一种测试盾构管片防水密封垫密封性能的方法与流程

本发明涉及交通领域防水检测技术，尤其是涉及一种测试盾构管片防水密封垫密封性能的方法。

背景技术：

随着城市交通地面压力的不断增大，近年来城市轨道交通工程不断开展，与此同时，越来越多的轨道交通为避免对地上环境的影响采用盾构法进行施工，以此，关乎盾构隧道长期使用能力的防水性能日渐受到关注。

目前，盾构隧道受管片的变形、张开、错台、裂缝等因素影响，常常存在渗漏水问题，严重影响隧道正常的使用性能与运营安全，而工程中为解决接缝防水问题，主要通过设置防水密封垫完成，其防水性能主要受防水密封垫间的接触压力控制，目前尚没有直观测试该接触压力的有效方法，同时，通过接触压力可反演隧道接缝张开，结构位移等重要状态参数，而目前仍没有一套对接缝安全的完整评价指标与方法。

技术实现要素：

本发明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测试盾构管片防水密封垫密封性能的方法，实现对该性能指标的定量化测量，同时，运用测量系统反演隧道结构安全状态，实现隧道防水过程中的阶段性、分区性判定，保证隧道运营安全。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种测试盾构管片防水密封垫密封性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤s1：利用千斤顶对压电薄膜传感器进行应力与电压关系标定；

步骤s2：将标定好的压电薄膜传感器粘贴于指定测点的防水密封垫上；

步骤s3：保持标定好的压电薄膜传感器(1)的接触端口位置并拼装盾构机管片；

步骤s4：将接触端口与外部各项设备连接并采集记录电信号；

步骤s5：将采集的电信号根据应力与电压关系反演对应接触压力并与防水失效指标规定的接触压力进行比对。

优选地，所述的压电薄膜传感器由保护薄膜、压电传感器、内部连接线、接出端口组成，用于当其受到压应力作用时，上下电极表面之间产生电信号。

优选地，所述的外部各项设备包括连接线、信号放大器和数据分析设备，所述连接线的两端连接于所述压电薄膜传感器的接出端口与所述信号放大器的接入端口之间，以及所述信号放大器的接出端口与所述数据分析设备的接入端口之间。

优选地，所述的信号放大器的输出信号的电压幅值为-5v～+5v。

优选地，所述的压电薄膜传感器的个数至少为1个。

优选地，所述的信号放大器的个数至少为1个。

优选地，所述的数据分析设备为安装有信号识别分析软件的数据分析设备，用于标定信号、控制采样采样频率、录入采集信息。

优选地，所述的信号放大器的接出端口与所述数据分析设备的接入端口之间还设置有路由适配设备。

优选地，所述盾构机管片的环缝布置区域和纵缝布置区域上均设置有所述防水密封垫。

优选地，所述的防水失效指标规定的接触压力为0.6mpa。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)设备可靠度高。采用压电薄膜传感器对管片防水密封垫的接触压力进行测量，设备耐久性良好，受干扰程度小，监测的精度高，误差小，数据具有可信度。

(2)适用各类盾构隧道结构。该方法可适用错缝或通缝两种拼装方式，能用于不同接缝、管片形状的盾构隧道结构，并可同时完成对盾构管片若干个接缝处的若干个防水密封垫的监测，同时不受接缝形状限制，适用于各种类型的管片与防水密封垫。

(3)采集系统功能全面。测试方法所用采集系统为多元一体化采集系统，可以实时反馈、远程操控，在外界荷载作用时，动态化得到真实的防水失效顺序既可用于现场测试，也可用于试验测试，方便进行工程监测或防水研究。

(4)适应多样化环境。该测试方法可同时对荷载与位移进行响应，可对常规土荷载、超载、卸载等外界荷载变动的环境或临近基坑开挖、临近盾构下穿等引起的外界变形的环境进行全天候、无停休的识别。

附图说明

图1为本发明应用的具体结构图；

图2为本发明中的盾构机管片具体结构图；

图3为本发明中的管片接缝处的局部结构示意图；

图4为本发明的具体工作流程图；

图5为本发明的具体流程示意图；

图6为本发明的功能图；

附图标号说明：

1为压电薄膜传感器；2为连接线；3为信号放大器；4为数据分析设备；5为盾构机管片；51为环缝布置区域；52为纵缝布置区域；6为防水密封垫。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图5所示为本发明一种测试盾构管片防水密封垫密封性能的方法，包括以下步骤：

