模拟盾构隧道管片接缝周围砂土层侵蚀流失的试验方法
【专利摘要】本发明涉及一种模拟盾构隧道管片接缝周围砂土层侵蚀流失的试验方法，所采用的设备包括气泵系统、主试验系统、加压水箱系统和数据采集系统，主试验系统包括底部开口的主试验箱；主试验箱的上部设置有密封顶盖，顶盖上连有可拆卸加压气囊并固定有精密调压阀和数显压力表；主试验箱的下部设置有微型孔隙水压计和微型土压力计；主试验箱的底部与两块L型可调底板通过主试验箱下部弹性密封垫和L型底板弹性密封垫密封连接，两块L型可调底板之间通过丝杠连接，在两块L型可调底板开有沟槽，用于固定L型底板弹性密封垫。试验时调节丝杠，使缝宽对应盾构隧道管片张开量。本发明可对接缝周围不同类型土体的侵蚀情况进行评估。
【专利说明】
模拟盾构隧道管片接缝周围砂土层侵蚀流失的试验方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种模拟盾构隧道管片接缝周围砂土层侵蚀流失的试验方法，主要适用于对盾构管片周围土体的侵蚀流失情况进行评估与预测。
【背景技术】
[0002]盾构隧道一般是由许多抗渗混凝土管片拼装而成，由于隧道的不均匀沉降，使得在隧道施工和运营的过程中，容易发生局部渗漏，渗漏易将土体中的细小颗粒带出，形成侵蚀。局部侵蚀使盾构管片失去土体支撑，处理不当，将形成灾害，造成巨大的环境影响和经济损失。监测与评价盾构隧道接缝周围土体侵蚀流失情况，既可以反映盾构管片的病害程度，又可以对隧道病害的发展进行预测，具有重大的实际意义。
[0003]传统的试验方法只是局限于对管片弹性密封垫的防水性能进行试验，如《高分子防水材料第4部分:盾构法隧道管片用橡胶密封垫》(GB 18173.4—2010)中所述利用模拟管片“T”型和“一”型拼装接缝的耐水压试验装置所进行的试验方法，都没有能将土体考虑其中，只是单纯地进行弹性密封垫的水密性试验。隧道接缝为易漏水部位，接缝漏水后，其周围土体将发生不同程度的侵蚀与流失，隧道发生病害。目前亟需一套合理的隧道病害的判别与评估方法，以对服役期的隧道进行针对性定期保护。
【发明内容】
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种模拟盾构隧道管片接缝周围砂土层侵蚀流失的试验方法，该方法使评估管片接缝周围土体的侵蚀程度成为可能。
[0005]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
[0006]—种模拟盾构隧道管片接缝周围砂土层侵蚀流失的试验方法，所采用的试验设备，包括:包括气栗系统(1)、主试验系统(2)、加压水箱系统(3)和数据采集系统(4)，其中，所述的主试验系统(2)包括支架(32)、固定在支架(32)上的底部开口的主试验箱(17);主试验箱(17)的上部设置有密封顶盖(16)，顶盖上连有可拆卸加压气囊(23)并固定有精密调压阀(13)和数显压力表(12)，精密调压阀(13)连接在所述的气栗系统(I)和可拆卸加压气囊
(23)之间，用于控制可拆卸加压气囊(23)的气压，数显压力表(12)用于控制、显示可拆卸加压气囊(23)的气压值;主试验箱(17)还设置有连接着可拆卸加压气囊(23)的放气阀门(14)以及连接着加压水箱系统(3)的进水阀(25);
[0007]主试验箱(17)的底部与两块L型可调底板(26)通过主试验箱下部弹性密封垫(28)和L型底板弹性密封垫(29)密封连接，两块L型可调底板(26)之间通过丝杠(27)连接，在两块L型可调底板(26)开有沟槽，用于固定L型底板弹性密封垫(29);
[0008]主试验箱(17)的下部为土体容器，并设置有微型孔隙水压计(22)和微型土压力计
(21);两者采集的信号被送入数据采集系统(4);
[0009]在主试验箱(17)的下方为用于承接和测量漏下的土样(24)和水的漏水漏砂测量仪(24);
[0010]该试验方法按照以下步骤进行:
[0011](I)试验系统组装完毕后，调节L型可调底板(26)处的丝杠(27)，使两块L型可调底板(26)之间的缝宽达到密封垫理论最小张开量，该缝宽对应盾构隧道管片张开量，固定L型可调底板(26)；
[0012](2)向主试验箱(17)内装入模拟盾构隧道所处位置的土样(24)，土样(24)采取分层装填并压实，装填至主试验箱(17)内部的2/3刻度线处；
[0013](3)合上已经连接好可拆卸加压气囊(23)的上部盖板(16)并密封好，并打开数据采集系统(4)，准备开始采集试验数据；
[0014](4)打开气栗系统(I)，通过顶部精密调压阀(13)向主试验系统(2)内部可拆卸加压气囊(23)施加气压，气囊作用在土体表面，为土样(24)施加土压力；
