考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置和方法与流程

1.本发明涉及海底盾构隧道工程技术领域，具体地，涉及一种考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置和方法。


背景技术：

2.盾构隧道管片主要由工厂预制完成后运输至现场进行拼装，管片间存在大量的纵缝和环缝，同时各组缝之间会形成“一字缝”和“t字缝”等形式。目前，随着盾构技术不断发展，海底盾构隧道越来越多，如何更好地测试和研究海域腐蚀环境潮汐作用下的管片密封垫防水性能越来越受到关注。
3.现有的盾构隧道密封垫防水性能测试主要针对“一字缝”和“t字缝”等密封垫在设置好一定量的张开量和错台量的情况下，测试对水压的密封性，但由于海底盾构隧道的管片是处在腐蚀环境和长期潮汐作用下，管片接缝防水材料性能除存在受常规的变形影响因素外，还受海域环境腐蚀及长期潮汐作用等不利影响，现有测试装置及方法存在无法模拟海域腐蚀环境长期潮汐作用工况的不足之处。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置和方法。
5.根据本发明的一个方面，提供一种考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置，该装置包括：
6.c型工作台；
7.密封垫夹板机构，设于所述c型工作台的c型开口内；所述密封垫夹板机构包括顶部盖板和两块对称的t型侧板，所述顶部盖板盖合于所述t型侧板的上方；所述顶部盖板与两块所述t型侧板组成的侧面形成t字缝；所述顶部盖板和所述t型侧板的相互接触的壁面上设有供装入密封垫的沟槽；
8.侧向位移循环加载机构，固定于所述c型工作台上，用于为所述t型侧板循环增减接缝张开量，以模拟潮汐对接缝的往复压缩作用；
9.水压加载机构，用于为所述密封垫夹板机构提供加载水压；
10.控制机构，分别与所述侧向位移循环加载机构和所述水压加载机构连接。
11.进一步地，所述侧向位移循环加载机构包括：
12.调节张开量油缸，所述调节张开量油缸的作用力施加在所述t型侧板的侧面，使得两块所述t型侧板压紧以满足设定的张开量。
13.进一步地，所述侧向位移循环加载机构还包括：
14.正向支撑，设于远离c型开口侧壁的所述t型侧板的外侧；
15.侧向支撑，设于所述t型侧板的外侧且与所述正向支撑垂直。
16.进一步地，所述c型工作台的c型开口顶部设有顶部加载机构，所述顶部加载机构
为所述顶部盖板施加预定荷载。
17.进一步地，所述顶部加载机构包括：
18.4个顶部油缸，均匀分布于所述c型开口顶部；
19.垫板，设于所述顶部油缸下方且与所述4个所述顶部油缸分别连接。
20.进一步地，所述顶部盖板上开设进水孔，所述水压加载机构包括：
21.水压管线，一端与所述进水孔连通；
22.水压油缸，与所述水压管线的另一端连接，所述水压油缸与所述控制机构连接。
23.根据本发明的另一方面，提供一种考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验方法，该方法利用上述的装置实现，包括：
24.获取待测密封垫在潮汐作用前后的伸缩变形规律；
25.按海域腐蚀环境条件，对待测密封垫进行加速老化；
26.将加速老化后的密封垫粘贴于两块t型侧板和顶部盖板的沟槽内；
27.通过水压加载机构逐级加载至预定水压；
28.根据设定要求，调节初始张开量和错台量，并基于待测密封垫的伸缩变形规律，通过侧向位移循环加载机构往复控制接缝张开量，观察密封垫漏水情况，至密封垫防水失效，试验结束，获得密封垫防水性能参数。
29.进一步地，根据设定要求，调节初始张开量和错台量，包括：
30.首先启动调节错台量油缸调整两块t型侧板的错台量，并锁定正向支撑；
31.然后启动调节张开量油缸调整两块t型侧板的张开量，并采用游标卡尺复核四周的张开量和错台量，直至符合设定要求。
32.进一步地，基于待测密封垫的伸缩变形规律，通过侧向位移循环加载机构往复控制接缝张开量，包括：
33.通过控制机构调整调节张开量油缸，为t型侧板自动循环施加或卸除接缝张开量。
34.与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：
