保护隧道滴水不漏——隧道管片密封垫的发展趋势

　　近年来，除了传统的密封垫，一种新型锚定密封垫渐渐进入了人们的视野。锚定式(注入型)密封垫在其横截面上设置有一个或多个脚形延伸段，可在管片浇筑时嵌入到混凝土内。

锚定式密封垫截面

这样的设计免除了管片拼装之前将密封垫黏贴入槽的步骤，也消除了在黏贴时相关溶剂的烟雾问题和可燃性材料的存在。

锚定式密封垫截面

锚定式密封垫的出现已经有20个多年头，在专利方面可回溯到1990年代早期的英国，德国等，但直到最近的数年，才得到广泛的应用。其首次大型应用是在2008年莫斯科长500m，外径3.15m的下水道工程中。

堆放的管片

之后，在伦敦长1km的Islington排水隧道、卡塔尔长33km的多哈地铁绿线隧道、华盛顿Blue Plains合流污水溢流隧道，以及旧金山中央地铁等工程中都获得了应用，此外，还将在意大利佛罗伦萨NODO di Firenze高铁项目中使用。

管片浇筑旋转台

2010年，伦敦长7km的Lee污水隧道的管片使用了锚定式管片密封垫。在实际使用中，出现了密封垫四角不服帖的情况。由于在密封垫的边角材料要进行斜接和硫化，密封垫截面孔洞通过硫化材料的填充，使得斜接处硬化，并使EPDM材料压缩性能变差，使得管片拼装困难，或在拼装后引起接角开裂，引发潜在的漏水问题。

此外，三块管片之间的丁字接缝的混凝土剥落现象也是一个较为普遍的问题。根据2008年由汉诺威大学进行的测试，剥落现象容易在反力荷载高于320 kN/m或者密封垫槽100%填满时出现。

密封垫丁字接缝处管片混凝土剥落

为了解决密封垫在角部的性能问题，两家公司研制了不同的解决方案。

其中之一，ES Rubber公司的解决方案在2008年取得了欧洲专利：通过在管片模具内使用矩形销钉封闭密封垫平面凹槽，从而防止硫化材料进入，但同时仍旧支撑角部顶尖。据称，该设计的反力荷载仅为密封垫平面的大约120% ，而不是普通硫化角部的300%。

第二种方法由VIP Polymers公司开发：密封垫表面设有薄层硫化“镀膜”，使得密封垫安装时避免硫化材料大量堆积，从而让密封垫截面原有空间继续具备足够的可压缩性而形成水密，防止在管片周围混凝土施加过分的应力。

　　除了锚定式密封垫，还出现了其他特殊的管片密封垫：

这种密封垫在普通的锚定密封垫内加入了部分亲水材料，在安装完毕后与水接触则会膨胀，发挥进一步密封作用。

等待安装的密封垫

然而，该材料无法存储在室外，或者在潮湿气氛下存放，否则在管片上应用之前或者在衬砌上安设之前发生膨胀则会导致密封垫失效。此外，全由亲水材料制成的密封垫也有应用，但是其应用范围较小。

此外，随着隧道的埋深越来越大，相应的较高的地下水压力只能通过隧道衬砌材料设计改善来抵御，因此密封垫所需承受的水压也越来越高。

不同形式的密封垫

密封垫的额定压力取决于内部结构的化合物，尺寸和形状。密封垫设计通常是按照某个压力，加上最坏情况下的最大间隙，偏移值，它也取决于规范或者承包商所要求的许用荷载最大偏移力。所有这些因数影响着密封垫性能。近年来，隧道衬砌（包括它们的密封件）必须抵御的最大压力已经大为增加，目前在欧洲应用的隧道密封垫可承受最大水压已达到15-18bar。

安装时（左）和受压时（右）的截面