CN112798189B - 一种盾构管片接缝防水性能测试试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盾构管片接缝防水性能测试试验装置及方法，从而达到一种多漏水情况、多位置的接缝防水性能测试，能实现点状、线装、突水等多种情况下的接缝防水性能的测试，同时通过自动化数据分析方式，来分析不同防水结构的防水性能，并进行评估分级，以甄选适应性最佳的防水结构；其解决的技术方案包括一个矩形的钢架，所述钢架分为上下三层结构，上部为注水模块，中部为接缝模块，下部为数据采集模块，三组模块相互配合实现盾构管片接缝防水性能测试试验。

Description

一种盾构管片接缝防水性能测试试验装置及方法

技术领域

本发明涉及室内模型测试领域，特别是一种盾构管片接缝防水性能测试试验装置及方法。

背景技术

随着技术的进步，盾构技术的出现使得掘进效率更高,且盾构技术的适用范围较广，在国内得到了广泛地应用，在应对软岩地层时，其衬砌多采用管片拼接的方式，其中管片防水是隧道防水有效性主体，目前常用的防水手段为弹性密封垫、螺孔密封圈、嵌缝、注入密封剂等措施，其中密封垫具有多种类型，其应用与适应性存在差异，因此对此适用性与有效性的研究十分必要，而目前的接缝防水检测，对不同的漏水情况的覆盖性不足，因此急需一套有效地检测试验装置。

基于以上技术背景，本专利设计了一种多漏水情况、多位置的接缝防水性能测试试验装置，能实现点状、线装、突水等多种情况下的接缝防水性能的测试，同时通过自动化数据分析方式，来分析不同防水结构的防水性能，并进行评估分级，以甄选适应性最佳的防水结构。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种盾构管片接缝防水性能测试试验装置及方法，从而达到一种多漏水情况、多位置的接缝防水性能测试，能实现点状、线装、突水等多种情况下的接缝防水性能的测试，同时通过自动化数据分析方式，来分析不同防水结构的防水性能，并进行评估分级，以甄选适应性最佳的防水结构。

其解决问题的技术方案包括一个矩形的钢架，所述钢架分为上下三层结构，上部为注水模块，中部为接缝模块，下部为数据采集模块，其中接缝模块包括四组水平且均布在钢架四个面上的滑动槽，滑动槽与钢架对应面垂直固定安装，每个滑动槽上方滑动安装有一个承载台，每个承载台的外侧设有一个可驱动承载台移动的第一液压杆，承载台的左右两端设有活动夹，活动夹上设有管片试样，所述注水模块包括一个水平的注水方盘，注水方盘下部设置防撞胶条与管片试样密贴，注水方盘上部设有第二液压杆，第二液压杆使防撞胶条与管片试样密贴，注水方盘内部设置格栅，每个格栅内部设置一个出水口，注水方盘的上方设有一个储水盒，储水盒经多个输水管与多个出水口一一对应相连，输水管上设有控制阀，储水盒内设有水泵为出水口提供水压力，所述数据采集模块包括一个置于钢架底部的接水盒，钢架底部外层布置一圈钢化玻璃板，用以观察试验现象，接水盒的四周侧壁上各安装有一个摄像头，其中三个为渗漏情况监测摄像头，一个为渗漏水量监测摄像头。

为了方便滑动槽在钢架上的安装，所述钢架上设有支撑架，支撑架辅助滑动槽安装在钢架上。

为了实现活动夹的安装与移动，所述活动夹通过调节螺丝松紧，可实现左右滑动与锁紧。

为了实现液压杆的安装与固定，所述每个第一液压杆的外侧设有L形支撑板1，L形支撑板1上设有配重块，L形支撑板1与配重块可自由拆卸。

所述接水盒为上宽下窄的喇叭形玻璃装置，上部标有刻度，可评估漏水量。

一种盾构管片接缝防水性能测试试验方法，包括如下步骤：

步骤一，根据试验情况，选取管片试样类型，在接触面安设弹性密封垫，并安设于承载台之上，并利用活动夹锁紧；

步骤二，将承载台滑入滑动槽内，连接第一液压杆、L形支撑板1，调整至合适位置后，加装配重块，其他位置重复以上操作，试验准备做好；

步骤三，操作第一液压杆，向前移动，各个方向共同构成接缝；

步骤四，安设注水方盘与出水口，并利用第二液压杆压紧管片试样；外侧涂抹防水胶，注水方盘外侧接缝填充防水胶；

步骤五，通过控制控制阀，控制出水口的开关与注水压力，实现不同漏水情况下注水方盘范围内的渗水情况；

步骤六，摄像头通过连续拍摄的方式，记录渗水情况与渗水量；

步骤七，计算软件计算单位时间内的渗水面积、渗水量与控制变量之间的关系，得出其演变规律。

本发明构思新颖，结构巧妙，实用性强，是一种多漏水情况、多位置的接缝防水性能测试装置，能实现点状、线装、突水等多种情况下的接缝防水性能的测试，同时通过自动化数据分析方式，来分析不同防水结构的防水性能，并进行评估分级，以甄选适应性最佳的防水结构。

