盾构隧道衬砌管片两道密封垫防水能力测试装置及方法与流程

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本发明涉及盾构隧道技术领域，尤其是涉及一种盾构隧道衬砌管片两道密封垫防水能力测试装置及方法。

背景技术：

盾构隧道衬砌管片接头是连接管片与管片之间的结构部位，是管片发生渗漏的薄弱环节。在隧道施工中，采用预制弹性密封材料的盾构隧道接缝防水已被大量工程实践实践证明合理可行。

弹性密封材料防水法具体原理如下:在管片内外侧设置沟槽并安装弹性密封垫，在管片拼装后，采用千斤顶压紧弹性密封垫，从而达到相应的防水效果。

从理论上来讲，采用单道弹性密封垫可以满足结构防水要求，然而在实际工程中，由于施工中不可避免会出现局部的管片错台，严重时可引起密封垫沟槽混凝土局部剥落，导致接缝出现局部的渗漏现象。此外，考虑到隧道纵断面穿越复杂岩土环境的影响，当结构位于含水率高且渗透系性很强的地层时，一旦发生漏水，隧道结构的安全性能将得不到保证。因此，从减少管片衬砌结构渗漏水机率，以及确保工程与周边环境安全出发，在高水压条件下推荐采用双道防水方案。

现有的两道防水的试验装置较少，主要在传统的防水试验装置上设置两道封闭的沟槽，嵌入弹性密封垫，通过中心注水，用以模拟高压水依此穿越两道防水密封垫的工况。该装置主要有如下缺陷：实际的工况下，盾构隧道接缝两道弹性密封垫的张开量与压缩量是由接头的受力状态来确定的，无论接头承受正弯矩还是负弯矩，受压侧的防水密封垫的必然是紧密贴合，而处在受拉侧的防水密封垫必然有一定的张开量，而已有的两道防水密封垫试验装置，其两道密封垫保持同步的压缩量变化，其受力状态本质上是相同的。因此，无法科学的模拟实际管片接头受力状态下两道防水密封垫的防水效果。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种盾构隧道衬砌管片两道密封垫防水能力测试装置及方法。本发明专利将主要解决真实受力状态下双道防水性能试验，用于定量分析双道弹性密封垫的防水性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种盾构隧道衬砌管片两道密封垫防水能力测试装置，所述的装置包括上部试模和下部试模，所述的上部试模由内而外依次设置上部内沟槽和上部外沟槽，所述的下部试模由内而外依次设置下部内沟槽和下部外沟槽，所述的上部内沟槽、上部外沟槽、下部内沟槽和下部外沟槽内均设有弹性密封垫，所述的上部外沟槽内圈为平面或设有矩形凹槽或矩形凸台，所述的下部外沟槽内圈为平面或设有矩形凹槽或矩形凸台。

当上部外沟槽内圈设有矩形凹槽时，所述的下部外沟槽内圈为平面；

当上部外沟槽内圈设有矩形凹槽时，所述的下部外沟槽内圈设有矩形凹槽；

当上部外沟槽内圈设有矩形凸台时，所述的下部外沟槽内圈为平面；

当上部外沟槽内圈设有矩形凸台时，所述的下部外沟槽内圈设有矩形凸台；

当上部外沟槽内圈为平面时，所述的下部外沟槽内圈设有矩形凸台；

当上部外沟槽内圈为平面时，所述的下部外沟槽内圈设有矩形凹槽。

所述的上部试模和下部试模通过螺栓连接，所述的上部试模和下部试模上均设有螺栓孔。可以进行上部试模和下部试模间的错位设置。

所述的上部内沟槽与下部内沟槽中的弹性密封垫相接触，形成内圈防水密封垫，所述的上部外沟槽与下部外沟槽中的弹性密封垫相接触，形成外圈防水密封垫。

所述的内圈防水密封垫之内为第一密封腔，内圈防水密封垫和外圈防水密封垫之间形成第二密封腔。

所述第一密封腔、第二密封腔内均安装有进水通道、排水通道和水压计。

所述上部内沟槽、下部内沟槽、上部外沟槽、下部外沟槽均呈封闭状。

一种采用上述任一所述的一种盾构隧道衬砌管片两道密封垫防水能力测试装置的测试方法，该方法包括以下步骤：

s1、根据试验工况确定弹性密封垫所需张开量，根据张开量设置矩形凹槽或矩形凸台，控制上部内沟槽和下部内沟槽间的间距以及上部外沟槽和下部外沟槽间的间距；

s2、在上部内沟槽、上部外沟槽、下部内沟槽和下部外沟槽上分别安装弹性密封垫；

s3、拼装两块钢板试模，使两块钢板试模的错位量达到设定值后，拧紧螺栓；

s4、打开装置上的分别位于第一密封腔和第二密封腔的两套排气阀门，从两个进水口注水，至两个排气口有水流出，关闭第二密封腔进水通道和排水通道，关闭第一密封腔的排水通道；

