国内国外
国内上世纪八十年代起采用弹性橡胶密封垫,以氯丁橡胶(CR)和三元乙丙橡胶(EPDM)为主要材质,随着密封垫断面构造为满足管片接缝水压、张开量及错位量的加大而日趋复杂多样,EPDM成为材质的主流。
同时,借鉴日本经验研制成功了遇水膨胀橡胶类密封垫。由于对膨胀材料含量与性能,尤其耐久性监控困难,目前,在管片接缝密封垫中处于辅助地位。
后发展到复合型橡胶密封垫,由早期的粘合与嵌合方式复合到现今同步微波硫化一次复合,解决了不同材料与形状的橡胶硫化速率相异的难题,使复合型密封垫性能互补性与尺寸稳定性获得提高。
(1)国内嵌合方式(右),微波一次硫化(左)
(2)国外一次微波硫化(右,可专用于角部)
复合型密封垫及硫化方式
欧、美洲,污水隧道、地铁隧道等管片的小断面弹性密封垫常用丁腈胶(NBR)、氯丁橡胶为材质。对深埋、大直径隧道,国外也都用形式不一的多孔多槽状、甚至“蜂窝”状断面密封垫,以EPDM通过微波加热、均匀硫化,使复杂的断面形状也毫不走样。
日本与东亚(如韩国、我国台湾及新加坡)的一些工程采用了遇水膨胀材料(包括聚醚聚氨酯弹性体类与遇水膨胀橡胶)。欧洲早期几乎不用遇水膨胀密封垫。
EPDM与遇水膨胀橡胶(高膨胀率)复合密封垫
单道双道
过去国内一直秉承在高精度钢模制作高精度管片的前提下,单道弹性密封垫能充分满足防水要求的观点;而且,设双道总的闭合压缩力加大,环面平整度难掌握、堵水效果有限等,工程实践不太成功。欧洲防水界进而以“与其勉强设置双道密封垫还不如做好单道密封垫更可靠”的观点为主流。
青草沙过江管隧道管片接缝材料粘贴方式
国际上认为受内外水压力作用的输水隧道,采用双道密封垫是合适的。由于管片在不同工况下,有内、外张角的变化,双道密封垫在施工与运营阶段可适应这种变化下的水密性。国内输水盾构隧道设双道密封垫防水成功的实例,以长江口青草沙输水隧道工程为典型。
近十年,考虑到密封垫的百年使用寿命,有认为双道比单道可靠的观点;而管片直径大、厚度大时,也为设置双道密封垫提供了条件,因此在道路隧道工程中,类似案例越来越多。这种努力有一定意义;虽然,根据橡胶老化机理推断,双道密封垫在正常工况下的失效是趋近于同时,但不排斥施工损害与劣质材料会使其中一道先失效。重要的是除确定密封垫压缩应力外,还必须计算每道密封垫的闭合压缩力,否则拼装成环时接缝;尤其是纵缝,如环向螺栓紧裹不足而不易闭合,到封顶块管片插入就很困难、衬砌环椭圆度会加大、管片外沿混凝土损裂碎落等影响拼装与防水的隐患不少。
未来研究课题
劣质密封垫或受损密封垫将来如何取代的研究迫在眉睫
当前除了管理上要加强材料监督与建立快速检测机制,完善密封垫的招标要求外,如何在今后的设计中留有取代失效密封垫的后备措施,乃是当务之急。同一隧道不同埋深段接缝密封垫的不同设计
目前,盾构隧道埋深不断创记录;同时,盾构直接从地面破土开挖的浅埋隧道正在开发。因此,同一条隧道的不同埋深段,也可以采用不同的接缝密封垫,要因地制宜加以选用。管片接缝密封垫的设计与应用中需要正视的问题
重视框形密封垫角部的设计与加工;合理确定的密封垫设防与试验指标;要强调密封垫研究与工程实践结合;加强密封垫防水功效在工程中的监测、鉴别。