一种盾构隧道接缝双道密封垫防水性能测试装置及方法

1.本发明涉及隧道与地下工程技术领域，具体涉及一种盾构隧道接缝双道密封垫防水性能测试装置。此外本发明还涉及一种密封垫防水性能测试装置的测试方法。


背景技术：

2.随着我国城市化进程的快速发展，地铁、江河通道等隧道建设需求量极大，盾构隧道作为主要的隧道形式，具有重要的地位。地下工程的防水问题一直为广大技术人员所关注，而对于盾构隧道，由于长期受地下水的浸泡和腐蚀，防水性能至关重要。盾构法隧道的防水不仅关系到隧道使用功能的正常发挥，而且关系到隧道使用寿命的长短。盾构隧道防水包括管片自防水、接缝防水和手孔防水。其中，管片衬砌块在预制工厂制作，制作质量有保障，抗渗性能良好，最为成熟；接缝防水最为薄弱，也最为重要，所以盾构隧道防水的重点是管片块与块之间及环与环之间接缝的防水。由于隧道工程地质条件及隧道结构的差异，防水设计条件均不相同，因此常需进行大量的模拟试验，以选择合适的接缝防水材料及断面型式。目前，大部分工程均采用单一材质(化学稳定性好、耐老化及耐水性能优异)的三元乙丙多孔橡胶密封垫，也有采用三元乙丙多孔橡胶与吸水膨胀橡胶组成的复合密封垫。密封的原理是在一定的压力下，通过密封胶条内部孔的变形产生的内应力，使之在两个接触面产生巨大的应力而密封止水。
3.现有的接缝双道密封垫防水性能试验装置在试验过程中，错台量被预先设定，即密封垫受力状态都是先错动再压缩。然而在实际工程环境中，接缝可能外张角的变形，在此变形下，双道布置的密封垫张开量将存在一定差值，现有的试验并不能反映这一差值。同时，密封垫实际服役环境为先压缩，后在扰动下出现错台，在此过程中密封垫处于压缩力与橡胶之间摩擦力共同作用下的复合压-剪应力下应力状态，即与现有装置预先设定错台量再设定张开量这一过程不一致。上述试验误差均将导致测试得出的密封垫防水性能的不准确性。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有试验装置试验时预先设定错台量再设定张开量，与实际状况不符的缺陷，从而提供一种盾构隧道接缝双道密封垫防水性能测试装置。
5.本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种上述测试装置的测试方法。
6.一种盾构隧道接缝双道密封垫防水性能测试装置，包括组合盖板、用于放置组合盖板的位移加载框架以及能延伸至由密封垫与组合盖板形成的密闭空间的水压加载系统；所述组合盖板包括用于向密封垫工作面施加正向压力的上盖板以及位于上盖板下方的下盖板一和下盖板二，所述下盖板二具有一个容纳下盖板一的下盖板二凹槽，所述上盖板底部由内向外依次设置有环形的上盖板内道沟槽和上盖板外道沟槽，所述上盖板内道沟槽和上盖板外道沟槽分别与设置在下盖板一的下盖板一沟槽和下盖板二的下盖板二
沟槽相互对应，上盖板内道沟槽和下盖板一沟槽之间，以及上盖板外道沟槽与下盖板二沟槽之间均设置有环形密封垫，所述上盖板和下盖板二通过盖板连接螺栓相连接；所述位移加载框架用于向密封垫工作面施加侧向剪力，其包括一个u型框架和一个可拆卸的嵌入u型框架顶部的顶部平板，所述u型框架底部设置有一个用于放置组合盖板的可移动的滑轨，所述u型框架侧面设置有一个水平向千斤顶，千斤顶顶头伸入u型框架，并指向u型框架内部的下盖板二（3），以使下盖板二（3）能相对于上盖板（1）平移。
7.作为本发明中测试装置的一种优选，所述水压加载系统包括液压泵，以及穿过上盖板与液压泵相连的测量加载通道，所述测量加载通道设置在上盖板内道沟槽和下盖板一沟槽之间的环形密封垫以内，以及相邻环形密封垫之间。
8.作为本发明中测试装置的一种优选，所述下盖板二凹槽的边长尺寸与下盖板一的边长尺寸相同，其深度大于下盖板一的厚度；所述下盖板二凹槽底部与下盖板一底部之间设置有一个垫片，用于调整下盖板一和下盖板二的工作面高度差。
9.作为本发明中测试装置的一种优选，所述垫片的厚度包括2mm、4mm、6mm、8mm和10mm，所述垫片为方体铸铁垫片。
