CN114563134B - 一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置及试验方法 - Google Patents

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CN114563134B CN202210198553.7A CN202210198553A CN114563134B CN 114563134 B CN114563134 B CN 114563134B CN 202210198553 A CN202210198553 A CN 202210198553A CN 114563134 B CN114563134 B CN 114563134B
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Abstract

本发明提供的一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，包括反力框架组件、横向伺服作动器、滑动支架组件和水密试压箱组件；反力框架组件用于对水密试压箱组件进行支撑；横向伺服作动器用于为水密试压箱组件提供动力；滑动支架组件用于连接反力框架组件和水密试压箱组件；水密试压箱组件包括Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片；两件Ⅰ型试模管片相互贴合，形成一字形密封结构；Ⅰ型试模管片与Ⅱ型试模管片相互贴合，形成T字形密封结构；一字形密封结构和T字形密封结构相互组成密封防水网络，该密封防水网络与Ⅰ型侧板、Ⅱ型侧板相互围成一个水压腔，以形成密封的压力水作用空间，以真实模拟工程实际管片接缝承受外侧水压作用的情况。

Description

一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及盾构隧道接缝防水技术领域，特别是一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置及试验方法。
背景技术
近年来，随着城市一体化建设进程的持续推进，城市地下空间的开发需求量极大，具有高机械化、施工快和低扰动等诸多优点的盾构法隧道逐渐成为城市地铁、越江通道以及地下管廊等地下通道的首选方式之一。
盾构法隧道衬砌结构由预制钢筋混凝土管片通过螺栓拼接而成，各衬砌管片拼接形成的衬砌接缝将成为隧道结构防水的关键点。目前工程中接缝防水主要通过设置在管片外弧面的弹性密封垫实现，即利用弹性密封垫闭合压缩后产生的接触应力阻止外水压力的侵入。可见，弹性密封垫的力学性能关乎盾构隧道的长期可靠服役。
为保证密封垫在盾构隧道服役期间的高可靠防水性能，需要通过室内耐水压试验对密封垫实际服役水压环境进行模拟，从而校核密封垫设计方案的可靠性和安全性。纵观现有盾构隧道接缝防水性能试验装置，如申请号为201510232763.3和201810449853.1等的中国发明专利公开了一种盾构隧道“一字型”接缝渗漏试验装置，这类装置的试验水压是通过平面框型密封垫所围成的内水腔产生的，而隧道管片接缝密封垫实际承受的是外侧水压作用；如申请号为201910335728.2和202110177887.1的中国发明专利公开了一种盾构管片接缝防水性能测试试验装置，这类装置的试验水压是通过紧压在管片试样上的水压施加装置产生的，尽管能模拟管片接缝承受外侧水压作用的情况，但这样的水压施加方式需要相邻两侧管片保持在同一水平面才能具备较好的工作性能，因此很难真实模拟盾构管片接缝在多种不连续变形工况下(张开、错台以及转角)的防水能力。
鉴于以上特征，现有专利所提供的盾构隧道接缝防水性能试验装置均未能模拟管片接缝密封垫真实工作状态，存在下述明显缺陷：
(1)上述试验装置通过平面框型密封垫围成内水压腔，即试验水压为内水压，这与隧道管片接缝密封垫实际承受外侧水压作用不相符，并且上述试验装置中为实现水腔的封闭，需要将弹性密封垫按照接触面朝上的方式设置框型结构，而工程实际管片接缝密封垫是按照接触面朝外的方式进行设置，这样的结构型式与工程实际管片接缝密封垫按照接触面朝外的设置方式也不符，无法考虑管片接缝密封垫真实连接方式对防水性能的影响。
(2)上述试验装置中通过与管片试样外表面密贴的方式施加试验水压，需要相邻两侧管片保持在同一水平面才能保持稳定的工作性能，而实际工程中，盾构管片接缝均存在不同程度的张开、错台以及转角等不连续变形，因此这样的试验水压施加方式具有很大的局限性，不能很好适用于工程实践的测试应用。
(3)上述试验装置仅能开展接缝不同张开量工况下的密封垫防水性能测试，而未能实现盾构管片接缝存在不同程度的张开、错台以及转角等复杂不连续变形工况下的防水性能测试。
