隧道接缝防水性能试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道工程领域，特别是涉及一种模拟采用双道弹性密封垫的盾构隧道管片接缝在通缝拼装工况下的环缝/纵缝的防水性能的试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002]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。近三十多年来，在使用高精度管片的基础上，采用弹性密封的原理、线状密封方式、密封材料预制成型的盾构隧道衬砌接缝防水方法，已被工程实践证明为合理可行。
[0003]随着国民经济的快速发展，越来越多的水底盾构隧道工程陆续修建，具有埋深大、水压高的特点。不同与一般地铁隧道，水底盾构隧道往往为城市道路隧道或铁路隧道，具有直径大、管片厚的特点。实际工程施工过程中一般采用单道弹性密封垫作为接缝防水方案，但该方案不能满足高水压的防水要求，因此，对于承受高水压的超大直径盾构隧道，需要设置双道防线进行防水。此外，输水/污水隧道等具有特殊用途的市政水工隧道，既要防止外水侵入，又要避免内水外渗。因此，对于承受内水压的盾构隧道，也需要设置双道防线进行防水。
[0004]对于盾构隧道，接缝防水采用在管片内外侧设置沟槽，沟槽中埋置弹性密封垫。在管片拼装过程中，通过拼装机及千斤顶初步压紧弹性密封垫，辅之以管片间的螺栓限制张开错位，以及后期的水土围压约束作用，从而达到防水的效果。
[0005]申请号为201010145789.1的中国发明专利说明书中公开了一种盾构隧道弹性密封垫“一字型”水密性检验装置，该检验装置在上下两块盖板的表面各自开矩形槽，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。该装置有着下述明显缺陷:(1)目前盾构隧道管片以预制钢筋混凝土管片型式为主，该检验装置在实际检验过程中采用钢制盖板，上面设有钢沟槽，该装置不能反映弹性密封垫橡胶材料和混凝土沟槽的真实接触形态，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，纵缝及环缝极易出现15mm的错位量，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位量，需手工调整测量，试验精度较低；
(4)该发明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1m以上的大直径越江隧道的防水能力。
[0006]由于现有的盾构隧道接缝防水多针对小直径、浅覆土、低水压的地铁隧道，其一般采用单道弹性密封垫的防水构造型式，双道弹性密封垫作为接缝防水方案尚处于设计实验阶段，国内外尚无可评价其防水性能的试验装置，所以亟需研制一种试验设置来定量分析双道弹性密封垫的防水能力。
【发明内容】
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的第一个技术问题在于提供一种隧道接缝防水性能试验装置，该装置可定量分析双道弹性密封垫的防水能力。
[0008]为实现上述目的，本发明提供一种隧道接缝防水性能试验装置，包括第一试模和第二试模，所述第一试模上由内到外依次设置第一水槽、第一内沟槽和第一外沟槽，所述第二试模上由内至外相应地依次设有第二水槽、第二内沟槽和第二外沟槽，所述第一内沟槽、第一外沟槽、第二内沟槽和第二外沟槽均呈封闭形状，且内部分别嵌有弹性密封垫，第一内沟槽内的弹性密封垫和第二内沟槽内的弹性密封垫相接触，形成内圈密封垫；第一外沟槽内的弹性密封垫和第二外沟槽内的弹性密封垫相接触，形成外圈密封垫；第一水槽和第二水槽位于内圈密封垫以内，形成中心水腔；内圈密封垫和外圈密封垫之间形成框形空隙；所述第一试模上设有用于测量中心水腔压力的水压表和用于探测感应框形空隙中水压存在时的孔隙水压力计，所述第一试模或第二试模上设有与所述中心水腔连通的注水通道；所述第一试模的上方和左右两侧各设有千斤顶，第二试模的下方和左右两侧各设有千斤顶。
