一种盾构管片接缝防水密封垫防水性能测试装置

1.本发明属于盾构隧道管片防水技术领域，特别涉及一种盾构管片接缝防水密封垫防水性能测试装置。


背景技术：

2.在盾构隧道管片防水性能设计领域，开展接缝处防水密封垫的室内耐水压试验，是研究盾构隧道管片接缝处防水性能的重要手段之一。以往开展密封垫耐水压试验多采用与密封垫试样匹配的标准钢制模板，通过加载垫片及手动的方法进行密封垫压缩量及错位量控制，通过水压加载装置进行梯级加载，通过规定渗水标准并通过肉眼观察确定极限防水压力。随着防水密封垫性能相关研究工作的深入，需有效改进以往试验方法以降低试验结果的误差，并增补相关试验变量以完善对密封垫耐水性能的研究。管片的拼装过程存在密封垫的挤压错动，此时两块管片接缝处直接接触的橡胶防水密封垫在承受法向荷载的同时发生剪切变形；另外，在隧道长期运营条件下，管片接缝处正常接触的防水密封垫也会出现错动及热氧老化，从而降低密封垫的防水能力。现有的学术研究成果并没有提出挤压错动及受载时热氧老化条件下橡胶防水密封垫防水性能衰减规律。
3.可见，对于在实际的盾构隧道管片防水应用中，如何提供一种有效的试验研究真实工况下防水密封垫防水性能衰减规律，是本领域技术人员急需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明提供的一种盾构管片接缝防水密封垫防水性能测试装置，以解决上述技术问题；
5.为了解决上述问题，本发明的方面提供一种盾构管片接缝防水密封垫防水性能测试装置，用于对密封垫进行防水性能测试，所述测试装置包括：试验台；呈对立设置的上模板和下模板，所述上模板和所述下模板之间用于放置所述防水密封垫；所述上模板和所述下模板的对立面设置有真空接管通道和水压试验通道，所述真空接管通道与所述水压试验通道连通于所述防水密封垫包围形成的空腔；所述上模板和所述下模板内设置有电热管槽；法向加载机构，所述法向加载机构设置在所述试验台的另一侧，所述法向加载机构用于对上模板、下模板和上下模板之间的防水密封垫施加法向荷载；所述法向加载机构还与传感器组件连接，用于监测所述法向加载机构施加的法向荷载以及上下模板之间密封垫的压缩量；切向加载机构，所述切向加载机构包括伺服电缸以及位移传感器，所述伺服电缸用于向所述下模板的一侧施加水平力，使所述下模板相对于所述上模板发生水平错动，所述切向加载机构还与传感器组件连接，用于监测所述切向加载机构施加的切向荷载以及所述下模板的错动位移量；其中，当需要对所述密封垫进行防水性能测试时，先在所述试验台的一侧安装所述上模板、所述下模板和所述防水密封垫，以形成一体结构，然后将所述一体结构移动至所述试验台的另一侧，然后通过所述法向加载机构和所述切向加载机构对所述防水密封垫进行加载，然后进行所述防水性能测试。
6.在第一方面中，所述测试装置还包括：一对升降电缸，一对所述升降电缸的伸缩端对应上模板两侧设置的翻转轴，并与所述翻转轴连接，用来抬升以及旋转模板组件，一对所述升降电缸的固定端设置在所述试验台内；一对所述升降电缸用于安装所述上模板和所述下模板。
7.在第一方面中，所述法向加载机构包括：四根立柱，且所述四根立柱对称设置在所述试验台上；顶板和底板，所述顶板和底板对立设置在四根所述立柱上，所述顶板与四根所述立柱固定连接，所述底板与四根所述立柱活动连接；对称设置在所述顶板和底板之间的四个法向加载伺服电缸，四个所述法向加载伺服电缸的固定端与所述顶板连接，四个所述伺服电缸的伸缩端与所述底板连接；所述上模板和所述下模板设置在所述试验台上，且位于所述试验台与所述底板之间。
8.在第一方面中，所述底板的底部还设置有一对导柱，所述上模板上设置有一对导柱孔，一对导柱孔与一对所述导柱的位置相对应；所述切向加载机构包括一对l形力臂和一对切向加载伺服电缸；一对l形力臂设置在所述试验台内，一对所述l形力臂的摆动驱动端对应与一对所述切向加载伺服电缸的活动端连接，一对所述l形力臂的另一端的水平位置与所述下模板相对应，且一对所述l形力臂的另一端通过滑动组件设置在所述试验台上，可沿所述试验台向所述下模板方向发生位移。
9.在第一方面中，所述试验台上还设置有若干滚轴，若干滚轴承载在所述下模板上，并向远离所述l形力臂的另一端延伸，延伸至试验台的另一端。