(4)上述试验仅为单一“一字型”或“T字型”接缝防水性能测试，从本质上说为二维平面状态下单一接缝构造，而实际盾构管片包含管片之间的纵缝、管片环之间的环缝、以及错缝拼装下的T字缝等空间接缝构造，上述接缝类型是相互关联存在的。上述试验思路不能真实模拟接缝密封垫在实际工程中同时存在多种类型的复杂三维空间工作状态，无法兼顾多种类型接缝相互影响的情况。
综上所述，针对现有盾构隧道管片接缝防水性能试验装置的不足，开发一种能够模拟接缝密封垫真实工作状态的防水性能试验装置，对于提升接缝密封垫防水设计精度和保障隧道长期安全运营具有重要工程实用价值。
发明内容
本发明提供了一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，包括反力框架组件、横向伺服作动器、滑动支架组件和水密试压箱组件；
所述反力框架组件用于对水密试压箱组件进行支撑；
所述横向伺服作动器用于为水密试压箱组件提供动力；
所述滑动支架组件用于连接反力框架组件和水密试压箱组件；
所述水密试压箱组件包括连接底板、Ⅰ型侧板、Ⅱ型侧板、Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片；所述Ⅱ型侧板设有对称设置的两件，所述Ⅰ型侧板设有对称设置的两件，两件Ⅱ型侧板和两件Ⅰ型侧板的一端均与连接底板连接，形成带空腔的框架结构，且在两件Ⅱ型侧板的内侧均安装有Ⅱ型试模管片；在两件Ⅰ型侧板上开设有用于贯穿安装两件Ⅰ型试模管片的通窗；两件Ⅰ型试模管片相互贴合，形成一字形密封结构；Ⅰ型试模管片与Ⅱ型试模管片相互贴合，形成T字形密封结构；一字形密封结构和T字形密封结构相互组成密封防水网络，该密封防水网络与Ⅰ型侧板、Ⅱ型侧板相互围成一个水压腔，以形成密封的压力水作用空间，以真实模拟工程实际管片接缝承受外侧水压作用的情况。
可选的，在两件Ⅰ型试模管片相接触的端面上均设有第一梯形凹槽，所述第一密封结构卡装于第一梯形凹槽内，以形成一字形密封结构。
可选的，在Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片相互接触的端面上均设有第二梯形凹槽，所述第二密封结构卡装于第二梯形凹槽内，以形成T字形密封结构。
可选的，在Ⅰ型试模管片与Ⅰ型侧板相互接触的端面上均设有第三梯形凹槽，所述第三密封结构卡装于第三梯形凹槽内。
可选的，所述第一密封结构设置为框形密封垫，所述第二密封结构设置为条形密封垫，所述第三密封结构设置为框形密封圈。
可选的，所述反力框架组件包括立柱、底板、纵梁和横梁；所述立柱设有四件，四件立柱的一端均与底板固连且分别采用沿底板的纵向中心轴线和横向中心轴线相互对称设置；所述纵梁设有两件，单件纵梁的两端分别与设置于同一侧的两件立柱固连；所述横梁设有两件，单件横梁的两端分别与两件纵梁固连。
可选的，在两件横梁上均设有用于与滑动支架组件滑动连接的滑槽，所述滑槽采用沿横梁的长度方向延伸设置，且在滑槽内均设有与滑轮相互配合的滑动导轨。
可选的，所述滑动支架组件包括Ⅰ型滑动支架和Ⅱ型滑动支架；所述Ⅰ型滑动支架设置为U形结构，Ⅰ型滑动支架的底端与水密试压箱组件固连，而Ⅰ型滑动支架的两竖直端上均连接有滑轮11，通过滑轮11与滑槽的配合实现Ⅰ型滑动支架与反力框架组件的相互连接；所述Ⅱ型滑动支架包括U形连接件和竖直连接件，所述U形连接件的底端与竖直连接件的一端固连，U形连接件的两竖直端上均连接有滑轮11，以通过滑轮11与滑槽的配合实现Ⅱ型滑动支架与反力框架组件的相互连接，竖直连接件的另一端与水密试压箱组件固连，以实现水密试压箱组件与反力框架组件之间的相互连接。
可选的，所述U形连接件和竖直连接件采用一体成型设置。
可选的，在两件Ⅰ型侧板上还均设有注水孔和排水孔，所述注水孔和排水孔均设置在通窗的下方。
可选的，在Ⅰ型滑动支架和Ⅱ型滑动支架内还均设置可伸缩卡扣。
本发明还提供了一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装方法，应用如权上述所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置对待测密封结构进行防水性能试验的具体步骤包括以下：
步骤一、制作Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片并根据待测密封结构的尺寸在侧面开设梯形沟槽；
步骤二、按照待侧密封结构的接触面朝外的方式制作待测框型密封垫，并将待侧框型密封垫分别粘贴在Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片之间形成的一字形接缝内和T字形接缝内；