35.1、本发明提供的盾构隧道密封垫防水试验装置和方法，利用侧向位移循环加载机构、控制机构等之间的相互配合作用，可以模拟海域潮汐对密封垫材料的疲劳作用，获取潮汐作用对盾构隧道接缝密封垫防水性能影响，而且，各加载机构可以实现自动化控制，方便试验操作。
36.2、本发明提供的盾构隧道密封垫防水试验装置和方法，通过统筹考虑海域腐蚀作用对接缝材料耐久性的影响及海域潮汐作用对管片接缝变形的影响，可以实现对管片接缝密封垫防水性能的预测，能够更加真实地模拟海域潮汐环境对管片接缝密封垫防水性能影响的工况。
附图说明
37.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
38.图1为本发明一实施例中盾构隧道密封垫防水试验装置的斜视示意图；
39.图2为本发明一实施例中盾构隧道密封垫防水试验装置的侧视示意图；
40.图3为本发明一实施例中盾构隧道密封垫防水试验装置的俯视示意图；
41.图中：1为c型工作台，2为t型侧板，3为顶部盖板，4为顶部油缸，5为垫板，6为侧向支撑，7为侧向推动杆，8为水压油缸，9为控制机构，10为角板，11为正向支撑，12为调节错台量油缸，13为调节张开量油缸。
具体实施方式
42.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
43.本发明实施例提供一种考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置，参照图1-3，该装置包括c型工作台1、密封垫夹板机构、侧向位移循环加载机构、水压加载机构和控制机构9，其中：密封垫夹板机构设于c型工作台1的c型开口内；密封垫夹板机构包括顶部盖板3和两块对称的t型侧板2，顶部盖板3盖合于t型侧板2的上方；顶部盖板3与两块t型侧板2组成的侧面形成t字缝；顶部盖板3和t型侧板2的相互接触的壁面上设有供装入密封垫的沟槽；侧向位移循环加载机构固定于c型工作台1上，用于为t型侧板2循环增减(施加或卸除)接缝张开量，以模拟潮汐对接缝的往复压缩作用；水压加载机构用于为密封垫夹板机构提供加载水压；控制机构9分别与侧向位移循环加载机构和水压加载机构连接。
44.上述实施例，利用侧向位移循环加载机构、控制机构等之间的相互配合作用，可以模拟海域潮汐对密封垫材料的疲劳作用，能够模拟盾构隧道在海域潮汐作用下，管片接缝密封垫的防水性能，以达到模拟接缝密封垫在潮汐作用下防水性能的工况。
45.在一些实施方式中，侧向位移循环加载机构包括调节错台量油缸12和调节张开量油缸13，调节错台量油缸12设于t型侧板2的长度方向的一端，调节错台量油缸12的作用力施加在一侧的t型侧板2上，使得两块t型侧板2产生预设错台量的错台位移；调节张开量油缸13设于靠近c型开口侧壁的t型侧板2的宽度方向的一端，调节张开量油缸13与调节错台量油缸12垂直设置，调节张开量油缸13的作用力施加在t型侧板2的侧面，使得两块t型侧板2压紧以满足设定的张开量。在试验过程中，通过调节错台量油缸12产生恒定的错台量，控制机构9控制调节张开量油缸13循环加载、卸载，从而实现潮汐作用的模拟。
46.进一步地，侧向位移循环加载机构还包括正向支撑11和侧向支撑6，其中：正向支撑11设于远离c型开口侧壁的t型侧板2的外侧；侧向支撑6设于t型侧板2的外侧且与正向支撑11垂直，如图2所示位于调节错台量油缸12与t型侧板2之间，正向支撑11和侧向支撑6为t型侧板2提供的支撑力相互垂直。
47.在一些实施方式中，c型工作台1的c型开口顶部设有顶部加载机构，密封垫夹板机构位于顶部加载机构的下方，顶部加载机构为顶部盖板3施加预定荷载，顶部加载机构与控制机构9连接，顶部加载机构为密封垫施加一个初始荷载(试验过程中不改变)。c型工作台1由钢板焊接而成，c型工作台1的c型开口中下部提供密封垫测试操作平台，中上部为顶部油缸4加载提供反力。顶部加载机构包括顶部油缸4和垫板5，顶部油缸4的数量为4个，4个顶部油缸4均匀分布于c型开口顶部；通过焊接方式将顶部油缸4固定于c型开口的顶部，垫板5设于顶部油缸4下方且与4个顶部油缸4分别连接，垫板5用于对顶部盖板3施加楔形变形量。顶部盖板3和t型侧板2这三块板均为钢材，在内部刻有相应深度和宽度的沟槽以方便粘贴密
封垫，同时在顶部盖板3预留有进水孔和出气孔。为了进一步增强试验装置的适应性，顶部盖板3和t型侧板2内部可以设置一条或者两条沟槽以及不同的沟槽间距，以模拟实际管片设置单道和多道密封垫的情况，不同的沟槽间距可以模拟实际管片设置多道密封垫的设置间距。