[0015](5)利用丝杠27调节两块L型可调底板26的缝宽至预定缝宽；
[0016](6)调节加压水箱系统(3)至预定高度，打开加压水箱系统(3)的出水阀(8)和主试验系统(2)的进水阀(25);
[0017](7)地下水从接缝处流出，带动接缝周围土颗粒发生侵蚀流失，从而测得一定渗流时间不同水压(流量)对应的侵蚀流失量，结束试验。
[0018]作为优选实施方式，主试验箱的顶部通过方形O型密封圈(20)密封连接有上部盖板(16)。在主试验箱(17)上开设有观察窗(18)。
[0019]本发明具有的优点和积极效果是:试验系统可以模拟渗漏对于土体的影响，可以便捷地对接缝周围不同类型土体的侵蚀情况进行评估与预测，为工程修复提供参考;气栗系统、加压水箱系统以及丝杠可以实现对试验的精确控制。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的结构不意图；
[0021 ]图2为本发明的主试验系统立体剖视图；
[0022]图3为本发明的主试验箱立体剖视图；
[0023]图4为本发明的L型可调底板立体结构示意图；
[0024]图5为本发明的主试验箱下部弹性密封垫和下L型底板弹性密封垫立体结构示意图。
[0025]图中:1、气栗系统;2、主试验系统；3、加压水箱系统;4、数据采集系统;5、水箱;6、进水阀；7、出水口； 8、出水阀;9、采集仪;10、数据分析系统；11、显示器;12、数显压力表;13、精密调压阀；14、放气阀门；15、上部盖板螺栓；16、上部盖板；17、主试验箱；18、观察窗；19、注水阀门；20、方形O型密封圈；21、微型土压力计；22、微型孔隙水压计；23、可拆卸加压气囊;24、土样;25、进水阀；26、L型可调底板;27、丝杠;28、主试验箱下部弹性密封垫；29、L型底板弹性密封垫;30、底板螺栓;31、支架上部螺栓;32、支架;33、支座底盘;34、支架下部螺栓;35、支座滚轮;36、漏水漏砂测量仪。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明进行说明:
[0027]本发明所需的主试验系统如图1所示，请参阅图1?图5，本发明的弹性密封垫、土、水共同作用的盾构隧道渗漏试验系统，包括气栗系统1、主试验系统2、加压水箱系统3、数据采集系统4;气栗系统I与主试验系统2通过伸缩气动软管连接;加压水箱系统3位于试验所需的指定的高度位置，加压水箱系统3与主试验系统2通过水管连接;数据采集系统4与主试验系统2通过数据导线连接。
[0028]所述的主试验系统包括数显压力表12、精密调压阀13、放气阀门14、上部盖板16、上部盖板螺栓15、注水阀门19、主试验箱17、可拆卸加压气囊23、进水阀25、微型土压力计21、微型孔隙水压计22、观察窗18、L型可调底板26、底板螺栓30、丝杠27、主试验箱下部弹性密封垫28、L型底板弹性密封垫29、支架32、支架上部螺栓31、支架下部螺栓34、支座底盘33、支座滚轮35、漏水漏砂测量仪36;数显压力表12通过伸缩气动软管与气栗系统I相连接，数显压力表12连接在精密调压阀13的上端，精密调压阀13下端固定在上部盖板16上并连通着固定在上部盖板16上的可拆卸加压气囊23，放气阀门14和注水阀门19固定在上部盖板16上，上部盖板16与主试验箱17通过上部盖板螺栓15连接，在上部盖板16和主试验箱17之间U形槽内为方形O型密封圈20，主视窗18通过塑钢泥密封固定在主试验箱17上，微型孔隙水压计22和微型土压力计21贴于主试验箱17背面内壁及左侧L型可调26底板上表面，导线通过密封口引出并与数据采集仪9相连接，进水阀25—端位于主试验箱17侧壁，进水阀25另一端通过水管与加压水箱系统3相连接，进水阀25兼具溢水管的功能，下部两块L型可调底板26与主试验箱17通过底板螺栓30相连接，在L型可调底板26和主试验箱17之间U形槽内有L型底板弹性密封垫29和主试验箱下部弹性密封垫28，两块L型可调底板26之间通过丝杠27连接，主试验箱17通过支架上部螺栓31与支架32相连接，支架32通过支架下部螺栓34与支座底盘33相连接，支座滚轮35固定在支座底盘33上;漏水漏砂测量仪36位于两块L型可调底板26之间缝隙下方，漏水漏砂测量仪36由相同的透明有机玻璃槽拼成
[0029]上部盖板16通过方形O型密封圈20密封主试验箱17，L型可调底板26分为两块，既可以密封主试验箱17底部，又可以模拟管片弹性密封垫，还可以调节接缝张开量大小;特制可拆卸加压气囊23可将气压转化为作用在土体表面土压力;底部自制漏水漏砂测量仪36可得到不同时间内的漏砂、漏水量。