步骤三、将Ⅰ型试模管片放置在滑动支架组件上，并将Ⅰ型试模管片中没有设置梯形沟槽的侧面与安装于反力框架组件上的横向伺服动作器的一端固连，同时将Ⅰ型试模管片贯穿安装于Ⅰ型侧板的通窗内；
步骤四、通过调节两件Ⅱ型滑动支架之间的高度差，设置两件Ⅰ型试模管片之间的错台变形量，并使两件Ⅰ型试模管片之间的错台变形量的设置符合以下要求：
Δs＝|H2-H3|，
式中，Δs为设置的错台量，H2为左侧管片Ⅱ型滑动支架的高度，H3为右侧管片Ⅱ型滑动支架的高度；
通过调节与同一组Ⅰ型试模管片相连接的Ⅰ型滑动支架和Ⅱ型滑动支架之间的高度差，设置两件Ⅰ型试模管片之间的转动变形量，并使两件Ⅰ型试模管片之间的转动变形量设置符合以下要求：
Figure BDA0003528184010000041
式中，Δθ为设置的转角变形量，H1为左侧管片Ⅰ型滑动支架的高度，H2为左侧管片Ⅱ型滑动支架的高度，L0为左侧管片Ⅰ型滑动支架和Ⅱ型滑动支架之间的距离；
通过调节横向伺服作动器伸出长度，设置两件Ⅰ型试模管片之间的张开变形量，并使两件Ⅰ型试模管片之间的张开变形量的设置符合以下要求：
Δp＝|V1-V2|，
式中，Δp为设置的张开量，V1为左侧管片横向伺服作动器的伸出长度，V2为右侧管片横向伺服作动器的伸出长度；
通过调节Ⅱ型试模管片连接螺栓孔的高度，设置Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的错台变形量，并使Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的错台变形量的设置符合设计要求；
通过调节Ⅱ型侧板与Ⅰ侧板间的安装间隙，设置Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的张开变形量，并使Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的张开变形量符合设计要求；
步骤五、使用水压伺服加载装置通过Ⅰ型侧板上设置的注水孔按照预设水压梯度对密封试压箱进行注水，并使每个水压梯度保持一段时间；
步骤六、观察一字形接缝和T字形接缝处的渗漏情况，若一字形接缝或/和T字形接缝出现渗漏，记录其具体的渗漏水压值和渗漏部位；若无渗漏继续按照预设水压梯度进行加压，直至一字形接缝或/和T字形接缝出现渗漏。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过在Ⅰ型侧板上设置通窗，使相对设置的两块Ⅰ型试模管片在横向伺服作动器的作用下能够相互贴合，形成一字型接缝；通过Ⅱ型侧板与Ⅰ侧板的螺栓组合，使固定在Ⅱ型侧板上的Ⅱ型试模管片能与Ⅰ型试模管片的侧面相互贴合，形成T字型接缝；从而使本发明能够模拟出同时存在多种接缝类型的实际工况，从而充分考虑多种类型接缝之间的相互影响。
(2)本发明中，通过调节横向伺服作动器伸出长度、管片Ⅰ型滑动支架和Ⅱ型滑动支架之间的高度差，完成Ⅰ型管片间接缝变形模式的设置；通过调节Ⅱ型管片连接螺栓孔高度、Ⅱ型侧板和Ⅰ侧板间的安装间隙，完成Ⅰ型管片和Ⅱ型管片间接缝变形模式的设置，这样的设计能真实模拟出工程实际运营中盾构管片接缝出现的张开变形、错台变形和转角变形等复杂变形模式，从而保证防水性能测试结果的适用性和准确性。
(3)本发明中，改变了以往接缝防水性能试验装置为实现水腔的封闭将弹性密封垫按照接触面朝上的方式进行设置的方式，而根据工程实际，按照管片接缝密封垫接触面朝外的方式制作待测方框型密封垫，这样的设计能模拟出工程实际接缝沟槽内密封垫的真实转角情况，从而考虑管片接缝密封垫真实连接方式对防水性能的影响。
(4)本发明中，通过由Ⅰ型管片相互贴合形成的一字型接缝、Ⅰ型管片和Ⅱ型管片相互贴合形成的T字型接缝共同组成的密封防水网络将水密封在钢板箱内，形成水压腔，这样的设计能模拟工程实际管片接缝承受外侧水压作用的情况，为试验提供真实可靠的测试水压。
(5)本发明中，通过水密试压箱的开窗设计，能实现直观观测管片接缝渗漏情况的功能，并且方便精确测量接缝的变形情况，从而为全面准确分析评估接缝密封垫防水性能提供直观数据支持。
(6)本发明中，通过调整混凝土试模管片侧面梯形沟槽的设置数量，实现管片接缝多道密封垫防水的模拟，这样的设计能使试验装置适用盾构隧道未来的发展趋势，使试验装置具备较强的可改造性和可利用性，进一步提升试验装置的实用价值。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例中一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置仅一道梯形沟槽的轴测示意图；
图2是图1的主视示意图；
图3是图1的左视示意图；
图4是图1的俯视示意图；
