盾構法隧道管片用軟木橡膠襯墊

1、盾構法隧道管片用軟木橡膠襯墊編制說明（征求意見稿）一、概述盾構法隧道管片用軟木橡膠襯墊是廣泛應用于各種盾構法隧道、人防等地下工程、基礎工程施工用的緩沖材料。主要用途為保護盾構管片在拼裝過程中不受損傷，起到緩沖減震的作用，在目前大力發(fā)展城市軌道交通及地鐵的形勢下，本產(chǎn)品在盾構法隧道工程上使用越來越多，因沒有相應的國家標準和行業(yè)標準，各工程設計人員對本產(chǎn)品的技術要求沒有統(tǒng)一的認識，更有甚者，因工程設計人員對橡膠行業(yè)的技術缺少正確的認知，對部分技術指標在設計過程中出現(xiàn)嚴重的錯誤，并且這種錯誤因工程設計員相互借鑒，導致在各地鐵工程設計中泛濫，為規(guī)范地鐵盾構工程材料的技術，確保各工程能規(guī)范應用，急需要制

2、定與此產(chǎn)品相關的國家標準，作為地鐵施工過程中產(chǎn)品驗收的依據(jù)。鑒于此，國家質量監(jiān)督檢驗局于2012年將“盾構法隧道管片用軟木橡膠襯墊”列入國家質檢公益性行業(yè)科研專項標準化項目（201210213防腐、減震用橡膠新材料重要標準研究）進行重點攻關和研究，以盡快解決上述以訛傳訛給工程設計和材料使用所造成的誤區(qū)及隱患，完善我國盾構隧道法軟木膠墊標準體系，為設計、生產(chǎn)和使用提供技術依據(jù)，確保百年工程建設質量。二、任務來源根據(jù)國標委綜合201166號文關于下達2011年第二批國家標準制修訂計劃的通知的要求，由全國橡膠與橡膠制品標準化技術委員會橡膠雜品分技術委員會組織標準的制定工作（計劃編號：20111246

3、-T-606）。江陰海達橡塑股份有限公司作為盾構法隧道管片用軟木橡膠襯墊子項目研究的協(xié)作單位，開展相關的研究及標準的起草、編制工作。三、標準制定過程2012年4月，由全國橡標委橡膠雜品分會秘書處在江蘇無錫組織召開了質檢公益科研專項防腐、減震用橡膠新材料重要標準研究項目啟動及推進工作會，會議由各相關行業(yè)的專家及企業(yè)技術研發(fā)人員共同組成，對該產(chǎn)品的國內外標準情況、國內生產(chǎn)和使用現(xiàn)狀進行了研討，根據(jù)項目任務確定了研究思路和研究方向，專家組成員對下一步工作提出了指導性建議。2012年8月，工作組與專家組成員再次在杭州進行了討論評審，起草小組成員對研發(fā)過程的數(shù)據(jù)進行了匯總，編制了項目調研報告，并通過走訪

4、相關用戶了解情況，收集相關國外樣品、技術指標及國內同類產(chǎn)品的標準要求，確定了本標準主體結構及技術內容。2013年5月，工作組成員及專家組成員在杭州進行了第三次工作會議，進一步討論了軟木橡膠襯墊的功能性的要求，提出了新技術項目：壓縮恢復性要求及可壓縮性的要求，并進行相應的試驗驗證工作。由江陰海達橡塑股份有限公司根據(jù)會議精神及試驗結果對標準進行修改，形成標準征求意見稿草案。 2013年6月，由全國橡標委橡膠雜品分會組織工作組成員及專家代表在鄭州召開第四次工作會議。各工作組成員及專家代表對標準征求意見稿草案逐項進行了分析和研究，統(tǒng)一了修改意見。會上決定由參加標準制定單位（江陰海達橡塑股份有限公司、衡