附图说明

图1为本发明三维轴侧视图。

图2为本发明主视图。

图3为本发明俯视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1至图3可知,本发明包括一个矩形的钢架1，所述钢架1分为上下三层结构，上部为注水模块，中部为接缝模块，下部为数据采集模块，其中接缝模块包括四组水平且均布在钢架1四个面上的滑动槽2，滑动槽2与钢架1对应面垂直固定安装，每个滑动槽2上方滑动安装有一个承载台3，每个承载台3的外侧设有一个可驱动承载台3移动的第一液压杆4，承载台3的左右两端设有活动夹5，活动夹5上设有管片试样，所述注水模块包括一个水平的注水方盘7，注水方盘7下部设置防撞胶条与管片试样密贴，注水方盘7上部设有第二液压杆8，第二液压杆8使防撞胶条与管片试样密贴，注水方盘7内部设置格栅，每个格栅内部设置一个出水口，注水方盘7的上方设有一个储水盒9，储水盒9经多个输水管11与多个出水口一一对应相连，输水管11上设有控制阀12，储水盒9内设有水泵为出水口提供水压力，所述数据采集模块包括一个置于钢架1底部的接水盒10，钢架1底部外层布置一圈钢化玻璃板13，用以观察试验现象，接水盒10的四周侧壁上各安装有一个摄像头14，其中三个为渗漏情况监测摄像头14，一个为渗漏水量监测摄像头14。

为了方便滑动槽2在钢架1上的安装，所述钢架1上设有支撑架15，支撑架15辅助滑动槽2安装在钢架1上。

为了实现活动夹5的安装与移动，所述活动夹5通过调节螺丝松紧，可实现左右滑动与锁紧。

为了实现液压杆的安装与固定，所述每个第一液压杆4的外侧设有L形支撑板16，L形支撑板16上设有配重块，L形支撑板16与配重块可自由拆卸。

所述接水盒10为上宽下窄的喇叭形玻璃装置，上部标有刻度，可评估漏水量。

一种盾构管片接缝防水性能测试试验方法，包括如下步骤：

步骤一，根据试验情况，选取管片试样类型，在接触面安设弹性密封垫，并安设于承载台3之上，并利用活动夹5锁紧；

步骤二，将承载台3滑入滑动槽2内，连接第一液压杆4、L形支撑板16，调整至合适位置后，加装配重块，其他位置重复以上操作，试验准备做好；

步骤三，操作第一液压杆4，向前移动，各个方向共同构成接缝；

步骤四，安设注水方盘7与出水口，并利用第二液压杆8压紧管片试样；外侧涂抹防水胶，注水方盘7外侧接缝填充防水胶；

步骤五，通过控制控制阀12，控制出水口的开关与注水压力，实现不同漏水情况下注水方盘7范围内的渗水情况；

步骤六，摄像头14通过连续拍摄的方式，记录渗水情况与渗水量；

步骤七，计算软件计算单位时间内的渗水面积、渗水量与控制变量之间的关系，得出其演变规律。

该装置用以评估不同情况下盾构管片接缝防水的有效性，借助不同的管片试样、不同注水方式、不同的液体以及不同的试验时间时间来评估其有效性；分析液体的渗漏量、浸湿情况与时间、水压力、液体pH值、弹性密封垫类型、不同接缝位置的关系，通过对照片的实时监控，了解整个管片渗漏过程与渗漏机理。

该装置结构由三大模块组成，分别为接缝模拟模块、漏水模拟模块以及数据分析模块。

接缝模拟结构，通过管片试块的拼接来实现管片接缝的模拟；

接缝模拟结构，由液压装置推动、压实，实现对实际施工中管片受力状况的模拟；

接缝模拟结构，设置多个方向的液压推动装置，通过沿轨道水平推进实现2个、3个、4个管片试块的拼接，用以模拟“一”、“T”“十”字形接缝。

管片试块可根据现场情况进行模筑，其迎拼接侧设置弹性密封垫，亦设置不同的接缝防水结构；

液压推动装置可随时拆卸，根据模拟的管片接缝位置进行配置；

漏水模拟模块设置了注水方盘7，其出水口个数根据试验情况可进行定制；

不同位置出口的开关，进行点状漏水、线状漏水、突水等不同情况下管片接缝防水性能的测试，可实现不同漏水位置下的防水性能检验；

注水方盘7的外侧与管片试块接触的地方利用防水胶进行密封，防止注水过程中泄露；

注水方盘7每个出水口设置独立的控制开关，实现水量与水压的自动控制，从而检测不同漏水情况下的防水性能检验；

数据分析模块有采集摄像头14以及配套分析软件组成；

采集摄像头14，设置于采集座的四周，多角度、连续进行漏水情况拍摄；

分析软件基于Matlab代码开发，分析渗水面积用以评估防水性能；

分析软件源代码：

files = dir('filespath\*.jpg'); %设定图片路径以及格式

data=[]; %设定数据储存数组

for k = 1:length(files) % 依次读入图片

Pic = imread(['filespath\', files(k).name]);