10.在第一方面中，所述上模板和所述下模板外侧设置有隔热材料。
11.在第一方面中，所述上模板的一相对侧棱边上对应设置有一对翻板轴，所述升降电缸的伸缩端与所述翻板轴转动连接。
12.在第一方面中，所述试验台包括加载试验台和安装操作台，所述加载试验台与所述安装操作台贴近设置；所述安装操作台用于安装防水密封垫、调整所述上模板、下模板的姿态并将模具板组合滑动至加载试验台；所述安装操作台包括工作台面板，所述工作台面板的底部通过若干支撑立柱支撑，一对所述升降电缸对立设置在所述工作台面板的底部，且位于所述上模板、所述下模板的正下方，一对所述升降电缸的伸缩端伸出所述工作台面板与所述上模板两侧翻转轴相连接用来调整模具板组合的姿态。
13.在第一方面中，所述工作台面板的相对两侧设置有若干牛眼。
14.在第一方面中，所述加载试验台包括：
15.基座，所述基座上设置有大工作台蒙板，所述基座的底部通过若干支撑腿支撑，所述大工作台蒙板顶面上设置所述法向加载机构，所述基座下方设置所述切向加载机构。
16.有益效果：本发明提出了一种盾构管片止水带密封性能测试装置，通过在试验台上对上述加载机构对上模板和下模板之间的防水密封垫先进行法向加载，再进行切向加载，实现密封垫在压缩条件下发生剪切错动，实现压缩量和错动量的精准加载控制；通过在上模板、下模板及防水密封垫包围形成的空腔内开展水压加载试验，可以测试不同压缩量和错动量时密封垫的防水性能。上模板和下模板中内置有电加热管，可对防水密封垫进行加热以模拟法向及切向加载条件下密封垫橡胶材料的热氧老化，进而通过水压加载试验研究长期使用情况下密封垫的防水性能。该装置可研究管片挤压错动、橡胶密封垫受载老化等不利条件下管片接缝防水密封垫防水性能衰减规律。
附图说明
17.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例一中盾构管片接缝防水密封垫防水性能测试装置的结构图；
19.图2为本发明实施例一中盾构管片接缝防水密封垫防水性能测试装置的结构侧视图；
20.图3为本发明实施例一中上模板的结构图；
21.图4为本发明实施例一中下模板的结构图；
22.图5为本发明实施例一中上模板、下模板组合立体结构图一；
23.图6为本发明实施例一中上模板、下模板组合立体结构图二；
24.图7为本发明实施例一中上模板、下模板组合立体结构图三；
25.图8为本发明实施例一中安装操作台的立体结构图；
26.图9为本发明实施例一中安装操作台的立体结构图侧视图；
27.图10为本发明实施例一中加载试验台的立体结构图一；
28.图11为本发明实施例一中加载试验台的立体结构图二；图12为本发明实施例一中加载试验台的立体结构图三；图13为本发明实施例一中加载试验台的立体结构图四；图14为本发明实施例一中加载试验台的立体结构图五；图15为本发明实施例一中下模板的结构图二。
29.附图标记说明：
30.1、安装操作台；
31.2、上模板；
32.3、下模板；
33.4、升降电缸；
34.5、法向加载机构；
35.6、切向加载机构；
36.7、顶板；
37.8、底板；
38.9、法向加载伺服电缸；
39.10、切向加载伺服电缸；
40.11、滚轴；
41.12、传感器；
42.13、传感器垫板；
43.14、加载试验台；
44.15、大工作台蒙板；
45.16、导柱孔；
46.17、翻转轴；
47.18、隔热材料；
48.19、电加热管；
49.20、导柱；
50.21、安装操作台；
51.22、电热管槽；
52.23、真空接管通道；2301、通孔一；2302、通孔二；
53.24、水压试验通道；2401、通孔三；2402、通孔四。
具体实施方式
54.下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本说明书实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。
56.实施例一：
57.如图1-14所示，本实施例一提供了一种盾构管片止水带密封性能测试装置，用于对防水密封垫进行密封测试，测试装置包括：
