CN108414425A - 一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统及方法，该系统包括：位移加载控制子系统：用以放置以及对待测试弹性密封垫施加向下的压力，包括测试台、设置在测试台上的反力架以及设置在反力架上的千斤顶；管片接缝试件模块：承载待测试弹性密封垫，设置在测试台上并接受千斤顶施加的向下压力；测量子系统：与管片接缝试件模块连接，包括流量计和高精度量杯，用以定量检测渗出量；水压及浆液加载控制子系统：包括水压表、水压加载装置和注浆装置，用以控制向管片接缝试件模块的加载或卸载的水压和注浆。与现有技术相比，本发明具有真实模拟、适用于不同的注浆修复材料、定性和定量评价、结果真实可靠等优点。

Description

一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统及方法
技术领域
本发明涉及既有盾构隧道接缝渗漏水治理工程领域，尤其是涉及一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统及方法。
背景技术
据调查显示，盾构隧道渗漏水已成为影响盾构隧道安全及运营的主要病害之一，随着大量的地铁、地下道路与越江跨海盾构隧道兴建并投入运营使用，由于土层软弱、地下水丰富、不均匀沉降、地面堆载、施工、地铁振动等因素，施工及运营中引起严重的隧道变形、管片开裂、接缝张开错台、破坏、渗漏问题，特别是越江跨海高水压、大直径盾构隧道，渗漏水问题日益严重，已引起业内人士的广泛关注。
同时调查中发现，其中85％的渗漏水发生在接头接缝处，因此如何准确有效地评价盾构隧道接缝防水能力，以及如何治理已有的渗漏水问题，提高盾构隧道长期防水性能，不仅具有领先的技术意义，更具有极大的社会及经济意义。目前盾构法施工隧道接缝防水多通过在接头之间布设单道或者双道EPDM(三元乙丙橡胶)弹性密封垫实现，其作用原理是在管片接缝压密后,靠密封垫间的接触应力密封止水。
申请号为201010145789.1的中国发明专利说明书中公开了一种盾构隧道弹性密封垫“一字型”水密性检验装置，该装置可对接缝中的防水密封垫的防水性能进行试验和评估。密封垫本身的防水性能高低直接决定了管片接缝的防水性能好坏，因此弹性密封垫的设计是盾构隧道防水设计中的重要组成部分。
然而，对于盾构隧道接缝渗漏水的治理，大多通过注浆的方式处理，注浆材料种类繁多，包括聚氨酯类、丙烯酸盐类、水泥浆类等多种材料。盾构隧道渗漏水病害频发，其对隧道衬砌结构的长期性能影响不容忽视。对于渗漏水病害的治理也仅仅停留在“修复”的层面，而对于“修复”的效果如何，尚无完善的评价指标和试验系统。
发明内容
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接缝注浆修复材料防水性能试验系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统，用以模拟盾构隧道接缝渗漏水环境并定量测试框型弹性密封垫的防水性能，该系统包括：
位移加载控制子系统：用以放置以及对待测试弹性密封垫施加向下的压力，包括测试台、设置在测试台上的反力架以及设置在反力架上用以加载和控制位移的千斤顶；
管片接缝试件模块：承载待测试弹性密封垫，设置在测试台上并接受千斤顶施加的向下压力；
测量子系统：与管片接缝试件模块连接，包括流量计和高精度量杯，用以定量检测渗出量；
水压及浆液加载控制子系统：与管片接缝试件模块连接，包括水压表、水压加载装置和注浆装置，用以控制向管片接缝试件模块的加载或卸载的水压和注浆。
所述的管片接缝试件模块包括相互扣合形成空腔的上通用外壳和下通用外壳以及设置在空腔内且相互扣合的上试块内胆和下试块内胆，所述的上试块内胆通过螺栓固定在上通用外壳内，所述的下试块内胆通过螺栓固定在下通用外壳内。
所述的上试块内胆和下试块内胆均呈方形，其相互扣合形成从中心向外依次设置的方形的第二腔体、方环形的第二沟槽、方环形的第一腔体、方环形的第一沟槽和外边缘，内、外道框型弹性密封垫分别设置在第一沟槽和第二沟槽内。
所述的上试块内胆上设有第一上沟槽和第二上沟槽，所述的下试块内胆上设有第一下沟槽和第二下沟槽，所述的第一上沟槽和第一下沟槽扣合形成第一沟槽，所述的第二上沟槽和第二下沟槽扣合形成第二沟槽。
所述的第一腔体通过第一水压表通道与水压表连接，并且通过水压加载通道与水压加载装置连接，所述的第二腔体通过第二水压表通道与水压表连接，并且通过注浆通道与注浆装置连接。
所述的上通用外壳和下通用外壳分别在外缘处上设置多个螺栓孔，并且通过限位螺栓和限位垫片控制接缝张开量和错缝量。。
所述的第一沟槽和第二沟槽均为梯形沟槽。
一种试验方法，包括以下步骤：
S1制作管片接缝试件模块及待测方框型弹性密封垫；
S2在试件模块上涂抹防水胶，并粘贴内、外道框型弹性密封垫；
S3安装试件，并使弹性密封垫的压缩量、错缝量达到设定值；
