一种隧道管片弹性密封垫的防水试验方法及装置与流程

本发明属于盾构隧道中管片防水技术领域，具体涉及一种隧道管片弹性密封垫的防水试验方法及装置。

背景技术：

盾构隧道是由钢筋混凝土管片拼装构成的，存在大量接缝，渗漏水往往在此处发生。管片接缝处的弹性密封垫是盾构隧道防水的关键，需确保在隧道设计使用年限内能有效防止隧道外的地下水从接缝间渗入。

为验证接缝弹性密封垫的防水能力，一般在其生产之前需进行防水试验。现有的弹性防水试验一般会进行“一”字缝、“t”字缝、“十”字缝等防水试验。以“t”字缝的防水试验为例，该试验将弹性密封垫固定在由1块平板型及2块“l”型钢制试验台组成的接缝模型上，并在指定位置设置与管片弹性密封垫沟槽尺寸一致的孔洞(如附图1所示)。试验时，通过调节两试验台之间的张开量a和错开量b模拟弹性密封垫不同的工作状态，以验证在不同水压条件下弹性密封垫的防水能力(如附图2、附图3所示)。

但该实验仍然存在一定缺陷：(1)实际工程中结构外的水突破弹性密封垫有两种途径，一种是水从两弹性密封垫中间渗入，另一种是水沿弹性密封垫与沟槽混凝土之间的接触面渗入。现有的试验方法和装置无法辨别密封垫防水失效的途径，无法确定防水的薄弱部位，不利于密封垫设计的优化。(2)现有试验装置中的钢制试验台与管片的混凝土材料本身具有较大刚度差异，在结构受力较大的情况下沟槽壁的变形对于弹性密封垫防水能力的影响不能在试验中体现，导致试验结果偏于不安全。(3)钢制试验台和管片的混凝土各自与弹性密封垫的粘结强度、以及受压后的应力分布均不同，因此试验结果不能真实准确反映实际防水性能，与实际工程尚存在一定差距。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种隧道管片弹性密封垫的防水试验方法及装置，其通过对试验工艺的优化改进，同时结合对试验装置的结构优化，从而可以精确模拟实际工程中管片接缝弹性密封垫的变形、受力等力学特征，进而能够真实准确测试及反映弹性密封垫的防水性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种隧道管片弹性密封垫的防水试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1按照实际管片结构的密封垫沟槽尺寸以及混凝土等级，预制带密封垫沟槽的混凝土试验台底座或与混凝土类似材料的试验台底座，其中密封垫沟槽距离试验台底座边缘距离以及沟槽宽度均与实际的管片接缝一致；

s2采用与试验台底座相同材料制作与试验台底座结构相同但不带注水孔的第一压板，同时制作与该第一压板大小一致、无密封垫沟槽的平面压板作为第二压板；

s3用带沟槽的所述第一压板与底座组合进行两密封垫接触面试验，即在第一压板和底座的沟槽中分别放置密封垫，并采用粘接剂将两密封垫的粘接缝粘接牢固，调整第一压板与底座的间隙以模拟接缝张开量，以及调整第一压板与底座的错位距离以模拟管片拼装产生的错台量；逐级施加水压，并在发生漏水时将上一级水压确定为两密封垫之间接触面的第一耐水压能力，并确定漏水方式是沿两密封垫接触面渗水路径发生漏水；

s4用不带沟槽的所述第二压板与底座组合进行密封垫与沟槽壁接触面试验，即在底座的沟槽中放入密封垫，调整第二压板与底座的间隙以模拟接缝张开量，以及调整第二压板与底座的相对错位距离以模拟管片拼装产生的错台量，并采用粘接剂将密封垫与第二压板粘接牢固；逐级施加水压并在发生漏水时将上一级水压确定为密封垫与沟槽壁之间接触面的第二耐水压能力，并确定漏水方式是沿沟槽壁渗水路径之间发生漏水；