58.安装操作台1、呈安装操作试验台1的上模板2和下模板3、滚轴11；
59.其中，上模板2和下模板3中间开有凹槽，用于放置防水密封垫，上模板2和下模板3的中设置有真空接管通道23和水压试验通道24，真空接管通道23与水压试验通道24连通于防水密封垫包围的空腔；上模板2凹槽上方和下模板3凹槽下方的模板内设置有电热管槽22；法向加载机构5设置在加载试验台，法向加载机构5用于对上模板2、下模板3及之间的密封垫施加法向荷载；切向加载机构6包括施力端，施力端用于向下模板3的一侧施加水平力，使下模板相对于上模板发生水平错动；传感器12组件与法向加载机构5连接，用于实时读取并记录施加的法向荷载。
60.具体而言，本发明提出了一种盾构管片止水带密封性能测试装置，通过在加载试验台14上对上模板2和下模板3之间的防水密封垫先进行法向加载，通过传感器12组件获取法向加载机构5施加的法向荷载，再通过切向加载机构6对下模板3施加切向荷载，实现密封垫在压缩条件下发生剪切错动；通过在上模板2、下模板3及防水密封垫包围形成的空腔内开展水压加载试验，可以测试不同压缩量和错动量时密封垫的防水性能。上模板2和下模板3中加工有电热管槽22，电热管槽22内置有电加热管19，可对防水密封垫进行加热以模拟法向及切向加载条件下密封垫橡胶材料的热氧老化，进而通过水压加载试验研究长期使用情况下密封垫的防水性能。该装置可研究管片挤压错动、橡胶密封垫受载老化等不利条件下管片接缝防水密封垫防水性能衰减规律。
61.需要说明的是，在进行加热实验时，电热管槽22连接外部的电加热管19，以通过该电加热管向电热管槽22内输入热量。真空接管通道23和水压试验通道24，分别用来对上模
板2、下模板3以及防水密封垫围成的空腔进行抽真空与加水压，需要根据加水压与抽真空功能分别设置阀门，比如上模板的通道用来抽真空，那下模板对应位置的通道用来加水压。进行密封垫耐水性能试验时，先通过上模具板的真空接管通道23连接真空泵对上模板2、下模板3以及防水密封垫围成的空腔抽真空，然后通过下模具板对空腔位置施加水压，可以消除模具板内空气对耐水压试验测试结果的影响。
62.进一步地，对于真空接管通道23的一种实施方式而言，请参阅图4，其是由通孔一2301和通孔二2302之间连接形成的用于抽真空操作的孔道；
63.进一步地，对于水压试验通道24的一种实施方式而言，请参照图15，其是由通孔三2401和通孔四2402之间连接形成的用于通水的孔道；
64.以及，对于上述实施例中真空接管通道23和水压试验通道24而言，其也可以是由数量为一对的通孔共同构成；也即，在需要进行抽真空操作时，该一对通孔之间构成了抽真空通道，对应地，在需要进行水输入以进行水压试验时，该一对通孔之间构成了水通道；本实施方式不限制通孔的数量，只要是能够起到抽真空或通水作用的通孔，且在合理的应用场景下，均在本实施例的保护范围之内；
65.在一些可能的实施方式中，测试装置还包括：一对升降电缸4，一对升降电缸4的伸缩端设置在上模板2的底面对立侧，一对升降电缸4的固定端设置在试验台1内；其中，当一对升降电缸4的伸缩端发生伸长运动时，使上模板2远离下模板3。
66.这是由于，上模板2和下模板3的重量超过500kg，通过一对升降电缸4可以轻松将上模板2和下模板3分离，具体而言，一对升降电缸4的伸缩端设置在上模板2的地面对立侧，一对升降电缸的固定端设置在试验台1内，当需要将上模板2与下模板3分离开时，启动一对升降电缸4，使升降电缸4的伸缩端发生伸长运动时，进而使上模板2远离下模板3。
67.在一些可能的实施方式中，正压力加载机构5包括：四根立柱，且四根立柱对称设置在试验台1上；顶板7和底板8，顶板7和底板8对立设置在四根立柱上，顶板7与四根立柱固定连接，底板8与四根立柱活动连接；对称设置在顶板7和底板8之间的四个法向加载伺服电缸9，四个法向加载伺服电缸9的固定端与顶板7连接，四个法向加载伺服电缸9的伸缩端与底板8连接；上模板和下模板设置在加载试验台与底板8之间；
68.在进行压力加载实验时，通过四根立柱配合顶板7和底板8形成框架支撑结构，然后再在底板8底部设置四个用于形成加载力的法向加载伺服电缸9，用于对上模板和下模板进行预设的压力加载；