10.作为本发明中测试装置的一种优选，所述测量加载通道包括设置在上盖板内道沟槽和上盖板外道沟槽之间的外部水腔水压表接孔、外部水腔进水孔和外部水腔排气孔，设置在上盖板内道沟槽内侧的内部水腔水压表接孔、内部水腔进水孔和内部水腔排气孔。
11.作为本发明中测试装置的一种优选，所述外部水腔水压表接孔和内部水腔水压表接孔还设置有沿接孔插入组合盖板内部的外部水腔水压表和内部水腔水压表。
12.作为本发明中测试装置的一种优选，所述上盖板外道沟槽外侧设置有沿上盖板边缘间隔均匀设置的上盖板长条状螺栓孔，所述下盖板二沟槽外侧设置有沿下盖板二边缘间隔均匀设置的下盖板二长条状螺栓孔，所述顶部平板设置有沿其边缘均匀间隔设置的顶部平板长条状螺栓孔，装置组装完成后，上盖板长条状螺栓孔、下盖板二长条状螺栓孔、顶部平板长条状螺栓孔的位置相互对应。
13.作为本发明中测试装置的一种优选，所述顶部平板长条状螺栓孔与顶部平板边缘之间设置有一圈间隔均匀布设的顶部平板圆螺栓孔，顶部平板嵌入u型框架顶部后，所述顶部平板圆螺栓孔与设置在u型框架底部的u型框架圆螺栓孔位置相互对应。
14.本发明还提供了一种盾构隧道接缝双道密封垫防水性能测试装置的测试方法，包括如下步骤：s1:将内道密封垫与外道密封垫粘贴于上盖板内道沟槽和上盖板外道沟槽及下盖板一沟槽和下盖板二沟槽；s2:选择相应厚度的垫片置于下盖板二凹槽，将下盖板一嵌入下盖板二凹槽，以使内道密封垫和外道密封垫工作面存在张开量差值，将上盖板吊装至下盖板二顶面并对齐；s3:将盖板连接螺栓穿过上盖板长条状螺栓孔与下盖板二长条状螺栓孔，拧紧盖板连接螺栓；s4:吊装组合盖板于u型框架底面的滑轨之上；s5:将外框架顶部平板嵌入u型框架的顶部，将框架连接螺栓穿过顶部平板圆螺栓孔及u型框架圆螺栓孔，拧紧框架连接螺栓至盖板间隙达到设定张开量；s6:拆除盖板连接螺栓，启动千斤顶，使千斤顶以设定速率从侧面推动下盖板二，
使上下盖板工作面错动至设定错台量；s7:将盖板连接螺栓再次穿过上盖板长条状螺栓孔与下盖板二长条状螺栓孔，拧紧盖板连接螺栓，拆除框架连接螺栓，取下顶部平板；s8:在内部水腔水压表接孔及外部水腔水压表接孔分别连接内部水腔水压表及外部水腔水压表，打开内部水腔进水孔及外部水腔进水孔的阀门，注水，通过内部水腔排气孔及外部水腔排气孔排出空气，关闭内部水腔排气孔及外部水腔进水孔的阀门，开始水压加载；s9:当外部水腔排气孔有水流出时，说明内道密封垫防水失效，记录内部水腔水压表的示数；s10:关闭外部水腔排气孔的阀门，继续水压加载至外道密封垫防水失效，记录外部水腔水压表数据变化；s11:内道密封垫和外道密封垫均防水失效，试验结束，更换试件，重复s1~s10，测量多组纵缝错台及张开变形下双道密封垫防水失效时的防水极限水压。
15.作为本发明中测试方法的一种优选，s1中，粘贴后需等待24小时，以使粘合剂生效；s8中，空气排出完毕，以使水填满密闭空间。
16.本发明技术方案，具有如下优点：1、本发明通过上盖板、下盖板一和下盖板二相组合，得到了内外两道不同步压缩的密封垫，形成了内外两个密闭空间，实现了接缝双道密封垫内外两道密封垫不同张开量时渗漏模拟；通过设定内外两道密封垫不同张开量差值，实现了管片接缝纵缝处不同转角变形下双道弹性密封垫防水性能测试，为接缝双道密封垫防水性能演化规律提供了试验基础；2、本发明通过千斤顶推动盖板，实现了密封垫之间由对齐状态到逐渐产生错台量的动态错台过程。在此错台过程中，密封垫不仅受压缩应力作用，同时受到了橡胶之间相互错动的摩擦力影响。此过程与隧道在外界荷载作用下发生整体纵向变形时，环间接缝产生张开与错动时的过程类似。通过对处于压缩状态再产生位移错动的双道密封垫进行防水性能试验，使密封垫防水性能试验数据与实际环缝密封垫服役期间防水性能更接近，得到更准确、可靠的试验结果。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明的主视剖视结构示意图；图2为本发明的上盖板仰视示意图；图3为本发明的下盖板一俯视图；图4为本发明的下盖板二俯视图；图5为本发明的组合盖板示意图；