图5是图1中横向伺服作动器、Ⅰ型滑动支架、Ⅱ型滑动支架、Ⅰ型混凝土试模管片和框型密封垫的连接示意图；
图6是图1中Ⅱ型侧板、Ⅰ型侧板、框型密封垫和Ⅱ型混凝土试模管片的连接状态爆炸示意图；
图7是图1中框型密封垫当接触面朝外设置时的结构示意图；
图8是图1中Ⅰ型侧板、Ⅰ型混凝土试模管片、Ⅱ型侧板和Ⅱ型混凝土试模管片相互贴合后所形成的接缝示意图；
图9是本发明实施例中盾构管片接缝处于张开变形工况时的示意图；
图10是本发明实施例中盾构管片接缝处于错台变形工况时的示意图；
图11是本发明实施例中盾构管片接缝处于转角变形工况时的示意图；
图12是本发明实施例中一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验方法的流程示意图；
图13是是本发明实施例中一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置有两道梯形沟槽时水密试压箱组件的轴测示意图。
其中：
1、反力框架，1.1、立柱，1.2、底板，1.3、纵梁，1.4、横梁，2、横向伺服作动器，3、Ⅰ型滑动支架，4、Ⅱ型滑动支架，5、Ⅱ型侧板，6、Ⅰ型侧板，7、注水孔，8、Ⅰ型试模管片，9、密封结构，10、横梁，11、滑轮，12、Ⅱ型试模管片，13、密封圈。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点等能够更加明确易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精确比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施；本发明中所提及的若干，并非限于附图实例中具体数量；本发明中所提及的‘前’‘中’‘后’‘左’‘右’‘上’‘下’‘顶部’‘底部’‘中部’等指示的方位或位置关系，均基于本发明附图所示的方位或位置关系，而不指示或暗示所指的装置或零部件必须具有特定的方位，亦不能理解为对本发明的限制。
实施例：
参见图1至图8所示，本发明提供的一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，包括反力框架组件1、横向伺服作动器2、滑动支架组件和水密试压箱组件；
所述反力框架组件1用于支撑水密试压箱组件；
所述横向伺服作动器2用于为水密试压箱组件提供动力；
所述滑动支架组件用于连接反力框架组件1和水密试压箱组件；
所述水密试压箱组件包括连接底板、Ⅰ型侧板6、Ⅱ型侧板5、Ⅰ型试模管片8和Ⅱ型试模管片12；所述Ⅱ型侧板5优选设有对称设置的两件，所述Ⅰ型侧板6优选设有对称设置的两件，两件Ⅱ型侧板5和两件Ⅰ型侧板6的一端均与连接底板连接，形成带空腔的框架结构，且在两件Ⅱ型侧板5的内侧均安装有Ⅱ型试模管片12；在两件Ⅰ型侧板6上开设有用于贯穿安装两件Ⅰ型试模管片8的通窗；两件Ⅰ型试模管片8相互贴合，形成一字形密封结构；Ⅰ型试模管片8与Ⅱ型试模管片12相互贴合，形成T字形密封结构；一字形密封结构和T字形密封结构相互组成密封防水网络，该密封防水网络与Ⅰ型侧板、Ⅱ型侧板相互围成一个水压腔，以形成密封的压力水作用空间，以真实模拟工程实际管片接缝承受外侧水压作用的情况。
可选的，所述横向伺服作动器2设有两件，两件横向伺服作动器2的一端分别与两件Ⅱ型侧板5固连，两件横向伺服作动器2的另一端分别与反力框架组件1固连，用于驱动两件Ⅰ型试模管片8之间进行相对移动。
可选的，所述反力框架组件1包括立柱1.1、底板1.2、纵梁1.3和横梁1.4；所述立柱1.1优选设有四件，四件立柱1.1的一端均与底板1.2固连且分别采用沿底板1.2的纵向中心轴线和横向中心轴线相互对称设置；所述纵梁1.3优选设有两件，单件纵梁1.3的两端分别与设置于同一侧的两件立柱1.1固连；所述横梁1.4优选设有两件，单件横梁1.4的两端分别与两件纵梁1.3固连。
可选的，为实现滑动支架组件与反力框架组件1的滑动连接，在两件横梁1.4上均设有用于与滑动支架组件滑动连接的滑槽，所述滑槽采用沿横梁1.4的长度方向延伸设置，且在滑槽内均设有与滑轮相互配合的滑动导轨。
所述滑动支架组件包括Ⅰ型滑动支架3和Ⅱ型滑动支架4；所述Ⅰ型滑动支架3优选设置为U形结构，Ⅰ型滑动支架3的底端与水密试压箱组件固连，而Ⅰ型滑动支架3的两竖直端上均连接有滑轮11，通过滑轮11与滑槽的配合实现Ⅰ型滑动支架3与反力框架组件1的相互连接；所述Ⅱ型滑动支架4包括U形连接件和竖直连接件，所述U形连接件的底端与竖直连接件的一端固连，U形连接件的两竖直端上均连接有滑轮11，以通过滑轮11与滑槽的配合实现Ⅱ型滑动支架4与反力框架组件1的相互连接，竖直连接件的另一端与水密试压箱组件固连，以实现水密试压箱组件与反力框架组件1之间的相互连接。此处优选：为增加Ⅱ型滑动支架4的整体连接强度，所述U形连接件和竖直连接件采用一体成型设置。
