盾构隧道管片环缝抗渗性能试验系统技术方案

本发明专利技术涉及盾构隧道管片环缝抗渗性能试验系统，包括用于环缝抗渗性能试验的管片试件，位于框架内，水压加载组件，包括经水管依次连接的供水箱、水压机及带刻度尺的储水槽，观测记录子组件，包括激光位移传感器和数字化近景摄影测量设备。本发明专利技术利用常规的管片接头力学性能试验系统进行加载，完成盾构隧道衬砌管片环缝的防水性能试验，准确模拟盾构隧道环缝在实际情况下的受力与变形状态，以测得盾构隧道环缝不同张开量、错位量以及张开角等工况下的防水能力，为隧道工程接缝防水精细化设计提供定量参考依据，保证试验管片构件与实际隧道管片制作精度的一致性和试验数据的准确性，减少试件的钢模加工成本，缩短了试验时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种试验装置，尤其是涉及一种盾构隧道管片环缝抗渗性能试验系统。
技术介绍
随着我国新一轮城镇化进程的稳步推进，城市轨道交通已成为扩展城市物理空间，方便人民群众出行的重要方式。而作为城市轨交系统核心的区间隧道，大量采用盾构工法。目前盾构隧道衬砌结构多为预制钢筋混凝土管片通过连接螺栓拼接而成，由于管片接缝的构造特性，接缝刚度和承载力远低于管片本身的刚度和承载力，是隧道受力的薄弱环节，尤其是处于淤泥质软土这类侧压力系数小的地层，在周边工程活动的影响下极易发生较大的接缝转角变形、接缝张开变形和接缝错位变形。对于盾构隧道，渗漏水一直是困扰地铁结构安全和正常运营的突出难题。调查发现，绝大多数渗漏水均发生于管片接缝部位，而接缝的防水密封一般采用粘贴在靠近管片外弧面的弹性密封垫来实现。由此可见，隧道接缝的抗渗性能对于盾构隧道的可靠服役至关重要。盾构隧道的接缝可划分为纵向接缝(管片-管片)和环向接缝(衬砌环-衬砌环)。因此，为保证盾构隧道在横向和纵向两个维度上的防水密封，需要分别针对纵向接缝和环向接缝进行抗渗机理研究。纵观国内外盾构隧道接缝防水相关试验装置，如同济大学已公开的专利技术专利一一盾构隧道弹性密封垫“一字型”水密性检验装置(CN201010145789)，中南大学已公开的技术专利一一盾构管片接头抗渗性能试验装置(CN104075854A)，提出了在上下两块钢制盖板上各自开矩形槽，将弹性密封垫封闭成框型后采用胶粘接在沟槽内，用螺栓将密封垫压紧，利用垫片模拟管片的不同张开量，同时在装置侧壁安装限位板，以模拟管片的错台情况。上述专利均是小比例尺的室内模型试验，其本身就存在下述问题:1)前盾构隧道管片以预制钢筋混凝土管片型式为主，采用钢沟槽不能反映弹性密封垫橡胶材料和混凝土沟槽的真实接触性态，因而试验结果与工程实际存在较大出入；2)大量工程案例表明，由于施工阶段管片拼装机的施工偏差，以及运营阶段软土地层的差异沉降等多重因素的叠加，环缝及环缝极易出现15mm的错台量，而限于盖板的尺寸，无法开展接缝大错位工况试验；3)采用螺栓压紧模拟接缝张开量，垫片限位模拟接缝错台量，需手工调整测量，试验精度较低；4)该专利技术专利定位于采用单道弹性密封垫防水的直径6m左右的地铁隧道，相应的盖板尺寸较小，无法科学评价采用双道弹性密封垫防水的直径10m以上的大直径越江隧道的防水能力；5)忽略了盾构隧道环缝和环缝的连接及构造的差异性，笼统地将两种不同接缝的抗渗性态混为一谈；6)不能模拟实际钢筋混凝土管片接缝在不同张开角下的防水能力。7)基于钢模夹具的防水试验，无法模拟钢筋混凝土管片接缝实际的受力机制和接触状态。此外，通过对国内外相关专利和文献的调研，并未发现可针对隧道环缝防水密封能力进行分析评价的试验装置。综上所述，鉴于盾构隧道管片接缝复杂的受力状态和接触性态，小比例尺的室内模型试验难以准确反映其真实可靠的防水密封机理，因此研发盾构隧道管片环缝抗渗性能试验系统，对于推动盾构隧道防水
的深入发展至关重要。
技术实现思路