s5、从第一密封腔的进水通道继续进行注水，至第一密封腔的水压计读数稳定，将此时第一密封腔水压计的读数作为该工况下内圈防水密封垫的耐压值；

s6、从第一密封腔的进水通道继续进行注水，至外圈防水密封垫漏水或加压系统水压表水压无法继续上升时，读取第一密封腔的水压计稳定读数，此读数即为两道防水密封垫的综合防水耐压值；

s7、该组实验结束后，排空装置中的水，调整上部试模和下部试模间的错位量，重复s4-s6，进行下一组实验。

所述的上部内沟槽与下部内沟槽中的弹性密封垫相接触，形成内圈防水密封垫，所述的上部外沟槽与下部外沟槽中的弹性密封垫相接触，形成外圈防水密封垫，内圈防水密封垫之内为第一密封腔，内圈防水密封垫和外圈防水密封垫之间为第二密封腔。

所述第一密封腔、第二密封腔内均安装有进水通道、排水通道和水压计。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、真实模拟两道密封垫不同受力情况下的防水试验：与现有的试验装置相比，本装置能够真实模拟实际盾构隧道管片两道防水密封垫任意受力变形状态下的防水能力，对上下沟槽进行组合加工，比如，可以加工成上部外沟槽内圈往里凹4mm，下部外沟槽内圈往里凹3mm；亦可加工成上部外沟槽内圈往里凹0mm，下部外沟槽内圈往里凹7mm，即可模拟高压水先突破受拉区张开量为7mm的弹性密封垫的工况，解决了现有的两道密封垫防水试验装置只能同步变化内外两道密封垫压缩或张开量的弊端；

2、模型精度高：本装置优先采用钢试模进行加工，其精度是远远大于钢筋混凝土试模；

3、真实模拟不同错位情况下的防水能力试验：通过在上部试模和下部试模之间设置垫块，拧紧螺栓后即可进行不同错位量的试验。

附图说明

图1为是本发明的上部试模的结构示意图；

图2为是本发明的下部试模的结构示意图；

图3是图1、图2的a-a剖面图；

图4是图3中a部位装置外圈密封垫接触详图(图示张开量为0)；

图5是图3中b部位装置内圈密封垫接触详图(图示张开量为l)；

图6是本发明的一种实施例的结构示意图；

1、下部试模；101、下部外圈弹性密封垫；102、下部内圈弹性密封垫；103、第一密封腔进水通道；1031、第一密封腔进水通道阀门；104、第二密封腔进水通道；1041、第二密封腔进水通道阀门；105、下部长螺栓孔；106、下部外沟槽；107、下部内沟槽；2、上部试模；201、上部外圈弹性密封垫；202、上部内圈弹性密封垫；203、第一密封腔排水通道；2031、第一密封腔排水通道阀门；204、第二密封腔排水通道；2041、第二密封腔排水通道阀门；205、上部长螺栓孔；206、上部外沟槽；207、上部内沟槽；3、第一密封腔；301、第一密封腔水压计；4、第二密封腔；401、第二密封腔水压计。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明涉及一种盾构隧道衬砌管片两道密封垫防水能力测试装置，通过将上部和下部试模的内、外沟槽设置成不同高差，在安装完两道弹性密封垫后，将两块试模压紧，可以创造出一条压缩量为0，另一条有一定张开量的工况，进而通过两套注水与排水通道进行注排水，将第一、第二密封腔中的空气排出，最后通过第一密封腔的注水通道，从中心注水，模拟高压水依次突破两道弹性密封垫的情形，从而达到精确测量两道弹性密封垫防水能力的目的。

如图2所示，所述下部试模1主要包括：下部外圈弹性密封垫101、下部内圈弹性密封垫102、第一密封腔进水通道103、第二密封腔进水通道104、下部长螺栓孔105、下部外沟槽106、下部内沟槽107。所述下部外圈弹性密封垫101、下部内圈弹性密封垫102分别被安装在下部外沟槽106、下部内沟槽107中。所述第一密封腔进水通道103上带有第一密封腔进水通道阀门1031，所述第二密封腔进水通道104上亦带有第二密封腔进水通道阀门1041。