s5比较所述第一耐水压能力和第二耐水压能力，并将较小的值确定为弹性密封垫的最大耐水压能力，其对应的漏水类型即确定为密封垫失效的方式。

作为本发明的进一步改进，步骤s3和s4中的逐级施加水压过程中，每加一级水压先稳定一段时间，确定没有漏水后，再施加下一级水压。

作为本发明的进一步改进，所述第二压板结构除不带密封垫沟槽外，其结构与第一压板相同。

作为本发明的进一步改进，密封垫与压板或底座的粘接强度可以保证加压过程中水不从粘接缝处流出。

按照本发明的另一方面，提供一种隧道管片弹性密封垫的防水试验装置，其特征在于，包括：

带密封垫沟槽的试验台底座，其根据实际管片结构的密封垫沟槽尺寸以及混凝土等级由混凝土或与混凝土类似的材料预制而成，其中所述密封垫沟槽距离试验台底座边缘距离以及沟槽宽度均与实际的管片接缝一致，所述密封垫沟槽中用于容置密封垫；

与试验台底座材质相同的第一压板，其与试验台底座接触的端面与所述试验台底座结构匹配相同但不带注水孔，该第一压板对应的密封垫沟槽中用于容置密封垫，以用于与试验台底座中的密封垫对应粘接以进行两密封垫接触面试验；以及

第二压板，其为与第一压板大小一致、但无密封垫沟槽的平面压板，其与试验台底座接触的端面与所述试验台底座结构匹配，该第二压板用于与试验台底座中的密封垫粘接压紧，以与底座组合进行密封垫与沟槽壁接触面试验。

作为本发明的进一步改进，所述第二压板结构除不带密封垫沟槽外，其结构与第一压板相同。

作为本发明的进一步改进，所述第一压板或第二压板与底座的间隙用以模拟接缝张开量，所述第一压板或第二压板与底座的错位距离用以模拟管片拼装产生的错台量。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明方案中，按照实际管片结构的密封垫沟槽尺寸以及混凝土等级，预制带密封垫沟槽的混凝土试验台底座或与混凝土类似的材料的试验台底座，其中密封垫沟槽距离试验台底座边缘距离以及沟槽宽度均与实际的管片接缝一致，其实际条件与工程实际更接近，更有利于试验结果的真实准确；

(2)本发明方案中，测试试验分为密封垫接触面测试以及密封垫与底座沟槽接触两类，并分别通过不同类型的压板分开进行试验，可以更准确获得接缝的防水薄弱部位，得出密封垫漏水类型以及相应的耐压力；

(3)本发明方案中，通过优化的测试试验工艺以及试验装置的结构优化，采用与工程实际更为接近的方式，可以精确模拟实际工程中管片接缝弹性密封垫的变形、受力等力学特征，进而能够真实准确测试及反映弹性密封垫的防水性能。

附图说明

图1为现有技术中的一种密封垫试验装置的试验台的结构示意图；

图2为现有技术中的一种密封垫试验装置的试验台的结构示意图；

图3为现有技术中的一种密封垫试验装置进行密封垫测试试验的示意图；

图4为本发明一个实施例的密封垫试验装置的试验台的结构示意图；

图5为利用图4所示的密封垫试验装置进行两密封垫接触面试验的示意图；

图6为用图4所示的密封垫试验装置进行密封垫与底座沟槽接触面试验的示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1’-钢制底座；

4’-密封垫沟槽；

9’-弹性密封垫；

1-试验台底座；

2-沟槽距管片内边缘距离；

3-密封垫沟槽宽度；

4-密封垫沟槽；

5-加压注水孔；

6-第一压板；

7-管片张开量；

8-管片错台量；

9-弹性密封垫；

10-密封垫粘接缝；

11-沿两密封垫接触面渗水路径

12-第二压板；

13-沿密封垫与沟槽壁渗水路径

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图4为本发明一个实施例的密封垫试验装置的试验台的结构示意图，图5为利用图4所示的密封垫试验装置进行两密封垫接触面试验的示意图，图6为用图4所示的密封垫试验装置进行密封垫与底座沟槽接触面试验的示意图。