5、水中鐵建工程橡膠有限責任公司、上海紫江橡膠制品有限公司）對各自產(chǎn)品的恒定形變下的壓縮可恢復性、壓縮應力的性能進行進一步的試驗驗證；由江陰海達橡塑股份有限公司根據(jù)會上確定的修改意見對標準進行完善。通過分析研究試驗驗證數(shù)據(jù)（見附表）及對標準的修改，最終形成了標準征求意見稿。四、標準編制原則和確定標準主要內容的依據(jù)4.1 標準編制原則在標準的編寫過程中，嚴格按照GB/T1.1-2009標準化工作導則 第1部分：標準的結構和編寫規(guī)則、GB/T1.2-2002標準化工作導則 第2部分：標準中規(guī)范性技術要素內容的確定方法的規(guī)定進行。1.從國內外資料調研顯示，國外沒有相應的產(chǎn)品標準。國外較早系統(tǒng)介紹盾構道路

6、隧道管片傳力襯膠墊的是埃及艾哈邁德.哈姆迪(Ahmed Hamdi)過蘇伊士運河的隧道工程，其設計公司為著名的英國哈爾克羅(Sir William Halcrow)設計事務所，設計中對襯墊板選用材料聚乙烯、構造聚乙烯、軟木板、改進的尼龍、增強氯丁橡膠、膠乳水泥等進行篩選比較，提出的選用要求如下：A、符合設計要求的應力/應變特征，要求有一定的剛度，以便于安裝；B、具有隨時間變化的應力應變特征；C、因隧道處于腐蝕地層，要求地下水侵蝕時能保持穩(wěn)定；制造容易，造價低廉，以節(jié)約資源。2.英國倫敦W.K.Grace有限公司Servised分公司制造膠乳水泥曾被用作緩沖膠墊。商品名稱為隧道墊板。是按照Ahm

7、ed hamdi隧道鋼筋混凝土管片的要求定型生產(chǎn)的。它以橡膠漿和水泥為基料，在兩個承壓面上附加玻璃纖維，以防止運輸和儲存過程中可能造成的損傷，襯墊板是在管片拼裝前，預先在地面上粘貼到管片上。因當時管片精度欠高，襯墊板(近10mm)偏厚，墊板折損，工程實踐中暴露問題不少。3.在管片錯縫拼裝時，環(huán)縫可使用丁腈軟木橡膠薄片以分散集中應力。國外視管片結構形式，拼裝方式對緩沖材料的種類、規(guī)格、鋪設面積，做出多種迥異的選擇。4.2主要技術內容4.2.1 技術內容的確定在國內，目前隨軟木復合緩沖膠墊應用的日益廣泛，技術日益成熟，加之各方面對成本的要求，該材料的研究方向以在保證性能的要求下，降低成本為主，因此

8、擬采用再生膠與天然膠并用或丁苯膠并用的技術，以達到降本增效的目的。該項技術正在研究開展中，相信經(jīng)過各方的共同努力，定可以研制出低成本、適用性強、緩沖、抗振性能優(yōu)異的緩沖膠墊。以確保滿足工程使用的要求。軟木緩沖膠墊功能：為了改善管片安裝部位的可壓縮性能，軟木粉以橡膠的填充材料加到橡膠中，可用減壓及緩沖的作用。從工程使用的本身功能分析，因膠墊本身所體現(xiàn)的功能并不大，各設計及工程施工單位更需要性加比高的膠墊，一方面具有可壓縮性，另一方面只要有一事實上的粘結力，確保膠墊在施工過程中不脫落，所以在天津地鐵，設計院專門規(guī)定了用再生橡膠板替代盾構隧道法軟木膠墊的可能性，在其它過江隧道上同樣設計使用了再生膠墊