可选的，为实现对Ⅰ型试模管片8的驱动，在Ⅰ型试模管片8的其中一个侧面与横向伺服作动器2的一端固连。
优选的，两件Ⅰ型试模管片8相互贴合形成的一字型接缝，在一字型接缝中设有第一密封结构，以形成一字型密封结构；Ⅰ型试模管片8和Ⅱ型试模管片12相互贴合形成的T字型接缝，并在T字型接缝中设有第二密封结构，以形成T字形密封结构；一字型接缝和T字型接缝在水密试压箱中形成一张密封防水网络将水阻隔在一侧，并通过与Ⅰ型侧板6和Ⅱ型侧板5的组合，形成密封的压力水作用空间。
可选的，为实现两件Ⅰ型试模管片8之间的相互密封，在两件Ⅰ型试模管片8相接触的端面(即形成一字形接缝的端面)上均设有第一梯形凹槽，所述第一密封结构卡装于第一梯形凹槽内，以形成一字形密封结构。此处优选：所述第一密封结构设置为框形密封垫。
可选的，为实现Ⅰ型试模管片8与Ⅱ型试模管片12之间的相互密封，在Ⅰ型试模管片8和Ⅱ型试模管片12相互接触的端面(即形成T字形接缝的端面)上均设有第二梯形凹槽，所述第二密封结构卡装于第二梯形凹槽内，以形成T字形密封结构。此处优选：所述第二密封结构设置为条形密封垫。
可选的，为实现Ⅰ型试模管片8与Ⅰ型侧板6之间的相互密封，在Ⅰ型试模管片8与Ⅰ型侧板6相互接触的端面(即Ⅰ型试模管片8和通窗相互接触的两个侧面)上均设有第三梯形凹槽，所述框形密封圈9卡装于第三梯形凹槽内。
可选的，为实现水密试压箱组件的注水和排水，在两件Ⅰ型侧板6上还均设有注水孔7和排水孔，所述注水孔7和排水孔均设置在通窗的下方。
可选的，为实现Ⅰ型试模管片8的上下错动和转角调节，在Ⅰ型滑动支架3和Ⅱ型滑动支架4内还均设置可伸缩卡扣，从而通过调节横向伺服作动器2的伸出长度以及Ⅰ型滑动支架3和Ⅱ型滑动支架4之间的高度差，完成两件Ⅰ型试模管片8之间的接缝变形模式的设置；通过调节Ⅱ型试模管片12连接螺栓孔高度、Ⅱ型侧板5和Ⅰ型侧板6之间的安装间隙，完成Ⅰ型试模管片8和Ⅱ型试模管片12之间的接缝变形模式的设置，这样的设计能真实模拟出工程实际运营中盾构管片接缝出现的张开变形、错台变形和转角变形等复杂变形模式，从而保证防水性能测试结果的适用性和准确性。
可选的，为能够有效的模拟出工程实际接缝沟槽内密封垫的真实转角情况以及考虑到管片接缝密封真实连接方式对防水性能的影响，所述密封结构设置成接触面朝外的框型结构密封垫。
上述所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置的安装步骤，具体如下：
1)安装反力框架组件并将滑动支架组件、横向伺服作动器以及反力框架组件相互连接；
2)将Ⅰ型侧板、Ⅱ型侧板和连接底板相互连接；
3)将待测密封结构粘贴在Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片形成的一字形密封结构和T字形密封结构内；
4)将Ⅰ型试模管片安装于滑动支架组件上，并将Ⅰ型试模管片中没有设置梯形沟槽的侧面与安装于反力框架组件上的横向伺服作动器的一端固连，同时将Ⅰ型试模管片贯穿安装于Ⅰ型侧板的通窗内；
5)将Ⅱ型试模管片安装在Ⅱ型侧板上，并通过螺栓将Ⅱ型侧板与Ⅰ型侧板紧密拼接；
6)完成盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置的安装。
参见图12所示，应用上述所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置对待侧密封结构进行防止性能测试的方法，具体如下：
步骤一、制作Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片并根据待测密封结构的尺寸在侧面开设梯形沟槽；
步骤二、按照待侧密封结构的接触面朝外的方式制作待测框型密封垫，并将待侧框型密封垫分别粘贴在Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片之间形成的一字形接缝内和T字形接缝内；
步骤三、将Ⅰ型试模管片放置在滑动支架组件上，并将Ⅰ型试模管片中没有设置梯形沟槽的侧面与安装于反力框架组件上的横向伺服动作器的一端固连，同时将Ⅰ型试模管片贯穿安装于Ⅰ型侧板的通窗内；
步骤四、通过调节两件Ⅱ型滑动支架之间的高度差，设置两件Ⅰ型试模管片之间的错台变形量(参见图10所示)，并使两件Ⅰ型试模管片之间的错台变形量的设置符合以下要求：
Δs＝|H2-H3|，
式中，Δs为设置的错台量，H2为左侧管片Ⅱ型滑动支架的高度，H3为右侧管片Ⅱ型滑动支架的高度；