[0030]加压水箱系统包括进水阀6、水箱5、出水口7和出水阀8;水箱进水阀6位于水箱5侧壁处，出水阀8位于水箱5底部，出水阀8与主试验系统2通过水管连接。
[0031]数据采集系统包括数据采集仪9、数据分析系统10、显示器11;采集仪9与主试验系统2通过数据导线连接，采集仪9与数据分析系统10通过数据导线连接，数据分析系统10与显示器11通过数据导线连接。
[0032]具体实施步骤如下:
[0033](I)试验系统按照附图组装完毕后，调节L型可调底板处26的丝杠27，使两块L型可调底板26之间的缝宽达到理论上最小张开量，然后拧紧底板螺栓30，使得L型可调底板26的位置固定下来；
[0034](2)向主试验箱17内装入盾构隧道所处位置的土样24，土样24采取分层装填并压实，装填至主试验箱17内部的2/3刻度线处；
[0035](3)合上已经连接好可拆卸加压气囊23的上部盖板16，拧紧上部盖板螺栓15，并打开数据采集系统4，准备开始采集试验数据；
[0036](4)打开气栗系统I，通过顶部精密调压阀13向主试验系统2内部可拆卸加压气囊23施加气压，气囊作用在土体表面，为土样24施加土压力；
[0037](5)利用丝杠27调节两块L型可调底板26的缝宽至预定缝宽；
[0038](6)调节加压水箱系统3至预定高度，打开加压水箱系统3的出水阀8和主试验系统2的进水阀25。
[0039](7)水从接缝处流出，带动接缝周围土颗粒发生侵蚀流失，从而测得一定渗流时间不同水压(流量)对应的侵蚀流失量，结束试验。
【主权项】
1.一种模拟盾构隧道管片接缝周围砂土层侵蚀流失的试验方法，所采用的试验设备包括:包括气栗系统(1)、主试验系统(2)、加压水箱系统(3)和数据采集系统(4)，其中，所述的主试验系统(2)包括支架(32)、固定在支架(32)上的底部开口的主试验箱(17);主试验箱(17)的上部设置有密封顶盖(16)，顶盖上连有可拆卸加压气囊(23)并固定有精密调压阀(13)和数显压力表(12)，精密调压阀(13)连接在所述的气栗系统(I)和可拆卸加压气囊(23)之间，用于控制可拆卸加压气囊(23)的气压，数显压力表(12)用于控制、显示可拆卸加压气囊(23)的气压值;主试验箱(17)还设置有连接着可拆卸加压气囊(23)的放气阀门(14)以及连接着加压水箱系统(3)的进水阀(25); 主试验箱(17)的底部与两块L型可调底板(26)通过主试验箱下部弹性密封垫(28)和L型底板弹性密封垫(29)密封连接，两块L型可调底板(26)之间通过丝杠(27)连接，在两块L型可调底板(26)开有沟槽，用于固定L型底板弹性密封垫(29); 主试验箱(17)的下部为土体容器，并设置有微型孔隙水压计(22)和微型土压力计(21);两者采集的信号被送入数据采集系统(4); 在主试验箱(17)的下方为用于承接和测量漏下的土样(24)和水的漏水漏砂测量仪(24)。 该试验方法按照以下步骤进行: (1)试验系统组装完毕后，调节L型可调底板(26)处的丝杠(27)，使两块L型可调底板(26)之间的缝宽达到密封垫理论最小张开量，该缝宽对应盾构隧道管片张开量，固定L型可调底板(26); (2)向主试验箱(17)内装入模拟盾构隧道所处位置的土样(24)，土样(24)采取分层装填并压实，装填至主试验箱(17)内部的2/3刻度线处； (3)合上已经连接好可拆卸加压气囊(23)的上部盖板(16)并密封好，并打开数据采集系统(4)，准备开始采集试验数据； (4)打开气栗系统(I)，通过顶部精密调压阀(13)向主试验系统(2)内部可拆卸加压气囊(23)施加气压，气囊作用在土体表面，为土样(24)施加土压力； (5)利用丝杠27调节两块L型可调底板26的缝宽至预定缝宽； (6)调节加压水箱系统(3)至预定高度，打开加压水箱系统(3)的出水阀(8)和主试验系统(2)的进水阀(25); (7)地下水从接缝处流出，带动接缝周围土颗粒发生侵蚀流失，从而测得一定渗流时间不同水压(流量)对应的侵蚀流失量，结束试验。2.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于，主试验箱的顶部通过方形O型密封圈(20)密封连接有上部盖板(16)。3.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于，在主试验箱(17)上开设有观察窗(18)。
【文档编号】G01N33/24GK105911249SQ201610224037
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】郑刚, 戴轩, 姚杰
【申请人】天津大学