DB51-T 2841-2021 盾构管片橡胶密封技术规范.pdf

ICS 93.040 CCS P 28 DB51 四川省地方标准 DB51/T 28412021 盾构管片橡胶密封技术规范 2021-10-14 发布 2021-12-01 实施 四川省市场监督管理局 发 布 DB51/T 28412021 I 目 次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 符号.1 5 分类.2 6 技术要求.2 7 试验检测.3 8 设计.4 附录 A（规范性）耐水压性能试验.6 附录 B（规范性）压缩应力试验.9 附录 C（资料性）安装与注意事项.11 DB51/T 28412021 II 前 言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由四川省经济和信息化厅提出、归口并负责解释。本文件起草单位：成都济通路桥科技有限公司、同济大学、西南交通大学、上海城市建设设计研究总院（集团）有限公司、上海市轨道交通设计研究院、中铁第四勘察设计院集团有限公司、广州地铁设计研究院股份有限公司、中国中铁二院工程集团有限责任公司。本文件主要起草人：伍大成、丁文其、张中杰、陆明、孙文浩、王剑明、史海欧、廖尚茂、王士民、蒲毅、梁家勇。本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：本次为首次发布。DB51/T 28412021 1 盾构管片橡胶密封技术规范 1 范围 本文件规定了盾构管片橡胶密封垫的术语和定义、符号、分类、技术要求、试验检测、设计及安装等要求。本文件适用于盾构法施工的公路、市政、铁路及轨道交通等隧道工程。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 528 硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定 GB/T 531.1 硫化橡胶或热塑性橡胶 压入硬度试验方法 第1部分 邵氏硬度计法 GB/T 1690 硫化橡胶或热塑性橡胶 耐液体试验方法 GB/T 2423.16 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验J及导则：长霉 GB/T 3512 硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化和耐热试验 GB/T 7759.1 硫化橡胶、热塑性橡胶 常温、高温和低温下压缩永久变形测定 GB/T 18173.3 高分子防水材料 第3部分：遇水膨胀橡胶 GB 18173.4 高分子防水材料 第4部分：盾构法隧道管片用橡胶密封垫 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 盾构管片 segment of shield tunnel 采用盾构法施工的隧道或其他地下结构用于抵抗土压力、水压力以及其他荷载的装配式衬砌结构件。3.2 橡胶密封垫 rubber gasket 也叫“弹性橡胶密封垫”，为盾构管片接缝间用于防水、密封的橡胶材料。4 符号 下列符号适用于本文件。4.1 设计参数有关符号 sp 短期防水抗力；DB51/T 28412021 2 lp 长期防水抗力；sp 短期防水能力设计指标；0p 理论水压值；安全系数；压缩应力保持率，可取：0.65；gF 弹性橡胶密封垫闭合压缩力；G PF 管片部分自重压力与螺栓预紧力之和；max 弹性橡胶密封垫的最大压缩率；min 弹性橡胶密封垫的最小压缩率；C 设计的接缝允许张开量；S 最大设计错位量。4.2 几何参数有关符号 A 密封垫沟槽横断面面积；A0 弹性橡胶密封垫横断面面积；B 弹性橡胶密封垫宽度；D 密封垫沟槽深度；H 弹性橡胶密封垫高度。5 分类 5.1 按构造组成方式分为：a)弹性橡胶密封垫，代号 GR；b)弹性橡胶与遇水膨胀橡胶复合密封垫，代号 GC。5.2 按相邻密封垫接触面形状分为：a)平面接触型弹性橡胶密封垫，代号 P；b)曲面接触型弹性橡胶密封垫，代号 C。5.3 按组成材料分为：a)氯丁橡胶密封垫，代号 CR；b)三元乙丙橡胶密封垫，代号 EPDM；c)遇水膨胀橡胶密封垫，代号 WS。6 技术要求 6.1 外观 外观质量应符合GB/T 18173.3、GB/T 18173.4中的相关规定。6.2 技术性能 6.2.1 弹性橡胶密封垫的物理性能应符合表 1 规定，若成品截面构造不具备切片制样条件时，可用硫化胶料标准试样测试。