步骤五、通过调节与同一Ⅰ型试模管片相连接的Ⅰ型滑动支架和Ⅱ型滑动支架之间的高度差，设置两件Ⅰ型试模管片之间的转动变形量(参见图11所示)，并使件Ⅰ型试模管片之间的转动变形量的设置符合以下要求：
Figure BDA0003528184010000091
式中，Δθ为设置的转角变形量，H1为左侧管片Ⅰ型滑动支架的高度，H2为左侧管片Ⅱ型滑动支架的高度，L0为左侧管片Ⅰ型滑动支架和Ⅱ型滑动支架之间的距离；
步骤六、通过调节横向伺服作动器伸出长度，设置两件Ⅰ型试模管片之间的张开变形量(参见图9所示)，并使两件Ⅰ型试模管片之间的张开变形量的设置符合以下要求：
Δp＝|V1-V2|，
式中，Δp为设置的张开量，V1为左侧管片横向伺服作动器的伸出长度，V2为右侧管片横向伺服作动器的伸出长度；
步骤七、通过调节Ⅱ型试模管片连接螺栓孔的高度，设置Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的错台变形量，并使Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的错台变形量的设置符合设计要求；
步骤八、通过调节Ⅱ型侧板与Ⅰ侧板间的安装间隙，设置Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的张开变形量，并使Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的张开变形量的设置符合设计要求；
步骤九、使用水压伺服加载装置通过Ⅰ型侧板上设置的注水孔按照预设水压梯度对密封试压箱进行注水，并使每个水压梯度保持一段时间；
步骤十、观察一字形接缝和T字形接缝处的渗漏情况，若一字形接缝或/和T字形接缝出现渗漏，记录其具体的渗漏水压值和渗漏部位；若无渗漏继续按照预设水压梯度进行加压，直至一字形接缝或/和T字形接缝出现渗漏。
应用上述所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置对待侧密封结构进行防止性能测试，其相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过调节横向伺服作动器伸出长度、管片Ⅰ型滑动支架和Ⅱ型滑动支架之间的高度差，可定量精确模拟出工程实际运营中盾构管片接缝出现的张开变形量值、错台变形量值和转角变形量值，从而精确测定弹性密封垫在不同接缝变形、错台变形和转角变形组合工况下的极限抵抗水压力值，从而保证防水性能测试结果的适用性和准确性。
(2)通过水密试压箱顶部的开窗(此处开窗具体指Ⅰ型侧板和Ⅱ型侧板未相互密闭端)，能定量精确校核试验过程中各接缝间的变形量值，并且能直观观察到试验过程中管片接缝渗漏情况，从而为全面准确分析评估接缝密封垫防水性能提供直观数据支持。
本发明提供的一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，除上述所述的结构外，参见图13所示，所述Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片还可设置为其侧面设有两道梯形沟槽的结构(除图13中显示的为两道梯形沟槽的结构外，还可根据实际需求将梯形沟槽设置成多道的结构)，即当两件Ⅰ型试模管片之间相互贴合以及Ⅰ型试模管片与Ⅱ型试模管片之间相互贴合后，形成多层密封防水网络；从而使盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置通过调整Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片侧面梯形沟槽的数量，能测定一字形接缝和T字形接缝在设置不同数量弹性密封垫下的综合防水能力，从而为全面准确分析评估两道甚至多道弹性密封垫作为防水方案的防水能力提供更为精确的数据支持。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，其特征在于，包括反力框架组件(1)、横向伺服作动器(2)、滑动支架组件和水密试压箱组件；
所述反力框架组件(1)用于对水密试压箱组件进行支撑；
所述横向伺服作动器(2)用于为水密试压箱组件提供动力；
所述滑动支架组件用于连接反力框架组件(1)和水密试压箱组件；
所述水密试压箱组件包括连接底板、Ⅰ型侧板(6)、Ⅱ型侧板(5)、Ⅰ型试模管片(8)和Ⅱ型试模管片(12)；所述Ⅱ型侧板(5)设有对称设置的两件，所述Ⅰ型侧板(6)设有对称设置的两件，两件Ⅱ型侧板(5)和两件Ⅰ型侧板(6)的一端均与连接底板连接，形成带空腔的框架结构，且在两件Ⅱ型侧板(5)的内侧均安装有Ⅱ型试模管片(12)；在两件Ⅰ型侧板(6)上开设有用于贯穿安装两件Ⅰ型试模管片(8)的通窗；两件Ⅰ型试模管片(8)相互贴合，形成一字形密封结构；Ⅰ型试模管片(8)与Ⅱ型试模管片(12)相互贴合，形成T字形密封结构；一字形密封结构和T字形密封结构相互组成密封防水网络，该密封防水网络与Ⅰ型侧板、Ⅱ型侧板相互围成一个水压腔，以形成密封的压力水作用空间，以真实模拟工程实际管片接缝承受外侧水压作用的情况；