[0009]进一步地，孔隙水压力计包括表头和压力计传感元件，所述压力计传感元件设置在所述框形空隙中。
[0010]进一步地，所述第一试模上设有预留测孔，所述压力计传感元件通过预留测孔与表头相连接。
[0011]进一步地，所述预留测孔为四个且中心轴对称设置，所述孔隙水压力计有四个，分别位于所述预留测孔内。
[0012]优选地，所述弹性密封垫的材质为遇水膨胀橡胶。
[0013]优选地，所述第一试模和第二试模均由钢筋混凝土制成。
[0014]本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种使用上述隧道接缝防水性能试验装置进行防水性能试验的方法。
[0015]该试验方法包括以下步骤:
[0016]SI，通过左右两侧的千斤顶同步加载，使第一试模和第二试模的接缝处产生的错动量达到设定值；
[0017]S2，通过第一试模上方的千斤顶和第二试模下方的千斤顶同步加载，使第一试模和第二试模接缝处的张开量达到设定值；
[0018]S3，通过注水通道向中心水腔施加水压，直至水流击穿内圈密封垫，记录此前水压表的最大读数P1，得到此状态下内圈密封垫的耐压值；
[0019]S4，继续通过注水通道向中心水腔施加水压，直至击穿外圈密封垫，此时四个孔隙水压力计中的一个或多个感应到压力的变化会产生读数，记录此前水压表的最大读数，得到此状态下外圈密封垫的耐压值。
[0020]如上所述，本发明涉及的隧道接缝防水性能试验装置及试验方法，具有以下有益效果:
[0021]I)通过在框形空隙的四个方位设置用于探测感应水流的孔隙水压力计，可准确判断水流击穿内道密封的发生时间；
[0022]2)可精确验证内圈密封垫和外圈密封垫在不同接缝张开量、错位量工况下的抗水压力值，使得采用双道弹性密封垫作为防水方案的防水能力的评价体系更加精确。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的结构示意图。
[0024]图2为图1的A-A剖面图
[0025]图3为图1的B-B剖面图
[0026]图4为图2的C-C剖面图
[0027]图5为图3的D-D剖面图
[0028]元件标号说明
[0029]第一试模I
[0030]第一水槽11
[0031]第一内沟槽12
[0032]第一外沟槽13
[0033]预留测孔14
[0034]第二试模2
[0035]第二水槽21
[0036]第二内沟槽22
[0037]第二外沟槽23
[0038]注水通道24
[0039]内圈密封垫121
[0040]外圈密封垫131[0041 ]水压表3
[0042]孔隙水压力计4
[0043]压力计传感元件41
[0044]表头42
[0045]中心水腔5
[0046]框形空隙6
[0047]千斤顶7
【具体实施方式】
[0048]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0049]须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0050]如图1至图5所示，本发明提供一种隧道接缝防水性能试验装置，包括第一试模I和第二试模2，所述第一试模I上由内到外依次设置第一水槽11、第一内沟槽12和第一外沟槽13，所述第二试模上由内至外相应地依次设有第二水槽21、第二内沟槽22和第二外沟槽23，所述第一内沟槽12、第一外沟槽13、第二内沟槽22和第二外沟槽23均呈封闭形状，且内部分别嵌有弹性密封垫，所述弹性密封垫嵌入的一端可粘贴在沟槽内壁，所述弹性密封垫的材质可选用遇水膨胀橡胶，如三元乙丙橡胶或，以增强整体防水性能。第一内沟槽12内的弹性密封垫和第二内沟槽22内的弹性密封垫相接触，形成内圈密封垫121，内圈密封垫121的内部为一个封闭的空间，第一水槽11和第二水槽21位于内圈密封垫121以内，形成中心水腔5 ;第一外沟槽13内的弹性密封垫和第二外沟槽23内的弹性密封垫相接触，形成外圈密封垫131，内圈密封垫121和外圈密封垫131之间形成框形空隙6，所述框形空隙6为一个封闭的空间；所述第一试模I上设有用于测量中心水腔5压力的水压表3和用于探测感应框形空隙6中水压存在的孔隙水压力计4，所述第一