如图1所示，所述上部试模2主要包括：上部外圈弹性密封垫201、上部内圈弹性密封垫202、第一密封腔排水通道203、第二密封腔排水通道204。上部长螺栓孔205、上部外沟槽206、上部内沟槽207。所述上部外圈弹性密封垫201、上部内圈弹性密封垫202分别被安装在上部外沟槽206、上部内沟槽207中。所述第一密封腔排水通道203上带有第一密封腔排水通道阀门2031，所述第二密封腔排水通道204上带有第二密封腔排水通道阀门2041。

所述第一试模和第二试模优先采用加工精度较高的钢板，也可采用钢筋混凝土浇筑，考虑到钢筋混凝土强度不如钢板，如果采用钢筋混凝土制作时，其尺寸需要作一定的调整。

所述的内圈防水密封垫之内为第一密封腔3，内圈防水密封垫和外圈防水密封垫之间形成第二密封腔4。

如图3所示所述第一密封腔3中安装第一密封腔水压计301，第二密封腔4可安装第二密封腔水压计401。所述下部试模1和上部试模2之间通过在下部长螺栓孔105和上部长螺栓孔205中插入螺栓来进行连接。

内外沟槽不同高程的确定，既可以依据实际工程经验进行选取，又可以进行相应的接头力学试验来确定受拉侧密封垫张开量的取值。

所述的上部外沟槽206内圈为平面或设有矩形凹槽或矩形凸台，所述的下部外沟槽106内圈为平面或设有矩形凹槽或矩形凸台。

本实施例中上部外沟槽内圈设有矩形凹槽，所述的下部外沟槽内圈设有矩形凹槽；所述的上部外沟槽内圈即上部内沟槽所在平面，所述的下部外沟槽即下部内沟槽所在平面。

利用本实施例中的盾构隧道衬砌管片两道密封垫防水能力测试装置的测试方法，包括以下几个步骤：

1)首先确定所需实验的工况。本装置可通过加工内外不同高差的沟槽实现多种试验工况，既可模拟高压水先突破受压侧弹性密封垫，再突破受拉侧弹性密封垫，又可模拟高压水先突破受拉侧弹性密封垫，再突破受压侧弹性密封垫。

首先确定试验所需要测量的两道防水密封垫中受拉侧密封垫的张开量值，优选地，可将其取为实际盾构隧道防水密封垫张开量的最大值，如7mm。其次确定实际工况中高压水突破受压侧密封垫和受压侧密封垫的顺序，本实施例中先突破受拉侧密封垫，再突破受压侧密封垫，则实际装置密封垫的设置可以参照图3，只需将图5中的l设置成防水密封垫张开量的最大值7mm即可。最后，确定l如何分配给下部试模1的下部内沟槽107和上部试模2的上部内沟槽207，以7mm为例，本实施例中模拟高压水先突破受拉区张开量为7mm的弹性密封垫，再突破受压区张开量为0mm的弹性密封垫，只需将上下内沟槽的间距设置的较上下外沟槽的间距大7mm。由于本实施例中上部外沟槽内圈设有矩形凹槽，所述的下部外沟槽内圈设有矩形凹槽，因此，可以加工成上部内沟槽往里凹4mm，下部内沟槽往里凹3mm；

2)在上部试模2和下部试模1上涂抹防水胶，并粘弹性密封垫，停放一段时间，使弹性密封垫和试模粘贴牢固。

3)拼装两块钢板试模，使两块钢板试模的错位量达到设定值后，拧紧螺栓，使得两块钢板试模能够紧密接触，从而创造处一条弹性密封垫张开量为0，另一条弹性密封垫张开量为设定值的状态，弹性密封垫张开量为0处如图4所示。

4)打开两套排气阀门，从两个进水口，加压至有水排出，排出两个密封腔的空气。接着关闭第二密封腔进水通道和排水通道，关闭第一密封腔的排水通道，从第一密封腔的进水通道进行注水。

5)增量加压，从第一密封腔的进水口继续进行注水，至第一密封腔的水压计读数稳定，将此时第一密封腔水压计的读数作为该工况下内圈防水密封垫的耐压值；

6)从第一密封腔的进水口继续进行注水，至外圈防水密封垫漏水或加压系统水压表水压无法继续上升时，读取第一密封腔的水压计稳定读数，此读数即为两道防水密封垫的综合防水耐压值

7)试验结束后，卸掉压力，可调整相应的错位量，进行下一组试验。

实施例2

本实施例中的盾构隧道衬砌管片两道密封垫防水能力测试装置，上部外沟槽206内圈设有矩形凸台，下部外沟槽106内圈设有矩形凸台。该装置的其他部分与实施例1相同。