应用如上述所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置对待测密封结构进行防水性能试验的具体步骤包括以下：
步骤一、制作Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片并根据待测密封结构的尺寸在侧面开设梯形沟槽；
步骤二、按照待侧密封结构的接触面朝外的方式制作待测框型密封垫，并将待侧框型密封垫分别粘贴在Ⅰ型试模管片和Ⅱ型试模管片之间形成的一字形接缝内和T字形接缝内；
步骤三、将Ⅰ型试模管片放置在滑动支架组件上，并将Ⅰ型试模管片中没有设置梯形沟槽的侧面与安装于反力框架组件上的横向伺服动作器的一端固连，同时将Ⅰ型试模管片贯穿安装于Ⅰ型侧板的通窗内；
步骤四、通过调节两件Ⅱ型滑动支架之间的高度差，设置两件Ⅰ型试模管片之间的错台变形量，并使两件Ⅰ型试模管片之间的错台变形量的设置符合以下要求：
Δs＝|H2-H3|，
式中，Δs为设置的错台量，H2为左侧管片Ⅱ型滑动支架的高度，H3为右侧管片Ⅱ型滑动支架的高度；
通过调节与同一组Ⅰ型试模管片相连接的Ⅰ型滑动支架和Ⅱ型滑动支架之间的高度差，设置两件Ⅰ型试模管片之间的转动变形量，并使两件Ⅰ型试模管片之间的转动变形量设置符合以下要求：
Figure FDA0004017618120000021
式中，Δθ为设置的转角变形量，H1为左侧管片Ⅰ型滑动支架的高度，H2为左侧管片Ⅱ型滑动支架的高度，L0为左侧管片Ⅰ型滑动支架和Ⅱ型滑动支架之间的距离；
通过调节横向伺服作动器伸出长度，设置两件Ⅰ型试模管片之间的张开变形量，并使两件Ⅰ型试模管片之间的张开变形量的设置符合以下要求：
Δp＝|V1-V2|，
式中，Δp为设置的张开量，V1为左侧管片横向伺服作动器的伸出长度，V2为右侧管片横向伺服作动器的伸出长度；
通过调节Ⅱ型试模管片连接螺栓孔的高度，设置Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的错台变形量，并使Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的错台变形量的设置符合设计要求；
通过调节Ⅱ型侧板与Ⅰ侧板间的安装间隙，设置Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的张开变形量，并使Ⅱ型试模管片与Ⅰ型试模管片之间的张开变形量符合设计要求；
步骤五、使用水压伺服加载装置通过Ⅰ型侧板上设置的注水孔按照预设水压梯度对密封试压箱进行注水，并使每个水压梯度保持一段时间；
步骤六、观察一字形接缝和T字形接缝处的渗漏情况，若一字形接缝或/和T字形接缝出现渗漏，记录其具体的渗漏水压值和渗漏部位；若无渗漏继续按照预设水压梯度进行加压，直至一字形接缝或/和T字形接缝出现渗漏。
2.根据权利要求1所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，其特征在于，在两件Ⅰ型试模管片(8)相接触的端面上均设有第一梯形凹槽，在第一梯形凹槽内卡装有第一密封结构，以形成一字形密封结构；
在Ⅰ型试模管片(8)和Ⅱ型试模管片(12)相互接触的端面上均设有第二梯形凹槽，在第二梯形凹槽内卡装有第二密封结构，以形成T字形密封结构；
在Ⅰ型试模管片(8)与Ⅰ型侧板(6)相互接触的端面上均设有第三梯形凹槽，在第三梯形凹槽内卡装有第三密封结构。
3.根据权利要求2所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，其特征在于，所述第一密封结构设置为框形密封垫；
所述第二密封结构设置为条形密封垫；
所述第三密封结构设置为框形密封圈。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，其特征在于，所述反力框架组件(1)包括立柱(1.1)、底板(1.2)、纵梁(1.3)和横梁(1.4)；所述立柱(1.1)设有四件，四件立柱(1.1)的一端均与底板(1.2)固连且分别采用沿底板(1.2)的纵向中心轴线和横向中心轴线相互对称设置；所述纵梁(1.3)设有两件，单件纵梁(1.3)的两端分别与设置于同一侧的两件立柱(1.1)固连；所述横梁(1.4)设有两件，单件横梁(1.4)的两端分别与两件纵梁(1.3)固连。