69.需要说明的是，法向加载伺服电缸9的端部通过传感器垫板13设置有30吨力传感器12，实时读取并记录伺服电缸9施加的力。
70.在一些可能的实施方式中，底板8的底部还设置有一对导柱20，上模板上设置有一对导柱孔16，一对导柱孔16与一对导柱20的位置相对应；切向加载机构6包括一对l形力臂和一对切向加载伺服电缸10；一对摆动组件设置在加载试验台内，一对l形力臂的摆动驱动端对应与一对伺服电缸10的活动端连接，一对l形力臂的另一端的水平位置与下模板相对应，且一对l形力臂的另一端通过滑动组件设置在加载试验台上，可沿加载试验台向下模板方向发生位移；
71.这是为了使得通过切向加载机构6对下模板进行水平位移加载时，防止上模板也发生对应位移，所以，在底板8的底部设置有一对导柱20，且与上模板上的一对导柱孔16形
成适配连接，当一对摆动组件摆动时，摆动驱动端带动伺服电缸10沿目标方位发生位移，且该目标方位为下模板所需位移的方位，使得下模板在发生对应位移时，一对导柱20插入上模板的一对导柱孔16内，以使得上模板不发生位移。
72.在一些可能的实施方式中，加载试验台上还设置有若干滚轴11，若干滚轴11承载在下模板上，并向远离l形力臂的另一端延伸，延伸至试验台的另一端；
73.为了使得下模板在被切向加载机构6进行水平错动试验时能够减少与工作台的摩擦力，在主试验台上设置若干圆柱状的滚轴11，且若干圆柱状的滚轴11等距设置在主试验台上，使得下模板在滑动时，利用该滚轴11的滚动效应发生位移。
74.在一些可能的实施方式中，上模板2和下模板3互相远离的一面设置有隔热材料18；
75.这是为了使上模板2和下模板3在加热时热损失减小，同时减小了发热对其它机构的影响。
76.在一些可能的实施方式中，上模板2的一相对侧棱边上对应设置有一对翻板轴，升降电缸4的伸缩端与翻板轴转动连接；
77.这是为了满足对防水密封垫进行水压试验后便于对上模板2进行翻转，以将上模板2的背面翻转至靠近防水密封垫的一侧，以进行加热工序。具体而言，该上模板2的一对相对侧棱边上对应设置一对翻转轴17，且该翻转轴17与升降电缸4的伸缩端进行转动连接，当需要翻转时，先通过升降电缸4使上模板2上升至安全位置，在利用该翻转轴17使得上模板2进行转动。需要说明的是，该翻转轴17的与升降电缸4的连接位置处设置有限位装置，该限位装置能够临时限制翻转轴17相对于升降电缸4的转动角度。
78.在一些可能的实施方式中，试验平台包括安装操作台1和加载试验台14，安装操作台1和加载试验台14贴近设置；安装操作台1用于承载上模板2、下模板3和一对升降油缸；安装操作台1包括工作台面板，工作台面板的底部通过若干支撑立柱支撑，工作台面板的一侧设置上模板2、下模板3，一对升降油缸对立设置在工作台面板的底部，且位于上模板2、下模板3的正下方，一对升降油缸的伸缩端伸出工作台面板与上模板2相连接；
79.将试验平台分为安装操作台1和加载试验台14，在安装操作台中可调整模具板的姿态进行初始装样，通过试验台牛眼推送至加载试验台14进行试验。在一些可能的实施方式中，工作台面板的相对两侧设置有若干牛眼。
80.这是由于上模板和下模板的重量太大，设置牛眼是为了方便将上模板和下模板沿着工作台进行移动。
81.在一些可能的实施方式中，加载试验台14设置有大工作台蒙板，加载试验台14的底部通过若干支撑腿支撑，大工作台蒙板顶面上设置法向加载机构5，加载试验台14底面设置切向加载机构6；
82.大工作蒙板15将加载试验台工作区间分为上下两个区间，上区间用于承载法向加载机构5，下区间用于方式切向加载机构6，使得试验台的结构布局更加合理，以适应法向加载和切向加载两个试验在进行时不会互相干扰。
83.由于该实施例二与实施例一为同一发明构思下的一个实施例，其部分结构完全相同，因此对实施例二中与实施例一实质相同的结构不在详细阐述，未详述部分请参阅实施例一即可。
84.最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
85.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。