盾构隧道“T”型缝动态错台耐水压模拟试验装置及方法与流程

盾构隧道“t”型缝动态错台耐水压模拟试验装置及方法
技术领域
1.本发明涉及一种盾构隧道管片橡胶密封垫的耐水压模拟试验装置。


背景技术：

2.盾构隧道是由多个管片周向拼装成环，再由管片环与管片环纵向拼接而成的圆筒形结构。盾构隧道存在大量的纵缝(同一环中相邻管片间的缝隙)和环缝(管片环之间的环形缝隙)。在纵缝的接触面(管片的侧面)和环缝的接触面(管片环的侧面)上均设有密封槽，并在密封槽上安装有密封垫，相对的密封垫的顶部相互接触挤压，实现盾构隧道的防水。
3.为了保证隧道结构的强度，大量的盾构隧道在相邻管片环上的纵缝是相互错开的，使得纵缝和环缝在交接部位形成“t”型缝。盾构隧道，尤其是穿江越海的水下盾构隧道，长期被地下水土包围。盾构隧道接缝的渗漏水，是影响盾构隧道安全运营的主要病害。尤其是交接部位的“t”型缝，纵向和横向的错动、水压及应力均集中在此处，更是防水的薄弱环节；加之，隧道结构在实际运营过程中受到地层不均匀沉降、断裂带错动和地震等作用管片环间会发生错台，“t”型缝的环向缝会发生偏差(错动)，导致“t”型缝处极易发生渗漏水。为保证隧道的安全运营，需要通过耐水压模拟试验对盾构隧道管片接缝，尤其是“t”型缝密封垫在错台后的防水性能进行测试，进而为隧道防水的设计、施工和维护提供试验依据。
4.现有的“t”型缝防水性能试验装置，其组成和工作原理主要是：由一个平板、平板上两个背靠背的直角板构成。直角板的竖板外表面和横板外表面形成贯通的
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型工作面，平板的上表面为工作面，平板的工作面和工作面上均设有环形凹槽，环形凹槽中嵌有密封垫。两块直角板的竖板工作面(外表面))相互贴合并通过螺栓固定连接，两块直角板的横板工作面(外表面)与平板的工作面相互贴合，并通过螺栓固定连接；安装完成后，平板工作面上密封垫与两直角板的横板工作面上的密封垫相互挤压接触，两直角板的竖板工作面上的密封垫也相互挤压接触，使工作面的环型密封槽围住的空间与外部空间隔绝，模拟隧道“t”型缝的防水。但直角板横板工作面与平板工作面间相互挤压接触的两个密封垫的中心并未对齐，而是按设定错台量错开一定的位移。再由水泵通过平板上的注水管向密封垫围住的空间注水，并逐步提高水压，直至达到设定水压值，并保持设定的时间。观察密封垫围住的空间是否向外渗漏水，即得到隧道“t”型缝在设定错台量、水压值下的防水性能。
5.由于，直角板与平板之间是通过螺栓及条形螺栓孔进行固定拼装的；因此，板(密封垫)间的错台量在每次试验中均是固定的，要调节错台量必须拧松螺栓、将直角板与平板之间的位移移动至重新设定的错台量，再拧紧螺栓；操作麻烦；且错台量的调节只能在条形螺栓孔内进行调节，其调节量非常有限。同时，其密封垫的偏差(错台量)是在初始的拼装时即已形成；并没有一个从无偏差到最终偏差的逐渐错动的过程，当然也没有逐渐错动过程中的动态摩擦磨损及应变变形。而实际的隧道结构在受到地层上软下硬不均匀带来的错动、断裂带的错动和地震等作用下，盾构隧道管片环间发生从无错台量到最终错台量的逐渐错动的过程，密封垫在逐渐错动过程中会产生动态摩擦磨损及应变变形。也即现有的试验装置的预置静态错动与实际的隧道的动态错动工况并不一致。导致其测试试验数据的可
靠性差和准确度低，进而影响隧道的长期服役的安全性，给社会经济和人民的人身安全带来严重威胁。


技术实现要素：

6.本发明的第一发明目的是提供一种盾构隧道“t”型缝动态错台耐水压模拟试验装置，该模拟试验装置能够简单、方便的、大范围的模拟出盾构隧道的动态错台；其模拟盾构隧道的动态错台过程与实际的隧道结构的错台工况接近，能为隧道“t”型缝的防水设计、施工和维护提供更准确可靠的试验依据，进而更好的保证隧道长期服役的安全性。
7.本发明实现其第一发明目的所采用的技术方案是，一种盾构隧道“t”型缝动态错台耐水压模拟试验装置，包括一个平板、平板下方的两个直角板，直角板的竖板外表面和横板外表面形成贯通的
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型工作面；平板的下表面为工作面，两个直角板的横板工作面与平板的工作面相互贴合，两个直角板的竖板工作面相互贴合，构成“t”型缝；且平板的工作面上设有平面环形凹槽，直角板的
