、液压油、制动液等)泄漏。如柴油机的汽缸 盖、正时齿轮室盖、油底壳、喷油泵侧盖、进排气管，工程机械底盘中的变速箱盖、方向 机侧盖、桥壳后盖、终传动壳体等。 1.2材料 按材料密封垫有非金属密封垫、非金属与金属组合密封垫、金属密封垫三大类，其常 用材料有橡胶、皮革、石棉、纸、软木、聚四氟乙烯、钢、铁、铝、铜和不锈钢等。用棉、 麻、石棉、纸、皮革等纤维素材质制成的密封垫，其组织疏松，致密性差，纤维间有细微 缝隙，很容易被流动介质浸透，在压力作用下流动介质从高压侧通过这些细微缝隙渗透到 低压侧，即形成渗透泄漏(约占总泄漏量的10%~20%

金属密封垫(精)

某双线盾构隧道近距离旁穿一幢12层高层建筑,为合理评估隧道施工对建筑物的影响,进行了考虑盾构动态施工及排桩加固的的远端(左线)、近端(右线)以及双线均开挖后隧道横断面及建筑物沉降的flac3d数值模拟分析,并对工程现场进行了沉降实测。数值模拟和实测结果表明:不采取加固措施,建筑物基础靠近隧道侧的最大沉降为5.2mm,最大水平位移达25.8mm;基地土体出现拉剪破坏;数值模拟分析结果与现场实测结果较为一致;若采用排桩加固,建筑物基础靠近隧道侧的最大沉降为2.4mm,最大水平位移不足10mm,基地土体未出现拉剪破坏;排桩加固能有效降低围岩变形及地表沉降,有利于建筑物的保护。

由于盾构隧道掘进的特殊施工工艺,使开挖模拟的数值计算存在着诸多难以量化的因素。采用应力释放法模拟盾构隧道的开挖,在衬砌和土体之间设置等代层单元模拟盾构施工的影响,求得竣工期的应力场和位移场。在静力计算基础上运用动力有限元时程分析法,采用粘性人工边界条件,分析了隧道衬砌在地震过程中的最大响应。其结果和规律可为一般的盾构隧道地震反应分析提供借鉴。

根据实际工件的尺寸及成形情况建立了不锈钢密封件旋压时的数学模型,应用ansys软件对密封件旋压成形过程进行了模拟分析,分析了其变形机理以及成形过程中出现的缺陷和原因,指出等效应力和应变随壁厚的增加而增大,最大值最先出现在圆弧段内侧,容易产生裂纹等缺陷。

密封垫材料分类及性能 密封垫有非金属密封垫、非金属与金属组合密封垫和金属密 封垫三大类。其材料有橡胶、皮革、石棉、软木、聚四氟乙烯、 马口铁、钢、铝、铜和不锈钢等。 密封垫的选用原则是：对于要求不高的场合，可凭经验选取， 不合适时再更换。但对那些要求严格的场合，例如易爆、剧毒和 可燃性气体以及强腐蚀的液体设备、反应罐和输送管道系统等， 则应根据工作压力、工作温度、密封介质的腐蚀性及结合密封面 的形式来选用。 一般来讲，在常温低压时，选用非金属软密封垫；中压高温 时，选用非金属与金属组合密封垫或金属密封垫；在温度、压力 有较大波动时，选用弹性好的或自紧式密封垫；在低温腐蚀性介 质或真空条件下应考虑密封垫的特殊性能。这里特别需要说明的 是法兰情况对垫片选择的影响。 a.法兰形式的影响法兰形式不同，要求使用的垫片也不 同。光滑法兰一般只用于低压，配软质的薄密封片；在高压下， 如果

DK系列地铁橡胶密封垫