48.在一些实施方式中，顶部盖板3上开设进水孔，水压加载机构包括水压管线(图中未示出)和水压油缸8，水压管线的一端与进水孔连通；水压油缸8与水压管线的另一端连接，用于提供加载水压，水压油缸8与控制机构9连接，能够自动加载水压，以便于进行测试操作。
49.在一些实施方式中，该装置还包括滑轨(图中未示出)和侧向推动杆7，滑轨设于c型开口的底部，密封垫夹板机构位于滑轨上，密封垫夹板机构通过滑轨实现移动，方便操作；侧向推动杆7的一端与密封垫夹板机构连接，用于推动密封垫夹板机构沿滑轨移动至顶部加载机构下方。在将顶部盖板3与两块t型侧板2组装后形成密封垫夹板机构后，可以通过侧向推动杆7将密封垫夹板机构沿滑轨推入c型工作台1。
50.在一些实施方式中，在c型工作台1的下部设有多个用于加固的角板10，以保持c型工作台1的稳定。
51.上述实施例中，可以通过控制机构9设置各项试验参数，从而实现自动化操作，避免人工操作带来的误差，获得更为可靠的试验数据。
52.本发明另一实施例提供一种考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验方法，利用上述的装置实现，该方法包括：
53.s1、获取待测密封垫在潮汐作用前后的伸缩变形规律；具体地，通过计算得出潮汐作用对典型区段盾构隧道接缝密封垫变形的影响规律及量值；
54.s2、按海域腐蚀环境条件，并结合设计使用年限，对待测密封垫进行加速老化；考虑加速老化后，可以模拟达到100年使用年限(或者其他年限)时密封垫的防水能力，从而实现密封垫防水性能的预测；
55.s3、将加速老化后的密封垫粘贴于两块t型侧板和顶部盖板的沟槽内；
56.s4、通过水压加载机构逐级加载至预定水压；
57.s5、根据设定要求，调节初始张开量和错台量，并基于待测密封垫的伸缩变形规律，通过侧向位移循环加载机构往复控制接缝张开量，观察密封垫漏水情况，至密封垫防水失效，试验结束，获得密封垫防水性能参数。
58.在一些实施方式中，根据设定要求，调节初始张开量和错台量，包括：首先启动调节错台量油缸调整两块t型侧板的错台量，并锁定正向支撑；然后启动调节张开量油缸调整两块t型侧板的张开量，并采用游标卡尺复核四周的张开量和错台量，直至符合设定要求。
59.在一些实施方式中，基于待测密封垫的伸缩变形规律，通过侧向位移循环加载机构往复控制接缝张开量，包括：通过控制机构调整调节张开量油缸，为t型侧板自动循环施加或卸除接缝张开量。
60.在一具体实施方式中，继续参照图1-3，考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验方法，包括以下步骤：
61.s1、按海域腐蚀环境条件，模拟对接缝密封垫进行腐蚀老化；
62.s2、采用水土耦合数值方法，对潮汐作用下接缝密封垫变形规律进行模拟，确定接
缝密封垫伸缩变形规律；
63.s3、按海域腐蚀环境条件进行腐蚀老化后的橡胶密封垫，粘贴于两块t型侧板2和顶部盖板3的沟槽内，完成对试验密封垫的粘贴工作；
64.s4、启动调节错台油缸调整两块t型侧板2的错台量，然后通过螺栓锁定正向支撑11，然后启动调节张开油缸调整两块t型侧板2的张开量，并采用游标卡尺复核四周的张开量和错台量，符合要求后，即完成了张开量和错台量的调节工作；
65.s5、启动顶部油缸4施加预定荷载；
66.s6、连接好水压管线后，启动水压油缸8将水压加载启动水压逐级加载至预定水压；
67.s7、根据步骤s2得到的伸缩量，自动往复控制张开量，观察密封垫漏水情况，至密封垫防水失效，试验结束，获得最终密封垫防水性能参数。
68.上述实施例中，接缝密封垫材料按使用环境老化，试验得到潮汐往复加卸载至渗漏水发生时的次数，即可实现对密封垫防水使用年限的预测，大于预设年限如100年时，即满足设计使用年限。
69.本发明上述实施例提供的盾构隧道密封垫防水试验方法，通过统筹考虑海域腐蚀作用对接缝材料耐久性的影响及海域潮汐作用对管片接缝变形的影响，可以实现对管片接缝密封垫防水性能的预测，能够更加真实地模拟海域潮汐环境对管片接缝密封垫防水性能影响的工况。
70.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。

技术特征：