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型工作面上设有折面环形凹槽，平面环形凹槽和折面环形凹槽中均嵌有密封垫；其特征在于：
8.所述的直角板嵌入直角板外壳的凹槽中；两直角板外壳的竖壳边缘通过竖壳连接螺栓固定；直角板外壳的横壳底面连接有4根与竖壳等高的支脚；所述的平板的上表面通过横向的直线导轨与平板外壳的底面相连；平板外壳的边缘通过横壳连接螺栓与两直角板外壳的横壳边缘固定；
9.所述的平板的工作面上的平面环形凹槽为两个，分别为平面内槽和平面内槽外围的平面外槽；所述的直角板的
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型工作面上的折面环形凹槽也为两个，分别为折面内槽和折面内槽外围的折面外槽；所述的两个直角板的折面环形凹槽位于竖板上的部分对齐，两个直角板的折面环形凹槽位于横板上的部分与平板工作面上的平面环形凹槽对齐；
10.与进水设备相连的带阀门的进水管穿过左侧的直角板外壳的竖壳及左侧的直角板的竖板，与左侧的直角板的折面内槽的密封垫围住的区域连通；带阀门的排气管穿过平板外壳及平板，与平板的平面内槽中的密封垫围住的区域连通；
11.与水压表相连的水管穿过平板外壳及平板，与平板平面内槽和平面外槽之间的区域连通；左侧的直角板横板的折面外槽以外的工作面上开有从内至外的导水槽，且导水槽向外贯穿左侧的直角板外壳横壳；
12.所述的平板的右侧面正对千斤顶的顶头，千斤顶安装于支架上。
13.本发明的第二发明目的在于提供一种使用上述的盾构隧道“t”型缝动态错台耐水压模拟试验装置，进行盾构接缝密封垫动态超大错台试验的方法，该方法能够简单、方便、大范围错台量的模拟出盾构隧道的动态错台；其模拟的动态错台过程，与实际的隧道结构因地层不均匀沉降、断裂带的错动和地震等作用带来的错台工况接近，能为隧道“t”型缝的防水设计、施工和维护提供更准确可靠的试验依据，进而更好的保证隧道长期服役的安全性。
14.本发明实现其第二发明目的所采用的第一种技术方案是，使用上述的盾构隧道“t”型缝动态错台耐水压模拟试验装置，进行盾构接缝密封垫动态超大错台试验的方法，其步骤是：
15.a、将待测的密封垫分别胶粘于两个直角板工作面的折面内槽、折面外槽及平板工
作面上的平面内槽和平面外槽中；将竖壳连接螺栓和横壳连接螺栓拧紧，完成两直角板外壳间及直角板外壳与平板外壳间的固定，及平面外槽与折面外槽、平面内槽与折面内槽中的密封垫的挤压对齐；
16.b、将进水设备的水压值调至设定值，开启进水管的阀门和排气管的阀门，当排气管仅有水排出而无气体排出时，关闭排气管的阀门；此时折面内槽的密封垫和平面内槽的密封垫围住区域的水压保持设定的水压值；
17.c、启动千斤顶，使千斤顶以设定的速度和距离，从侧面顶推平板；使平板工作面上的平面内槽及平面外槽的密封垫，与直角板的折面内槽及折面外槽位于横板上的密封垫，按设定的速度和错台量发生动态错动；观察水压表的水压指示，当水压表无水压值时，表明当前“t”型缝内槽的密封垫的耐水压值大于当前的进水设备的水压值；否则“t”型缝内槽的密封垫的耐水压值小于等于当前的进水设备的水压值，再观察导水槽是否有水流出，若无水流出，表明当前“t”型缝外槽的密封垫的耐水压值大于当前的进水设备的水压值；否则“t”型缝外槽的密封垫的耐水压值小于等于当前的进水设备的水压值；即得出“t”型缝处密封垫在设定动态错台量、设定水压下的防水性能。
18.通过不同规格材料的密封垫、不同水压值、顶推速度和距离的多次模拟试验，即可给出不同的密封垫在不同地层及水文条件下的隧道结构“t”型缝密封垫的防水(耐水压)性能测试数据。为隧道“t”型缝的防水设计、施工和维护提供更准确、可靠、全面的试验依据，进而更好的保证隧道长期服役的安全性。
19.本发明实现其第二发明目的所采用的另一种技术方案是，使用上述的盾构隧道“t”型缝动态错台耐水压模拟试验装置，进行盾构接缝密封垫动态超大错台试验的方法，其步骤是：
20.a、将待测的密封垫分别胶粘于两个直角板工作面的折面内槽、折面外槽及平板工作面上的平面内槽和平面外槽中；将竖壳连接螺栓和横壳连接螺栓拧紧，完成两直角板外壳间及直角板外壳与平板外壳间的固定，及平面外槽与折面外槽、平面内槽与折面内槽中的密封垫的挤压对齐；