步骤s1：利用千斤顶对压电薄膜传感器1进行应力与电压关系标定；

步骤s2：将标定好的压电薄膜传感器1粘贴于指定测点的防水密封垫6上；

步骤s3：保持标定好的压电薄膜传感器1的接触端口位置并拼装盾构机管片5；

步骤s4：将接触端口与外部各项设备连接并采集记录电信号；

步骤s5：将采集的电信号根据应力与电压关系反演对应接触压力并与防水失效指标规定的接触压力进行比对。

如图1和图2所示为本发明所应用时对应的具体结构示意图，对单个管片接缝处的具体布置如图3所示，盾构机管片5的环缝布置区域和纵缝布置区域上均设置有所述防水密封垫6，针对盾构隧道纵缝，布置压电薄膜传感器1于盾构机管片5纵缝防水密封垫6沟槽内任意位置，并用高分子膜对传感器进行保护，针对盾构隧道环缝，布置压电薄膜传感器1于环缝防水密封垫6沟槽内任意位置。当盾构隧道结构受力，纵缝与环缝防水密封条挤压力发生改变，所有的压电薄膜传感器1通过连接线2接入信号放大器3，并向数据分析设备4输出压应力信息，从而完成对盾构管片密封垫间的接触压力的系统识别，其中，压电薄膜传感器1由保护薄膜、压电传感器、内部连接线、接出端口组成，用于当其受到压应力作用时，上下电极表面之间产生电信号，连接线2的两端连接于压电薄膜传感器1的接出端口与信号放大器3的接入端口之间，以及信号放大器3的接出端口与数据分析设备4的接入端口之间，信号放大器3的输出信号的电压幅值为-5v～+5v，压电薄膜传感器1和信号放大器3的个数均至少为1个，数据分析设备4为安装有信号识别分析软件的数据分析设备，用于标定信号、控制采样采样频率、录入采集信息。

如需对多个区域进行同时测试，可根据具体情况将压电薄膜传感器1与若干个信号放大器3连接，同时将放大器的多个接出端口通过连接线接入同一个路由器等其他路由适配设备，最终通过适配设备与数据分析系统连接，实现同一数据分析系统的多区域测试。针对多区域测量，可由测试数据进一步反演全盾构管片防水失效阶段，判定失效区域，完成对防水密封垫性能在整体衬砌环中的防水性能判定，从而丰富防水密封垫的精细化控制指标。

本发明的工作流程如图4所示，实施本发明的测试方法主要有两个阶段。

在调试阶段，一方面需按照最大加载压力对压电薄膜传感器1进行预加载，调整信号放大器3的电路电阻，从而控制接收量程在合理范围内，如±5v；另一方面，采用千斤顶对压电薄膜传感器1进行多级加载并记录电压变化，从而标定该压电薄膜传感器1的应力—电压(p-u)关系，用于后期将实时电压信号转化为实时应力数据的反演过程，方便判断接缝压力是否达到防水失效指标。

在使用阶段，将标定好的压电薄膜传感器1用胶贴在指定测点的防水密封垫6上，并注意保护好压电薄膜传感器1的接出端口，使压电薄膜传感器1随管片完成拼装工作，之后连接各项设备，对接缝压力转化的电信号进行采集，同时通过应力—电压(p-u)关系反演电信号对应的接触压力，与防水失效指标所规定的接触压力进行比对，从而实现本发明判断盾构管片防水密封垫密封性能的功能，盾构隧道防水设计遵循“以防为主、多道设防、综合治理”的原则，根据国内外越江隧道设计经验，考虑到设计年限(100年)内应力松弛、材料老化等影响，密封垫仍能抵抗隧道外最大水压力。因此，密封垫防水压力设计值通常在最大外水压力的基础上，再乘以一定安全系数。《盾构法隧道防水技术规范》(dbj08-50-96)规定：设计水压应为实际承受最大水压的2～3倍。国内外类似工程的设计水压及安全系数取值如下表所示：

针对目前城市区域的浅埋地区的盾构隧道，可按照上海、南京等地的实际参考标准0.6mpa来确定本发明中的防水失效指标所规定的接触压力以进行监测判比。

本发明的功能图如图6所示，本发明以接触压力测试为核心，在得到多级加载下各接缝压力的测试数据后，根据各接缝的压力变化规律，可从时间与空间上对加载过程中接缝的变化情况划分为始终处于安全压力指标以上、部分压力处于安全压力指标以上及完全处于安全压力指标以下，从而对盾构隧道在空间上进行分区划分，在时间上进行阶段评定，更综合全面地描述防水密封垫的工作情况，运用各接缝数据整体评估隧道安全状态，实现对防水密封垫性能的精细化控制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。