9、，在使用再生膠墊作為緩沖墊板時，對硬度的設計為50A，比軟木膠墊下降了硬度，從使用再生膠加入新型硫化劑，并加入耐熱添加劑提高耐老化性，同樣可以解決膠墊的硬度，強度和可壓縮性的要求。找出強度和拉伸永久變形的相互影響的規(guī)律，以指導調整、優(yōu)化配方，滿足使用要求。進而解決軟木橡膠的硫化問題，通過模具和工藝調整、以及配方設計三方面改善硫化工藝上的性能。重量抽檢 配料 硫化劑加入 抽 檢 生膠稱量 開煉機塑煉 密煉機混煉 開煉機混煉 檢驗包裝 硫化 膠料停放 薄通后出片 基本測試圖1 軟木復合緩沖膠墊的基本生產(chǎn)工藝流程軟木橡膠加工過程和一般橡膠加工過程相似：首先生膠塑煉、加配合劑混煉，然后在混煉膠中加入軟

10、木粉，壓延出片、切條半成品，將半成品轉入模具硫化成型。4.2.2主要工藝特點軟木橡膠配合特點在橡膠的配方中配入不同量的同類型粗細的軟木，將明顯的影響到軟木橡膠的硬度、強度、彈性。在橡膠中加入軟木后，達到正硫化點所需要的時間延長。因此在橡膠中加入一定量的軟木后，要起到同樣的硫化效果，則要求配合劑用量要增加。這主要是由于軟木的多孔結構，配入橡膠后對助劑有吸附作用，軟木體積大，加入橡膠后使混煉膠料體積增大，單位體積中的助劑減少所致。混煉特點由于軟木密度小，同橡膠混煉過程中應掌握先加細料后加粗料的原則。一般最后加入軟木粉，在混煉過程中用冷卻水給輥筒降溫。對加工環(huán)境有一點影響，粉塵比較大。硫化成型特點在

11、硫化過程中由于加入軟木后改變了橡膠的流動性，當受熱后流動性相對橡膠變差。軟木的多孔性使軟木橡膠的可壓縮性大大增加，軟木用量越多流動性越差，可壓縮性越大，成型時的壓縮比就小。4.2.3主要試驗的驗證表1 盾構法隧道管片用軟木橡膠襯墊數(shù)據(jù)匯總序號主材硬度邵爾A/度拉伸強度MPa扯斷伸長率%密度g/cm3可壓縮性%壓縮恢復性%15SBR75SBR752114.51.5256.38015SBR80SBR812.277.91.5427.88115SBR90SBR923.245.91.5555.358220SBR75SBR762.81801.4438.08520SBR80SBR813157.11.4415

12、.885.520SBR90SBR913.675.81.5175.683.530SBR75SBR765.1281.91.3456.68830SBR80SBR805.7239.41.3777.88530SBR90SBR906.0113.91.3995.3086表2 盾構法隧道管片用軟木橡膠襯墊數(shù)據(jù)匯總序號主材硬度 邵爾A/度拉伸強度MPa扯斷伸長率%密度g/cm3可壓縮性%壓縮恢復性%15RM75NR771.965.91.4896.191.215 RM 80NR842.141.11.4938.3790.515 RM 90NR903.247.21.5355.359120 RM 75NR732.913

13、8.51.4238.29020 RM 80NR813.6103.71.4865.189.520 RM 90NR903.664.51.4825.588.530 RM 75NR764.7155.21.3616.39230 RM 80NR805.3138.41.3957.892.830 RM 90NR905.172.41.4105.3593其中：在上述表格中SBR為丁苯橡膠的代號，NR為天然橡膠的代號，以“15SBR75”為例說明上述表格。“15SBR75”中“15”表示基本含膠率，“SBR”代表選用的母體膠料，“75”表示所得材料的大致硬度。具體詳細介紹如下：以丁苯橡膠為母體膠料的配方設計 生膠選

