盾构隧道管片接缝密封垫接触性态的感知与分析

作     者：龚琛杰 程明进 林赞权 雷明锋 王海林 宋建荣 葛洋洋 

作者机构：中南大学土木工程学院 湖南省交通规划勘察设计院有限公司 北京东方雨虹防水技术股份有限公司 

出 版 物：《中南大学学报(自然科学版)》 (Journal of Central South University(Science and Technology))

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52278421) 特种功能防水材料国家重点实验室开放课题(SKWL-2022KF01) 中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(K2021G022) 中国科协青年人才托举工程项目(2022QNRC001) 湖南省科技人才托举工程项目(2023TJ-N24) 中南大学创新驱动研究计划项目(2023CXQD067) 中南大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2024ZZTS0754) 

主　　题：盾构隧道 管片接缝 密封垫 渗漏水 薄膜压力传感器 接触应力 

摘      要：密封垫是盾构隧道接缝防水的重点，但现有研究较少探讨其接触行为和接触特性。首先，本文基于薄膜压力传感器，构建了针对盾构隧道接缝处密封垫接触应力的精细化试验框架，详细探讨了无水压作用和有水压作用2种情形下密封垫接触面精确的力学响应；其次，基于三维管片接缝密封垫压缩数值模型和Hertz接触理论，分别从接触应力三维分布规律和平均接触应力2个方面验证闭合压缩试验的精度，精确获得了管片接缝密封垫压缩过程中接触面上的空间应力分布规律；最后，开展了接触面有水压作用的渐进渗漏试验，提出了能够表征渐进渗漏过程前后密封垫间接触应力变化的理论渗漏水压的概念，探明了理论渗漏水压沿密封垫宽度方向的变化规律。研究结果表明：密封垫-密封垫接触面的应力沿宽度方向呈波浪式变化，且在宽度方向上的两侧与中间取到较高值；密封垫-密封垫接触面平均接触应力随着微凸体所受载荷增大而呈指数关系递增；理论渗漏水压沿着渗漏方向总体上呈降低趋势，从侧面证实了密封垫表面会对渗漏水产生黏滞阻力的作用以此产生压力差。