如图4-6所示，本发明实施例的隧道管片弹性密封垫的防水试验装置，包括：试验台底座1，底座1形状对称但不带注水孔的压板6以及与压板6大小一致无沟槽的平面压板12。

如图5和6所示，试验台底座1根据实际管片结构的密封垫沟槽4尺寸以及混凝土等级由混凝土或与混凝土类似的材料预制而成，其与压板6、12配合进行测试试验的台面带有密封垫沟槽4，其用于容置密封垫9。

为保证试验真实准确性，密封垫沟槽4距离试验台底座边缘距离a以及沟槽宽度b均与实际的管片接缝一致。

压板6(本方案中称为第一压板)与试验台底座材质相同，例如均为混凝土材料或者均为与混凝土类似的其他材料。压板6与试验台底座接触的端面与试验台底座1的表面结构匹配或相同，但不带注水孔。第一压板6对应的密封垫沟槽4中用于容置密封垫9，其粘接在压板的沟槽中，并用于与试验台底座1中的密封垫9对应粘接以进行两密封垫接触面试验。

压板12(第二压板)为与第一压板6大小一致、但无密封垫沟槽的平面压板，其与试验台底座1接触的端面与试验台底座1端面结构匹配，压板12用于与试验台底座中的密封垫粘接压紧，以与底座组合进行密封垫与沟槽壁接触面试验。优选地，压板12结构除不带密封垫沟槽外，与第一压板6相同，及压板12对应压板6的沟槽处为平面，用于与试验台底座1中的密封垫9粘接压紧，以与底座1组合进行密封垫与沟槽壁接触面试验。

本方案的隧道管片弹性密封垫的防水试验方法，用于对盾构隧道的管片间密封垫的防水进行测试试验，其具体包括如下步骤：

1)按照实际管片结构的密封垫沟槽尺寸以及混凝土等级，预制混凝土试验台底座1，密封垫沟槽4距离试验台底座1边缘距离a以及沟槽宽度b均与实际的管片接缝一致。

2)采用与试验台底座1相同材料制作与底座1形状对称，但不带注水孔的压板6，同时制作一块大小一致、无沟槽的平面压板12。

3)先用带沟槽的压板6与底座1组合进行试验一，在压板6和底座1的沟槽中放入上下两块密封垫9，并采用粘接剂将粘接缝10粘接牢固，确保试验中密封垫9与压板6、密封垫9与底座1的粘接缝10不会被水压冲开。

4)调整压板6和底座1的间隙d，模拟接缝张开量7；调整压板6和底座1的相对位置t，模拟管片拼装产生的错台量8。

逐级施加水压pi，每加一级水压稳定一段时间，确定没有漏水后，再施加下一级水压。发生漏水后，将上一级水压pi-1记为两密封垫之间接触面的耐水压能力pa，此时认为是沿两密封垫接触面渗水路径11发生漏水。

5)然后采用不带沟槽的压板12与底座1组合进行试验二，在底座1的沟槽中放入密封垫9。调整压板12和底座1的间隙d，模拟接缝张开量7；调整压板12和底座1的相对位置t，模拟管片拼装产生的错台量8。并采用粘接剂将密封垫9与压板12粘接牢固，确保试验中密封垫9与压板12的粘接缝10不会被水压冲开。

6)逐级施加水压pi，每加一级水压稳定一段时间，确定没有漏水后，再施加下一级水压。发生漏水后，将上一级水压pi-1记为密封垫与沟槽壁之间接触面的耐水压能力pb，此时认为是沿沟槽壁渗水路径13之间发生漏水。

7)比较pa和pb，取较小的值为弹性密封垫9的最大耐水压能力，对应的漏水类型即为密封垫失效的方式。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。