21.b、将进水设备的水压值调至设定值，开启进水管的阀门和排气管的阀门，当排气管仅有水排出而无气体排出时，关闭排气管的阀门；此时折面内槽的密封垫和平面内槽的密封垫围住区域的水压保持设定的水压值；
22.c、启动千斤顶，使千斤顶以设定的频率、幅度和次数，对平板进行往复推动，使平板工作面上的平面内槽及平面外槽的密封垫，与直角板的折面内槽及折面外槽位于横板上的密封垫，按设定的频率和幅度发生往复的动态错动；
23.d、若水压表显示零水压，则增大进水设备的水压值，重复c步的操作，直至水压表显示非零的水压值，此时进水设备的水压值即为“t”型缝内槽的密封垫的耐水压值；再增大进水设备的水压值，重复c步的操作，直至导水槽中有水流出，此时进水设备的水压值即为“t”型缝外槽的密封垫的耐水压值；即得出“t”型缝处密封垫在设定动态错台量下的耐水压值。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.一、该装置通过平板、两直角板及其上面的环形槽和密封垫模拟出隧道“t”型缝防水结构。同时平板通过直线导轨与平板外壳相连，在千斤顶的顶推作用下，平板随之发生横
向移动；进而实现模拟出隧道管片环间的错台导致的隧道“t”型缝密封垫的错动。改变千斤顶的顶推距离即可改变其错台量，而无需拆卸并重新定位安装连接螺栓；其错台量的调节和改变十分简单方便。同时，错台量的调节不受连接孔的限制，错台量的调节范围大。
26.二、千斤顶顶推平板时，平板的密封垫与直角板的密封垫从对齐的零偏差逐渐增大至设定的偏差，密封垫的错动是一个从零到最大的动态错动过程。在这种动态错动过程中，“t”型缝中的平板密封垫与直角板的横板密封垫发生动态偏移，进而受到动态摩擦磨损，动态应变变形，导致其耐水压等防水性能变差，以致发生渗漏水。这种动态错动过程，与隧道结构受到不均匀沉降、断裂带错动和地震等作用下，管片环间发生错台，“t”型缝密封垫发生横向错动、防水性能降低的动态过程接近；其试验结果更准确、可靠。从而能为隧道“t”型缝的防水设计、施工和维护提供更准确可靠的试验依据，进而更好的保证隧道长期服役的安全性。
27.三、本发明的试验装置还能够使平板密封垫和直角板密封垫之间发生设定次数的往复错动的动态过程，这种往复动态错动的过程与隧道穿过断裂带，受到断裂带错动及地震作用下隧道“t”型缝的错动过程更加接近，进一步提高了这种地质条件下的隧道结构“t”型缝密封垫的防水性能测试数据的准确性和可靠性。
28.进一步，本发明的千斤顶为电控千斤顶。
29.这样使得本发明的操作更加自动化，试验控制及结果也更为精确。
30.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
附图说明
31.图1为本发明实施例一的装置的主视剖视结构示意图。
32.图2为平板(去掉密封垫)的仰视图。
33.图3为左侧的直角板(去掉密封垫)的俯视图。
34.图4为左侧的直角板(去掉密封垫)的右视图。
具体实施方式
35.实施例1：
36.图1-4示出，本发明的一种具体实施方式是，一种盾构隧道“t”型缝动态错台耐水压模拟试验装置，包括一个平板1、平板1下方的两个直角板2，直角板2的竖板外表面和横板外表面形成贯通的
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型工作面；平板1的下表面为工作面，两个直角板2的横板工作面与平板1的工作面相互贴合，两个直角板2的竖板工作面相互贴合，构成“t”型缝；且平板1的工作面上设有平面环形凹槽，直角板2的
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型工作面上设有折面环形凹槽，平面环形凹槽和折面环形凹槽中均嵌有密封垫14；其特征在于：
37.所述的直角板2嵌入直角板外壳3的凹槽中；两直角板外壳3的竖壳边缘通过竖壳连接螺栓13a固定；直角板外壳3的横壳底面连接有4根与竖壳等高的支脚3b；所述的平板1的上表面通过横向的直线导轨5与平板外壳4的底面相连；平板外壳4的边缘通过横壳连接螺栓13b与两直角板外壳3的横壳边缘固定；
38.图2及图1示出，所述的平板1的工作面上的平面环形凹槽为两个，分别为平面内槽8a和平面内槽8a外围的平面外槽8b；图3-4及图1示出，所述的直角板2的