DB51/T 28412021 3 表 1 弹性橡胶密封垫成品物理性能 项 目 指 标 氯丁橡胶 三元乙丙橡胶 硬度（邵尔 A）/（度）5060 I 型a II 型b 5060 6070 硬度偏差/（度）5 5 5 拉伸强度/（MPa）12 12 12 拉断伸长率/（%）350 350 330 压缩永久变形/（%）100700-2 h，25%40 35 35 热空气老化 10070h 硬度变化/（度）8 6 6 拉伸强度降低率/（%）20 20 20 拉断伸长率降低率/（%）30 30 30 防霉等级 不低于二级 不低于二级 不低于二级 耐水增重率（室温144h）%4 4 4 a I 型为无孔密封垫。b II 型为有孔密封垫。6.2.2 遇水膨胀橡胶密封垫胶料的硬度、拉伸强度、拉断伸长率、体积膨胀率、反复浸水试验、低温弯折等性能应符合 GB/T 18173.4 的规定。6.2.3 有孔型弹性橡胶密封垫接头应采用热接形式整体成型，接头处橡胶拉伸强度和拉断伸长率应符合表 2 的要求，其余性能应符合表 1 的要求。表 2 弹性橡胶密封垫接头胶料性能 项 目 指 标 拉伸强度/（MPa）6 拉断伸长率/（%）150 7 试验检测 7.1 规格尺寸采用游标卡尺、钢卷尺等量具测量。7.2 外观质量采用目测或游标卡尺量测的方式进行。7.3 硬度测定按 GB/T 531.1 的规定进行。7.4 拉伸强度、拉断伸长率测定按 GB/T 528 的规定进行，采用 II 型哑铃状试样。7.5 压缩永久变形的测定按 GB/T 7759.1 的规定进行，成品测试和半成品胶料测试均采用 B 型试样。7.6 热空气老化试验按 GB/T 3512 规定的方法进行。7.7 防霉试验按 GB/T 2423.16 规定的方法进行。7.8 耐水增重率试验按 GB/T 1690 规定的方法进行。7.9 耐水压性能试验方法见附录 A。7.10 压缩应力试验方法见附录 B。DB51/T 28412021 4 8 设计 8.1 一般规定 8.1.1 弹性橡胶密封垫确定使用中极限张开量、错动量指标时，应综合考虑施工误差、结构工程水文地质条件以及正常使用工况与地震工况需求。8.1.2 弹性橡胶密封垫断面形式的选择应结合防水设计能力、正常使用及地震等偶然荷载作用下的极限张开量、错动量等因素综合考虑，同时需便于施工。8.1.3 一般情况下，采用单层弹性橡胶密封垫防水设计。对设计水压不低于 0.5 MPa 的超高水压隧道，宜选用外道为主、内道为辅的双层弹性橡胶密封垫防水设计。8.2 弹性橡胶密封垫防水机理 橡胶自身为不可压缩弹性体材料，在预制管片拼装时其内部设置的通孔将发生压缩闭合，通过橡胶发生压缩闭合后的回弹性能产生接触应力以抵抗水压力、起到防水作用。8.3 设计指标 8.3.1 防水能力设计指标 在设计最不利张开量、错动量变形工况下，弹性橡胶密封垫的短期防水抗力不小于短期防水能力设计指标，且在考虑材料老化性能的长期防水抗力不小于理论水压值，即：sspp 0lpp 式中：0p理论水压值，根据实际埋深最高水头确定；sp短期防水抗力；lp长期防水抗力；sp短期防水能力设计指标。0()/spp 式中：安全系数，1.21.4，一般取 1.3；压缩应力保持率，可取：0.65。8.3.2 闭合压缩力设计指标 弹性橡胶密封垫完全拼装进入管片沟槽时需要的闭合压缩力应小于管片的部分自重压力与螺栓预紧力之和，即：G+PgFF 式中：gF弹性橡胶密封垫闭合压缩力；G PF管片部分自重压力与螺栓预紧力之和。8.4 尺寸 DB51/T 28412021 5 8.4.1 密封垫沟槽尺寸 弹性橡胶密封垫应完全压入密封垫沟槽内，密封垫沟槽横断面面积应大于或等于相应弹性橡胶密封垫的横断面面积，其关系宜符合；A=（11.15）A0 式中：A密封垫沟槽横断面面积；A0弹性橡胶密封垫横断面面积。8.4.2 弹性橡胶密封垫尺寸 8.4.2.1 弹性橡胶密封垫沟槽断面示意图 如图 1 所示。图 1 弹性橡胶密封垫沟槽断面示意图 8.4.2.2 弹性橡胶密封垫宽度 B 弹性橡胶密封垫的宽度 B 宜为最大设计错位量的 3 倍左右，即 B3S 式中：B弹性橡胶密封垫宽度；S最大设计错位量。8.4.2.3 弹性橡胶密封垫高度 h 弹性橡胶密封垫的高度应考虑应力松弛和老化的影响，并在最大张开量时，满足设计防水压力的需求，弹性橡胶密封垫高度 h 与沟槽深度 d 按下式确定；max()/hdh min(/2)/hdch 式中：max弹性橡胶密封垫的最大压缩率，即压至接缝张开量为 0 mm 时的压缩率，一般不小于 40%；min弹性橡胶密封垫的最小压缩率，一般不小于 25%；c设计的接缝允许张开量；d密封垫沟槽深度；h弹性橡胶密封垫高度。