Pic’=rgb2gray(Pic); %图像灰度化

thresh=graythresh(Pic’); %获取阈值

Pic’’ = im2bw(Pic’,thresh); %图像二值化

St=400; %漏水方盘面积，cm²

sum=0; for i=1:size(Pic’’,1) %图像的行数 for j=1:size(Pic’’,2) %图像的列数 if Pic’’(i,j)<=thresh %筛选色暗部分 sum=sum+1; end end end S=St*sum/(size(a,1)*size(a,2)); %单个相机求得浸湿面积

data(length(files))=S;

end

Sa=mean(data(:)); %四个相机求得平均浸湿面积

采集座中部设置漏水采集仓，通过单位时间的漏水量评估接缝防水的有效性本发明构思新颖，结构巧妙，实用性强，是一种多漏水情况、多位置的接缝防水性能测试装置，能实现点状、线装、突水等多种情况下的接缝防水性能的测试，同时通过自动化数据分析方式，来分析不同防水结构的防水性能，并进行评估分级，以甄选适应性最佳的防水结构。

Claims (6)

1.一种盾构管片接缝防水性能测试试验装置，其特征在于，包括一个矩形的钢架（1），所述钢架（1）分为上下三层结构，上部为注水模块，中部为接缝模块，下部为数据采集模块，其中接缝模块包括四组水平且均布在钢架（1）四个面上的滑动槽（2），滑动槽（2）与钢架（1）对应面垂直固定安装，每个滑动槽（2）上方滑动安装有一个承载台（3），每个承载台（3）的外侧设有一个可驱动承载台（3）移动的第一液压杆（4），承载台（3）的左右两端设有活动夹（5），活动夹（5）上设有管片试样，所述注水模块包括一个水平的注水方盘（7），注水方盘（7）下部设置防撞胶条与管片试样密贴，注水方盘（7）上部设有第二液压杆（8），第二液压杆（8）使防撞胶条与管片试样密贴，注水方盘（7）内部设置格栅，每个格栅内部设置一个出水口，注水方盘（7）的上方设有一个储水盒（9），储水盒（9）经多个输水管（11）与多个出水口一一对应相连，输水管（11）上设有控制阀（12），储水盒（9）内设有水泵为出水口提供水压力，所述数据采集模块包括一个置于钢架（1）底部的接水盒（10），钢架（1）底部外层布置一圈钢化玻璃板（13），用以观察试验现象，接水盒（10）的四周侧壁上各安装有一个摄像头（14），其中三个为渗漏情况监测摄像头（14），一个为渗漏水量监测摄像头（14）。

2.根据权利要求1所述的一种盾构管片接缝防水性能测试试验装置，其特征在于，所述钢架（1）上设有支撑架（15），支撑架（15）辅助滑动槽（2）安装在钢架（1）上。

3.根据权利要求1所述的一种盾构管片接缝防水性能测试试验装置，其特征在于，所述活动夹（5）通过调节螺丝松紧，可实现左右滑动与锁紧。

4.根据权利要求1所述的一种盾构管片接缝防水性能测试试验装置，其特征在于，所述每个第一液压杆（4）的外侧设有L形支撑板（16），L形支撑板（16）上设有配重块，L形支撑板（16）与配重块可自由拆卸。

5.根据权利要求1所述的一种盾构管片接缝防水性能测试试验装置，其特征在于，所述接水盒（10）为上宽下窄的喇叭形玻璃装置，上部标有刻度，可评估漏水量。

6.一种盾构管片接缝防水性能测试试验方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述盾构管片接缝防水性能测试试验装置以实现如下步骤：

步骤一，根据试验情况，选取管片试样类型，在接触面安设弹性密封垫，并安设于承载台（3）之上，并利用活动夹（5）锁紧；

步骤二，将承载台（3）滑入滑动槽（2）内，连接第一液压杆（4）、L形支撑板（16），调整至合适位置后，加装配重块，其他位置重复以上操作，试验准备做好；

步骤三，操作第一液压杆（4），向前移动，各个方向共同构成接缝；

步骤四，安设注水方盘（7）与出水口，并利用第二液压杆（8）压紧管片试样；外侧涂抹防水胶，注水方盘（7）外侧接缝填充防水胶；

步骤五，通过控制控制阀（12），控制出水口的开关与注水压力，实现不同漏水情况下注水方盘（7）范围内的渗水情况；

步骤六，摄像头（14）通过连续拍摄的方式，记录渗水情况与渗水量；

步骤七，计算软件计算单位时间内的渗水面积、渗水量与控制变量之间的关系，得出其演变规律。

Images