S4在第二腔体内逐级施加高水压；
S5当第二沟槽内密封垫防水失效时，记录此时水压值；
S6继续在第二腔体内加载水压，测量第二沟槽内密封垫渗漏流量与流速；
S7停止加载，卸载水压，并在第一腔体内注入注浆修复材料，在注浆材料稳定后，重复步骤S4-S6；
S8单组试验结束，改变注浆材料、弹性密封垫压缩量和错缝量，进行下一组试验，并重复S2-S7。
所述的注浆修复材料包括丙烯酸盐、聚氨酯和水泥浆。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统，能够真实地模拟盾构隧道接缝渗漏水的现象，并能够对不同注浆修复材料进行修复后的接缝防水性能试验，对不同材料的修复效果进行定量和定性的评价，不仅有利于掌握注浆修复材料的防水修复性能，更是为盾构隧道接缝渗漏水治理提供了理论和技术的支撑，试验结果真实可靠，其结果可直接指导工程实践。
附图说明
图1为本发明的组成结构示意图。
图2为盾构隧道接缝试件模块的结构示意图。
图3为上通用外壳和下通用外壳的组装结构示意图。
图4为上试块内胆和下试块内胆的组装结构示意图。
图5为上通用外壳的结构示意图。
图6为下通用外壳的结构示意图。
图7为上试块内胆的结构示意图。
图8为下试块内胆的结构示意图。
图9为本发明技术流程图。
其中，1、管片接缝试件模块，2、位移加载控制子系统，3、测量子系统，4、水压及浆液加载控制子系统，11、上试块内胆，12、下试块内胆，13、上通用外壳，14、下通用外壳，15、限位螺栓，16、限位垫片，17、第一腔体，18、第二腔体，19、第一沟槽，20、第二沟槽，21、反力架，22、千斤顶，31、流量计，32、高精度量杯，111、通道，112、通道，113、上试块内胆螺栓孔，114、第一上沟槽，115、第一上沟槽，121、下试块内胆螺栓孔，122、第一下沟槽，123、第一下沟槽，131、螺栓孔，132、通道，133、通道，134、上通用外壳螺栓孔，141、螺栓孔，142、下通用外壳螺栓孔，171、第一水压表通道，172、注浆通道，181、第二水压表通道，182、水压加载通道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
实施例1：
本实施例中的一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统及方法，如图1所示，接缝弹性密封垫粘贴安装于管片接缝试件模块中，通过位移加载控制子系统将弹性密封垫压缩至指定压缩量和错缝量，以模拟实际工程工况。试验时通过水压加载系统施加水压，测得指定弹性密封垫的防水阀值。密封垫防水失效后，注入注浆材料，以模拟注浆修复后的盾构隧道接缝，再次进行防水性能试验，从而实现对注浆后的接缝防水性能的评价。试验过程中对于管片接缝防水失效过程的记录、以及注浆修复前后的接缝性能的对比等数据，均可为盾构隧道接缝渗漏水问题的治理提供理论指导和试验支撑。
该系统由管片接缝试件模块1、位移加载控制子系统2、测量子系统3、水压加载控制子系统4组成。
如图2所示，管片接缝试件模块1由上试块内胆11、下试块内胆12、上通用外壳13和下通用外壳14组成。为尽可能提高试件精度，优选推荐使用钢材材质制作管片接缝试件模块。当然，为与实际工程尽可能一致，本方法亦可适用于混凝土材料制作的试件。但其沟槽尺寸精度需尤为注意控制在可接受范围之内。上通用外壳13和下通用外壳14通过限位螺栓15和限位垫片16精确地控制接缝张开量和错缝量，对实际试验工况进行精确的模拟。
如图2所示，上试块内胆11和下试块内胆12对压从左向右依次形成第一沟槽19、第一腔体17、第二沟槽20和第二腔体18。第一沟槽19和第二沟槽20用于安装试验对象，通常为弹性密封垫。第一沟槽19由上试块内胆11中的第一上沟槽114和下试块内胆12上的第一下沟槽122构成。第二沟槽20由上试块内胆11中的第一上沟槽115和下试块内胆12上的第一下沟槽123构成。
如图5所示，上通用外壳13四周设有9个螺栓孔131，如图6所示，下通用外壳14四周设有9个螺栓孔141。
如图5-图8所示，上试块内胆11和上通用外壳13通过上试块内胆螺栓孔113和上通用外壳螺栓孔134连接。下试块内胆12和下通用外壳14通过下试块内胆螺栓孔121和下通用外壳螺栓孔142连接，试件内胆可根据试验对象的尺寸进行更改替换，而通用外壳可循环使用。
如图7所示，第一腔体17四周预设有8个通道111，包括连接水压表的第一水压表通道171和连接注浆装置的注浆通道172。第二腔体18设有2个通道112，包括连接水压表的第二水压表通道181和连接水压加载装置水压加载通道182。
所述的位移加载控制子系统2包括反力架21和千斤顶22。
所述的测量子系统3包括流量计31以及高精度量杯32。
所述的水压及浆液加载控制子系统4可精确地控制水压和注浆的加载与卸载。
如图9所示，本实施例中的一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统和方法的施步骤包括：