DB51/T 28412021 6 附 录 A（规范性）耐水压性能试验 A.1 范围及目的 本方法适用于盾构管片橡胶密封垫的耐水压性能模拟试验，供验证设计的产品断面结构是否满足防水性能的要求。A.2 试样 橡胶密封垫耐水压性能试验用试样应从实体产品中选取，受试验装置条件限制时，经与用户协商，可采用原材料、工艺与实体产品一直，具有代表性的产品进行试验。A.3 试验条件 试验室环境条件为：23 2，湿度不大于 85%。A.4 试验方法 A.4.1 试验装置 橡胶密封垫耐水压性能试验应在专门试验装置上进行，试验装置应保证在最大 6 MPa 水压不发生变形，试验装置示意图见图 A.1图 A.3。图 A.1 耐水压试验装置总图 DB51/T 28412021 7 图 A.2 试验装置错位示意图 图 A.3 橡胶密封垫错位示意图 A.4.2 试验方法 橡胶密封垫耐水压性能试验应按如下步骤进行：a)清除试验装置沟槽内的水、油及其他杂物，保持干操清洁；b)将试样按照设计要求粘贴在沟槽内，停放 24 h 后，先拼装两块直角板，再拼装平板。先从直角板竖缝开始，将螺栓均匀拧紧，使“T”形缝的张开量和错位量达到设定值；c)打开排气阀门，加压至有水排出后关闭阀门。以每次 0.1 MPa 的增量从 0 升压至设计要求的水压值，每次升压时，待压力稳定后保压不小于 30 min。升压至设计要求的水压值后至少保持 24 h。试验过程中因为螺栓长时间处于应变状态所产生的变形及密封垫产生的变形，允许试验压力有轻微下降。在达到设计水压值后的保压过程中，应注意压力变化，并通过适当的补压来保证压力的稳定；d)遇水膨胀橡胶的试样，在升压过程中如出现渗漏水，应停止升压，待试样膨胀至不渗漏水后继续试验；e)每次测试完毕后，应卸掉压力，松弛装置调换垫片或调整错位量，用同样方法进行下一组试验。A.5 试验记录 表 A.1 试验记录表 实验室温度：时间（年月日时分）张开量（mm）错位量/（mm）水压（MPa）DB51/T 28412021 8 A.6 试验报告 试验报告应包括下列内容：a)试验样品的说明；b)试验装置沟槽的尺寸，最大张开量、最大错位量；c)试验温度；d)试样制备日期；e)试验日期；f)试验结果。DB51/T 28412021 9 附 录 B（规范性）压缩应力试验 B.1 范围及目的 本方法适用于盾构管片橡胶密封垫的压缩应力模拟试验，供验证设计的产品断面结构是否满足施工的要求。B.2 试样 橡胶密封垫耐水压性能试验用试样长度为 200 mm，应从实体产品中选取。受试验装置条件限制时，经与用户协商，可采用原材料、工艺与实体产品一直，具有代表性的产品进行试验。B.3 试验条件 试验室环境条件为：23 2，湿度不大于 85%。B.4 试验方法 B.4.1 试验装置 橡胶密封垫压缩应力性能试验应在专门试验装置上进行，试验装置标准构造见图 B.1。图 B.1 压缩应力试验装置示意图 B.4.2 试验方法 橡胶密封垫压缩应力性能试验应按如下步骤进行：a)把试样放在试验装置的沟槽内，上下合起来放人导向套内（如试验机平板能固定上下模板，就不需要导向套，可直接上下对准固定后试压）；b)以 50 mm/min 速度压缩试样，直至压缩间隙接近 0 mm，再以相同速度放松试样，如此反复压缩和放松试样重复二次；c)第三次为正式试验，应绘出应力应变曲线，示例如图 B.2。DB51/T 28412021 10 图 B.2 应力应变曲线示例图 B.5 试验报告 试验报告应有下列内容：a)试验样品的说明；b)试验装置的沟槽断面尺寸；c)试验温度；d)试样制备日期；e)试验日期；f)试验结果。DB51/T 28412021 11 附 录 C（资料性）安装与注意事项 C.1 按照管片类型选择与之型号相符的密封垫备用，如标准块、邻接块、封顶块，和与之对应的密封垫，由于成框尺寸存在差异，使用前应确认避免混用。C.2 安装前应检查管片密封沟槽是否存在缺陷，应清除沟槽内的杂质、粉尘、水、油渍等，以免影响密封垫与管片的粘接效果而导致密封垫脱落。C.3 在管片密封沟槽和密封垫底部应均匀涂刷专用胶黏剂，涂刷完成后应根据胶黏剂性能、气候和湿度不同放置 5 分钟15 分钟，待手指接触不粘后，将密封垫套入沟槽内，带凸肋的一侧应与沟槽接触。C.4 密封垫应靠沟槽外弧边安装，以减少由于密封垫断面尺寸波动引起的安装错位现象。安装时应先固定角部，然后由角部向中间推压。C.5 应采用塑胶或木榔头依次敲击密封垫，使密封垫与沟槽接触紧密、平整，接触位置准确，不应有鼓包、缺口、超长或过短现象。C.6 应在胶黏剂完全固化后安装管片。C.7 密封垫安装过程和胶黏剂固化过程应搭建雨棚，避免日晒、雨淋。