本专利技术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保证试验数据准确性的盾构隧道管片环缝抗渗性能试验系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:盾构隧道管片环缝抗渗性能试验系统，包括:用于环缝抗渗性能试验的管片试件，位于框架内，水压加载组件，包括经水管依次连接的供水箱、水压机及带刻度尺的储水槽，观测记录子组件，包括激光位移传感器和数字化近景摄影测量设备。所述的管片试件由A型管片及B型管片组合构成，所述的A型管片由通过环向弯螺栓连接的两片管片组成，两片管片的对接面之间形成纵缝，管片在相应接触面上开有纵向沟槽，在纵缝中设有一圈弹性密封垫，所述的B型管片为两片通过纵向斜螺栓连接A型管片的管片，对接面之间形成环缝，管片在相应的接触面上开有环向沟槽，在环缝中设有一圈弹性密封垫；该弹性密封垫的内圈围成一个水压腔。所述的B型管片上设有与水压加载组件联通的注水孔道。所述的注水孔道埋设在B型管片内部，在管片外弧面上通过螺栓孔与水压加载组件是水管相连作为压力水入水口。所述的管片试件在环缝和纵缝接触面上分别设置环向沟槽和纵向沟槽并粘贴弹性密封垫，形成密闭的压力水作用空间。所述的水压机与带刻度尺的储水槽之间的水管上设有阀门，水管在靠近管片试件一侧预留有螺栓孔，通过该螺栓孔与水压表相连。所述的激光位移传感器连接在框架顶梁的下表面，该激光位移传感器的信号输出端与加载作动器的位移信号输入端连接，所述的加载作动器的控制输出端分别与X向加载作动器的控制输入端、Y向加载作动器的控制输入端和Z向加载作动器的控制输入端对应连接。所述的X向加载作动器、Y向加载作动器、Z向加载作动器控制管片试件在三个方向上运动。所述的数字化近景摄影测量设备由两台高像素数码单反相机、三脚架以及四只摄影灯箱组成。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:1)可利用常规的管片接头力学性能试验系统进行加载，完成盾构隧道衬砌管片环缝的防水性能试验，充分挖掘既有试验设备的潜力；2)采用盾构隧道现有钢模进行试验管片构件的制作，不仅能保证试验管片构件与实际隧道管片制作精度的一致性，保证了试验数据的准确性，而且减少了试件的钢模加工成本，缩短了试验时间；3)克服了室内小比例尺模型试验与实际盾构隧道环缝接触状态不吻合、精度低、误差大等缺点，试验结果更加真实可靠。【附图说明】图1为本专利技术的结构示意图；图2为管片加载组件的主视结构示意图；图3为管片加载组件的侧视结构示意图；图4为管片加载组件的俯视结构示意图；图5为管片试件的结构示意图；图6为管片试件A-1环缝接触面示意图(靠管片试件B-1侧);图7为管片试件A-1环缝接触面示意图(靠管片试件B-2侧);图8为管片试件A-1纵缝接触面示意图；图9为管片试件A-1内弧面示意图；图10为管片试件A-2环缝接触面示意图(靠管片试件B-1侧);图11为管片试件A-2环缝接触面示意图(靠管片试件B-2侧);图12为管片试件A-2纵缝接触面示意图；图13为管片试件A-2内弧面示意图；图14为管片试件B-1环缝接触面示意图；图15为管片试件B-1内弧面示意图；...

【技术保护点】
盾构隧道管片环缝抗渗性能试验系统，其特征在于，该试验系统包括：用于环缝抗渗性能试验的管片试件，位于框架内，水压加载组件，包括经水管依次连接的供水箱、水压机及带刻度尺的储水槽，观测记录子组件，包括激光位移传感器和数字化近景摄影测量设备。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚琛杰，丁文其，蔡永昌，吴炜枫，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31