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型工作面上的
折面环形凹槽也为两个，分别为折面内槽8c和折面内槽8c外围的折面外槽8d。所述的两个直角板2的折面环形凹槽位于竖板上的部分对齐，两个直角板2的折面环形凹槽位于横板上的部分与平板1工作面上的平面环形凹槽对齐；
39.与进水设备相连的带阀门的进水管9穿过左侧的直角板外壳3的竖壳及左侧的直角板2的竖板，与左侧的直角板2的折面内槽8a的密封垫14围住的区域连通；带阀门的排气管10穿过平板外壳4及平板1，与平板1的平面内槽8a中的密封垫14围住的区域连通；
40.与水压表11相连的水管穿过平板外壳4及平板1，与平板1平面内槽8a和平面外槽8b之间的区域连通；左侧的直角板2横板的折面外槽8d以外的工作面上开有从内至外的导水槽12，且导水槽12向外贯穿左侧的直角板外壳3横壳；
41.所述的平板1的右侧面正对千斤顶6的顶头，千斤顶6安装于支架7上。
42.本例的千斤顶6为电控千斤顶。
43.使用本例的盾构隧道“t”型缝动态错台耐水压模拟试验装置，进行盾构接缝密封垫动态超大错台试验的一种方法，其步骤是：
44.a、将待测的密封垫14分别胶粘于两个直角板2工作面的折面内槽8c、折面外槽8d及平板1工作面上的平面内槽8a和平面外槽8b中；将竖壳连接螺栓13a和横壳连接螺栓13b拧紧，完成两直角板外壳3间及直角板外壳3与平板外壳4间的固定，及平面外槽8b与折面外槽8d、平面内槽8b与折面内槽8d中的密封垫14的挤压对齐；
45.b、将进水设备的水压值调至设定值，开启进水管9的阀门和排气管10的阀门，当排气管10仅有水排出而无气体排出时，关闭排气管10的阀门；此时折面内槽8c的密封垫14和平面内槽8a的密封垫14围住区域的水压保持设定的水压值；
46.c、启动千斤顶6，使千斤顶6以设定的速度和距离，从侧面顶推平板1；使平板1工作面上的平面内槽8a及平面外槽8b的密封垫14，与直角板2的折面内槽8c及折面外槽8d位于横板上的密封垫14，按设定的速度和错台量发生动态错动；观察水压表的水压指示，当水压表无水压值时，表明当前“t”型缝内槽的密封垫14的耐水压值大于当前的进水设备的水压值；否则“t”型缝内槽的密封垫14的耐水压值小于等于当前的进水设备的水压值，再观察导水槽12是否有水流出，若无水流出，表明当前“t”型缝外槽的密封垫14的耐水压值大于当前的进水设备的水压值；否则“t”型缝外槽的密封垫14的耐水压值小于等于当前的进水设备的水压值；即得出“t”型缝处密封垫在设定动态错台量、设定水压下的防水性能。
47.使用本例的盾构隧道“t”型缝动态错台耐水压模拟试验装置，进行盾构接缝密封垫动态超大错台试验的另一种方法，其步骤是：
48.a、将待测的密封垫14分别胶粘于两个直角板2工作面的折面内槽8c、折面外槽8d及平板1工作面上的平面内槽8a和平面外槽8b中；将竖壳连接螺栓13a和横壳连接螺栓13b拧紧，完成两直角板外壳3间及直角板外壳3与平板外壳4间的固定，及平面外槽8b与折面外槽8d、平面内槽8b与折面内槽8d中的密封垫14的挤压对齐；
49.b、将进水设备的水压值调至设定值，开启进水管9的阀门和排气管10的阀门，当排气管10仅有水排出而无气体排出时，关闭排气管10的阀门；此时折面内槽8c的密封垫14和平面内槽8a的密封垫14围住区域的水压保持设定的水压值；
50.c、启动千斤顶6，使千斤顶6以设定的频率、幅度和次数，对平板1进行往复推动，使平板1工作面上的平面内槽8a及平面外槽8b的密封垫14，与直角板2的折面内槽8c及折面外
槽8d位于横板上的密封垫14，按设定的频率和幅度发生往复的动态错动；
51.d、若水压表显示零水压，则增大进水设备的水压值，重复c步的操作，直至水压表显示非零的水压值，此时进水设备的水压值即为“t”型缝内槽的密封垫14的耐水压值；再增大进水设备的水压值，重复c步的操作，直至导水槽12中有水流出，此时进水设备的水压值即为“t”型缝外槽的密封垫14的耐水压值；即得出“t”型缝处密封垫在设定动态错台量下的耐水压值。
52.本发明的试验装置适用于盾构隧道“t”型缝双道密封垫的动态防水性试验，将平面外槽8b和折面外槽8d中的密封垫取消，即可用于盾构隧道“t”型缝单道密封垫的动态防水性试验；如在平板和直角板工作面上增设环形密封槽及其密封垫，即可用于多道密封垫的试验。