1.一种考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置，其特征在于，包括：c型工作台；密封垫夹板机构，设于所述c型工作台的c型开口内；所述密封垫夹板机构包括顶部盖板和两块对称的t型侧板，所述顶部盖板盖合于所述t型侧板的上方；所述顶部盖板与两块所述t型侧板组成的侧面形成t字缝；所述顶部盖板和所述t型侧板的相互接触的壁面上设有供装入密封垫的沟槽；侧向位移循环加载机构，固定于所述c型工作台上，用于为所述t型侧板循环增减接缝张开量，以模拟潮汐对接缝的往复压缩作用；水压加载机构，用于为所述密封垫夹板机构提供加载水压；控制机构，分别与所述侧向位移循环加载机构和所述水压加载机构连接。2.根据权利要求1所述的考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置，其特征在于，所述侧向位移循环加载机构包括调节张开量油缸，所述调节张开量油缸的作用力施加在所述t型侧板的侧面，使得两块所述t型侧板压紧以满足设定的张开量。3.根据权利要求2所述的考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置，其特征在于，所述侧向位移循环加载机构还包括：正向支撑，设于远离c型开口侧壁的所述t型侧板的外侧；侧向支撑，设于所述t型侧板的外侧且与所述正向支撑垂直。4.根据权利要求1所述的考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置，其特征在于，所述c型工作台的c型开口顶部设有顶部加载机构，所述顶部加载机构为所述顶部盖板施加预定荷载。5.根据权利要求4所述的考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置，其特征在于，所述顶部加载机构包括：4个顶部油缸，均匀分布于所述c型开口顶部；垫板，设于所述顶部油缸下方且与所述4个所述顶部油缸分别连接。6.根据权利要求1所述的考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置，其特征在于，所述顶部盖板上开设进水孔，所述水压加载机构包括：水压管线，一端与所述进水孔连通；水压油缸，与所述水压管线的另一端连接，所述水压油缸与所述控制机构连接。7.一种考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验方法，其特征在于，包括：获取待测密封垫在潮汐作用前后的伸缩变形规律；按海域腐蚀环境条件，对待测密封垫进行加速老化；将加速老化后的密封垫粘贴于两块t型侧板和顶部盖板的沟槽内；通过水压加载机构逐级加载至预定水压；根据设定要求，调节初始张开量和错台量，并基于待测密封垫的伸缩变形规律，通过侧向位移循环加载机构往复控制接缝张开量，观察密封垫漏水情况，至密封垫防水失效，试验结束，获得密封垫防水性能参数。8.根据权利要求7所述的考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验方法，其特征在于，根据设定要求，调节初始张开量和错台量，包括：首先启动调节错台量油缸调整两块t型侧板的错台量，并锁定正向支撑；
然后启动调节张开量油缸调整两块t型侧板的张开量，并采用游标卡尺复核四周的张开量和错台量，直至符合设定要求。9.根据权利要求7所述的考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验方法，其特征在于，基于待测密封垫的伸缩变形规律，通过侧向位移循环加载机构往复控制接缝张开量，包括：通过控制机构调整调节张开量油缸，为t型侧板自动循环施加或卸除接缝张开量。

技术总结
本发明提供一种考虑海域潮汐作用的盾构隧道密封垫防水试验装置和方法，该装置包括：C型工作台；密封垫夹板机构，包括顶部盖板和两块对称的T型侧板，顶部盖板盖合于T型侧板的上方；顶部盖板和T型侧板的相互接触的壁面上设有供装入密封垫的沟槽；侧向位移循环加载机构，固定于C型工作台上，用于为T型侧板循环增减接缝张开量，以模拟潮汐对接缝的往复压缩作用；水压加载机构，用于为密封垫夹板机构提供加载水压；控制机构，分别与侧向位移循环加载机构和水压加载机构连接。本发明能够模拟接缝密封垫在海域腐蚀及潮汐共同作用下的防水性能。能。能。


技术研发人员：魏龙海 刘继国 舒恒 崔庆龙 彭文波 杨林松 李金
受保护的技术使用者：中交第二公路勘察设计研究院有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/22