图6为本发明的外框架顶部平板俯视图；图7为本发明的外框架u型框架俯视图；附图标记说明：1、上盖板；2、下盖板一；3、下盖板二；4、上盖板外道沟槽；5、上盖板内道沟槽；6、上盖板长条状螺栓孔；7、内部水腔水压表接孔；8、内部水腔进水孔；9、内部水腔排气孔；10、外部水腔水压表接孔；11、外部水腔进水孔；12、外部水腔排气孔；13、下盖板一沟槽；14、下盖板二沟槽；15、下盖板二长条状螺栓孔；16、下盖板二凹槽；17、顶部平板；18、顶部平板长条状螺栓孔；19、顶部平板圆螺栓孔；20、u型框架；21、u型框架圆螺栓孔；22、千斤顶；23、滑轨；24、框架连接螺栓；25、盖板连接螺栓；26、内部水腔水压表；27、外部水腔水压表；28、垫片；29、内道密封垫；30、外道密封垫。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
23.实施例1本实施例提供了一种盾构隧道接缝双道密封垫防水性能测试装置，如图1-7所示，包括组合盖板、用于放置组合盖板的位移加载框架以及能延伸至由密封垫与组合盖板形成的密闭空间的水压加载系统；所述组合盖板包括用于向密封垫工作面施加正向压力的上盖板1以及位于上盖板1下方的下盖板一2和下盖板二3，所述下盖板二3具有一个容纳下盖板一2的下盖板二凹槽16，所述上盖板1底部由内向外依次设置有环形的上盖板内道沟槽5和上盖板外道沟槽4，所述上盖板内道沟槽5和上盖板外道沟槽4分别与设置在下盖板一2的下盖板一沟槽13和下盖板二3的下盖板二沟槽14相互对应，上盖板内道沟槽5和下盖板一沟槽13之间，以及上盖板外道沟槽4与下盖板二沟槽14之间均设置有环形密封垫，所述上盖板1和下盖板二3通过盖板连接螺栓25相连接；所述位移加载框架用于向密封垫工作面施加侧向剪力，其包括一个u型框架20和
一个可拆卸的嵌入u型框架20顶部的顶部平板17，所述u型框架20底部设置有一个用于放置组合盖板的可移动的滑轨23，所述u型框架20侧面设置有一个水平向千斤顶22，千斤顶22顶头伸入u型框架20，并指向u型框架20内部的下盖板二3，以使下盖板二3能相对于上盖板1平移；在本实施例中，所述水压加载系统包括液压泵，以及穿过上盖板1与液压泵相连的测量加载通道，所述测量加载通道设置在上盖板内道沟槽5和下盖板一沟槽13之间的环形密封垫以内，以及相邻环形密封垫之间。
24.采用上述结构，通过组合盖板实现了接缝双道密封垫内外两道密封垫不同张开量时的渗漏模拟；通过设定内外两道密封垫不同张开量差值，实现了管片接缝纵缝处不同转角变形下双道弹性密封垫防水性能测试，为接缝双道密封垫防水性能演化规律提供了试验基础。
25.千斤顶22推动盖板的过程，与实际工况中隧道在外界荷载作用下发生纵向变形时，环间接缝产生张开与错动时的过程类似。通过对处于压缩状态再产生位移错动的双道密封垫进行防水性能试验，使密封垫防水性能试验数据与实际环缝密封垫服役期间防水性能更接近。
26.在本实施例中，所述下盖板二凹槽16的边长尺寸与下盖板一2的边长尺寸相同，其深度大于下盖板一2的厚度；所述下盖板二凹槽16底部与下盖板一2底部之间设置有一个垫片28，用于调整下盖板一2和下盖板二3的工作面高度，使之存在张量差或不存在张量差。
27.采用上述结构，在垫片28上放置下盖板一2，以改变下盖板一2工作面与下盖板二3工作面的高差，达到内道密封垫29和外道密封垫30张开量差值的目的，当满足密封垫存在张量高差的情况时，所述垫片28加下盖板一2的高度大于或小于下盖板二凹槽16的深度，当满足密封垫不存在张量高度差的情况时，所述垫片28加下盖板一2的高度等于下盖板二凹槽16的深度。
28.在本实施例中，所述垫片28的厚度包括2mm、4mm、6mm、8mm和10mm，所述垫片28为方体铸铁垫片。
29.采用上述结构，垫片28有多种不同厚度的方体铸铁垫片可选择，便于测试人员根据不同的需求对垫片28的厚度快速进行调节。
30.在本实施例中，所述测量加载通道包括设置在上盖板内道沟槽5和上盖板外道沟槽4之间的外部水腔水压表接孔10、外部水腔进水孔11和外部水腔排气孔12，设置在上盖板内道沟槽5内侧的内部水腔水压表接孔7、内部水腔进水孔8和内部水腔排气孔9。