5.根据权利要求4所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，其特征在于，在两件横梁(1.4)上均设有用于与滑动支架组件滑动连接的滑槽，所述滑槽采用沿横梁(1.4)的长度方向延伸设置，且在滑槽内均设有与滑轮相互配合的滑动导轨。
6.根据权利要求5所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，其特征在于，所述滑动支架组件包括Ⅰ型滑动支架(3)和Ⅱ型滑动支架(4)；所述Ⅰ型滑动支架(3)设置为U形结构，Ⅰ型滑动支架(3)的底端与水密试压箱组件固连，而Ⅰ型滑动支架(3)的两竖直端上均连接有滑轮11，通过滑轮11与滑槽的配合实现Ⅰ型滑动支架(3)与反力框架组件(1)的相互连接；所述Ⅱ型滑动支架(4)包括U形连接件和竖直连接件，所述U形连接件的底端与竖直连接件的一端固连，U形连接件的两竖直端上均连接有滑轮11，以通过滑轮11与滑槽的配合实现Ⅱ型滑动支架(4)与反力框架组件(1)的相互连接，竖直连接件的另一端与水密试压箱组件固连，以实现水密试压箱组件与反力框架组件(1)之间的相互连接。
7.根据权利要求6所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，其特征在于，所述U形连接件和竖直连接件采用一体成型设置。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，其特征在于，在两件Ⅰ型侧板(6)上还均设有注水孔(7)和排水孔，所述注水孔(7)和排水孔均设置在通窗的下方。
9.根据权利要求8所述的盾构隧道管片三维接缝防水性能试验装置，其特征在于，在Ⅰ型滑动支架(3)和Ⅱ型滑动支架(4)内还均设置可伸缩卡扣。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115876681B (zh) * 2023-03-01 2023-05-23 中南大学 一种用于密封垫的安全度评估方法及测试装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006231289A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Toyobo Co Ltd 中空糸膜モジュ−ルのリーク検出方法およびリ−ク検出装置
CN102778337A (zh) * 2012-07-18 2012-11-14 同济大学 一种三向加载的盾构隧道管片接缝防水能力试验系统
CN105181252A (zh) * 2015-09-23 2015-12-23 同济大学 一种盾构隧道管片环缝抗渗性能试验用试件及其制造方法
CN107101788A (zh) * 2017-04-26 2017-08-29 同济大学 盾构隧道衬砌管片t字缝两道密封垫防水试验装置及方法
CN110174225A (zh) * 2019-06-14 2019-08-27 国网上海市电力公司 一种可调节张开角度的盾构隧道管片接头气密性模拟装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7845211B2 (en) * 2004-03-02 2010-12-07 Car-Ber Investments Inc. Apparatus and method for forming and testing lengths of pipe

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006231289A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Toyobo Co Ltd 中空糸膜モジュ−ルのリーク検出方法およびリ−ク検出装置
CN102778337A (zh) * 2012-07-18 2012-11-14 同济大学 一种三向加载的盾构隧道管片接缝防水能力试验系统
CN105181252A (zh) * 2015-09-23 2015-12-23 同济大学 一种盾构隧道管片环缝抗渗性能试验用试件及其制造方法
CN107101788A (zh) * 2017-04-26 2017-08-29 同济大学 盾构隧道衬砌管片t字缝两道密封垫防水试验装置及方法
CN110174225A (zh) * 2019-06-14 2019-08-27 国网上海市电力公司 一种可调节张开角度的盾构隧道管片接头气密性模拟装置

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