S1.制作试件模块及框型弹性密封垫；
S2.在试件上涂抹防水胶，粘贴内外道框型弹性密封垫；
S3.安装试件，使得密封垫压缩量、错缝量达到指定值；
S4.在第二腔体内逐级施加高水压；
S5.第二沟槽内密封垫防水失效，记录此时水压值；
S6.继续在第二腔体内加载水压，测量第二沟槽内密封垫渗漏流量与流速；
S7.停止加载，卸载水压，并在第一腔体内注入注浆修复材料。在注浆材料稳定后，重复步骤S4-S6；
S8.单组试验结束，改变注浆材料、弹性密封垫压缩量、错缝量，进行下一组试验，重复S2-S7。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统，用以模拟盾构隧道接缝渗漏水环境并定量测试框型弹性密封垫的防水性能，其特征在于，该系统包括：
位移加载控制子系统(2)：用以放置以及对待测试弹性密封垫施加向下的压力，包括测试台、设置在测试台上的反力架(21)以及设置在反力架(21)上的千斤顶(22)；
管片接缝试件模块(1)：承载待测试弹性密封垫，设置在测试台上并接受千斤顶(22)施加的向下压力；
测量子系统(3)：与管片接缝试件模块(1)连接，包括流量计(31)和高精度量杯(32)，用以定量检测渗出量；
水压及浆液加载控制子系统(4)：与管片接缝试件模块(1)连接，包括水压表、水压加载装置和注浆装置，用以控制向管片接缝试件模块(1)的加载或卸载的水压和注浆。
2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统，其特征在于，所述的管片接缝试件模块(1)包括相互扣合形成空腔的上通用外壳(13)和下通用外壳(14)以及设置在空腔内且相互扣合的上试块内胆(11)和下试块内胆(12)，所述的上试块内胆(11)通过螺栓固定在上通用外壳(13)内，所述的下试块内胆(12)通过螺栓固定在下通用外壳(14)内。
3.根据权利要求2所述的一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统，其特征在于，所述的上试块内胆(11)和下试块内胆(12)均呈方形，其相互扣合形成从中心向外依次设置的方形的第二腔体(18)、方环形的第二沟槽(20)、方环形的第一腔体(17)、方环形的第一沟槽(19)和外边缘，内、外道框型弹性密封垫分别设置在第一沟槽(19)和第二沟槽(20)内。
4.根据权利要求3所述的一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统，其特征在于，所述的上试块内胆(11)上设有第一上沟槽(114)和第二上沟槽(115)，所述的下试块内胆(12)上设有第一下沟槽(122)和第二下沟槽(123)，所述的第一上沟槽(114)和第一下沟槽(122)扣合形成第一沟槽(19)，所述的第二上沟槽(115)和第二下沟槽(123)扣合形成第二沟槽(20)。
5.根据权利要求3所述的一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统，其特征在于，所述的第一腔体(17)通过第一水压表通道(171)与水压表连接，并且通过水压加载通道(172)与水压加载装置连接，所述的第二腔体(18)通过第二水压表通道(181)与水压表连接，并且通过注浆通道(182)与注浆装置连接。
6.根据权利要求2所述的一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统，其特征在于，所述的上通用外壳(13)和下通用外壳(14)分别在外缘处上设置多个螺栓孔，并且通过限位螺栓(15)和限位垫片(16)控制接缝张开量和错缝量。
7.根据权利要求3所述的一种盾构隧道接缝注浆修复材料防水性能试验系统，其特征在于，所述的第一沟槽(19)和第二沟槽(20)均为梯形沟槽。
8.一种应用如权利要求1-7任一项所述试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1制作管片接缝试件模块及待测方框型弹性密封垫；
S2在试件模块上涂抹防水胶，并粘贴内、外道框型弹性密封垫；
S3安装试件，并使弹性密封垫的压缩量、错缝量达到设定值；
S4在第二腔体内逐级施加高水压；
S5当第二沟槽内密封垫防水失效时，记录此时水压值；
S6继续在第二腔体内加载水压，测量第二沟槽内密封垫渗漏流量与流速；
S7停止加载，卸载水压，并在第一腔体内注入注浆修复材料，在注浆材料稳定后，重复步骤S4-S6；
S8单组试验结束，改变注浆材料、弹性密封垫压缩量和错缝量，进行下一组试验，并重复S2-S7。
9.根据权利要求8所述的一种试验方法，其特征在于，所述的注浆修复材料包括丙烯酸盐、聚氨酯和水泥浆。
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