31.采用上述结构，所述内部水腔进水孔8和外部水腔进水孔11用于在进行实验时向组合盖板内部注水；内部水腔排气孔9和外部水腔排气孔12用于在组合盖板内部注水过程中，排出其中的空气，保证其内部被水注满不存在空隙。
32.在本实施例中，所述外部水腔水压表接孔10和内部水腔水压表接孔7还设置有沿接孔插入组合盖板内部的外部水腔水压表27和内部水腔水压表26。
33.采用上述结构，内部水腔水压表26用于记录当外部水腔排气孔12有水流出，即内道密封垫29防水失效时的压力；外部水腔水压表27用于记录当内道密封垫29失效，关闭外部水腔排气孔12的阀门后，水压继续加载至外道密封垫30防水失效时的水压变化情况。
34.在本实施例中，所述上盖板外道沟槽4外侧设置有沿上盖板1边缘间隔均匀设置的
上盖板长条状螺栓孔6，所述下盖板二沟槽14外侧设置有沿下盖板二3边缘间隔均匀设置的下盖板二长条状螺栓孔15，所述顶部平板17设置有沿其边缘均匀间隔设置的顶部平板长条状螺栓孔18，装置组装完成后，上盖板长条状螺栓孔6、下盖板二长条状螺栓孔15、顶部平板长条状螺栓孔18的位置相互对应。
35.采用上述结构，上盖板长条状螺栓孔6和下盖板二长条状螺栓孔15通过穿过二者的盖板连接螺栓25将上盖板1、下盖板一2和下盖板二3连接形成一个整体，便于在实验过程中对其进行吊装，放入u型框架20中；顶部平板长条状螺栓孔18用于在装置组装完成后，通过其取出盖板连接螺栓25，使千斤顶22可以在侧面推动下盖板二3，使上盖板1和两个下盖板工作面错动至设定错动量。
36.在本实施例中，所述顶部平板长条状螺栓孔18与顶部平板17边缘之间设置有一圈间隔均匀布设的顶部平板圆螺栓孔19，顶部平板17嵌入u型框架20顶部后，所述顶部平板圆螺栓孔19与设置在u型框架20底部的u型框架圆螺栓孔21位置相互对应。
37.采用上述结构，框架连接螺栓24穿过顶部平板圆螺栓孔19及u型框架圆螺栓孔21，通过调整其松紧程度，使盖板间隙达到设定张开量。
38.实施例2本实施例为实施例1中测试装置的测试方法；s1：将内道密封垫29与外道密封垫30粘贴于上盖板内道沟槽5和上盖板外道沟槽4及下盖板一沟槽13和下盖板二沟槽14，等待24小时后粘合剂生效；s2：选择相应厚度的垫片28置于下盖板二凹槽16，至可使下盖板一2及下盖板二3的工作面齐平，将下盖板一2嵌入下盖板二凹槽16，将上盖板1吊装至下盖板二3顶面并对齐；s3：将盖板连接螺栓25穿过上盖板长条状螺栓孔6与下盖板二长条状螺栓孔15，拧紧盖板连接螺栓25便于组合盖板整体吊装；s4：吊装组合盖板整体至u型框架20底面的滑轨23之上；s5：将外框架顶部平板17嵌入u型框架20的顶部，将框架连接螺栓24穿过顶部平板圆螺栓孔19及u型框架圆螺栓孔21，拧紧框架连接螺栓24至盖板间隙达到设定张开量；s6：拆除盖板连接螺栓25，启动千斤顶22，使千斤顶22以一定速率从侧面推动下盖板二3，使上下盖板工作面错动至设定错台量；s7：将盖板连接螺栓25再次穿过上盖板长条状螺栓孔6与下盖板二长条状螺栓孔15，拧紧盖板连接螺栓25，拆除框架连接螺栓24，取下顶部平板17；s8：在内部水腔水压表接孔7及外部水腔水压表接孔10分别连接内部水腔水压表26及外部水腔水压表27，打开内部水腔进水孔8及外部水腔进水孔11的阀门，注水，通过内部水腔排气孔9及外部水腔排气孔12排出空气，待空气排出完毕，关闭内部水腔排气孔9及外部水腔进水孔11的阀门，开始水压加载；s9：当外部水腔排气孔12有水流出时，意味着内道密封垫29防水失效，记录内部水腔水压表26的示数；s10：关闭外部水腔排气孔12的阀门，继续水压加载至外道密封垫30防水失效，记录外部水腔水压表27数据变化；s11：内道密封垫29和外道密封垫30均防水失效，试验结束。更换试件，重复s1~s10
过程可测的不同纵缝错台及张开变形下双道密封垫防水失效过程及防水能力。
39.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。