14、用的是丁苯橡膠，丁苯膠（SBR）是苯乙烯與丁二烯之共聚物，其物理機構性能、加工性能及制品的使用性能接近于天然橡膠，有些性能如耐磨、耐熱、耐老化及硫化速度較天然橡膠更為優(yōu)良。與天然橡膠比較，質量均勻、異物少，具有優(yōu)良的機械穩(wěn)定性、抗水性、耐磨性能、抗?jié)窕?，價格比較便宜，綜合性能較為優(yōu)良。以丁苯橡膠為母體材料，在成本較低的前提下，提供了一種強度、扯斷伸長率綜合達標的優(yōu)質軟木制品，在機械強度優(yōu)良的前提下還具有比較優(yōu)良的扯斷永久變形，強度達到標準要求。含膠率相對較低，因此成本較低，性價比較為優(yōu)秀。尤其需要指出的是，丁苯橡膠在較低含膠率情況下，混煉膠加工性能較好，遠超過天然膠。為了滿足硬度的要求，適當

15、的改變某些填充劑的填充比例。考慮到較低的成本，這種配方設計有一定的使用價值。B、以天然橡膠為母體膠料的配方設計生膠選用天然橡膠，天然橡膠是一種以聚異戊二烯為主要成分的天然高分子化合物，分子式是（C5H8）n，其成分中91%94%是橡膠烴（聚異戊二烯），其余為蛋白質、脂肪酸、灰分、糖類等非橡膠物質。天然橡膠在常溫下具有較高的彈性、稍帶塑性，具有非常好的機械強度，滯后損失小，在多次變形時生熱低，因此其耐屈撓性也很好，并且因為是非極性橡膠，所以電絕緣性能良好。天然橡膠還具有較好的耐堿性能，綜合性能優(yōu)良。具體到本配方，鑒于制品對成本的要求，降低了生膠地使用量，在成本較低的前提下，提供了一種強度、扯斷伸

16、長率綜合達標的優(yōu)質軟木制品，在機械強度優(yōu)良的前提下還具有比較優(yōu)良的扯斷永久變形，強度超出標準要求。含膠率較低，因此成本較低，鑒于天然膠耐老化有所欠缺的緣故，使用少許防老劑，對物理性能并無影響，性價比較為優(yōu)秀。尤其需要指出的是，天然膠在較低的含膠率情況下，混煉膠加工性能較差，配合劑分散不夠均勻，為了提高機械性能，增高了硬度，對于批量生產(chǎn)挑戰(zhàn)較大。五、預期的經(jīng)濟效果近年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，引發(fā)了地鐵的建設熱潮。當前發(fā)展趨勢是交通工具既要快捷、舒適，又要安全、環(huán)保。盾構管片用軟木膠墊作為盾構管片防護墊板，可以防止管片安裝過程中管片與管片擠壓受力所導致的傷害，起到良好的緩沖作用。雖然產(chǎn)品在整個

17、工程中只是一個小件，但是為整個工程的安全提供了重要的保障，具有良好的社會和經(jīng)濟效益。六、標準性質本標準作為推薦性國家標準。七、與有關的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強制性國家標準的關系本標準符合現(xiàn)行法律、法規(guī)和相關政策的要求。八、標準的水平國內外目前尚無相應的標準，本標準是根據(jù)國外同類企業(yè)產(chǎn)品的實際數(shù)據(jù)及國外技術要求，與本國相關產(chǎn)品的標準要求制定而成，本標準技術水平為國內先水平。九、貫徹國家標準的要求和措施建議建議應在標準發(fā)布后，歸口單位組織主要起草單位和設計、生產(chǎn)、檢測和使用單位專家組成宣傳工作組，對標準的相關內容進行宣傳貫徹，使設計、生產(chǎn)、檢測和使用單位在盡快獲得標準文本的同時更要掌握標準的內容，并收集整理遇到的問題。附表：表1 盾構法隧道管片用軟木橡膠襯墊數(shù)據(jù)匯總（硬度 705）序號項 目指 標1121314253647484941041拉伸強度/MPa 2.12拉斷伸長率/% 1503恒定形變下的壓縮可恢復性/% 98.39%96.79%97.07%78%83%98.84%99.57%9732%9530%9776%恒定形變下的壓縮應力/MPa 2.42.02.03.5415.4713.9714.3714.331