一种盾构隧道渗水速率预测方法与流程

本发明属于隧道工程技术领域，涉及一种盾构隧道管片缝隙张开量测量装置。

背景技术：

盾构隧道衬砌一般是通过预制管片拼装而成的，管片间接缝分为纵向接缝和环向接缝，拼缝处是衬砌结构受力的薄弱环节。盾构隧道在施工工程中由于各种原因会出现缝隙，其中包括台车振动荷载、渗漏、不同地质、不同埋深、不同施工因素、约束差异、不同地面荷载以及不同周边环境变化等各种因素。盾构隧道的变形特征主要表现为张角和错台，其变形能力很脆弱，不均匀变形及其对隧道结构内力、变形的影响是不容忽视的，且通常对隧道结构不利,在变形或曲率达到一定的量值后,隧道即可能出现缝隙张开量过大而渗水或管片受拉破坏，造成应力过于集中,隧道局部损坏，影响盾构隧道的安全性和使用性。

特别是在施工期，由于地层扰动初期盾构隧道不均匀沉降较为严重，隧道相邻管片间出现的张开变形及隧道渗水等工程问题可能会更加明显。目前对于管片接缝处缝隙的处理主要存在发现不及时，修复不及时，易发生危险事故等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种盾构隧道渗水速率预测方法，可以通过实际测量某地区一定深度的水压，预测盾构隧道渗水速率，从而预先做好防范措施，减少漏水等带来的损失。技术方案如下：

一种盾构隧道渗水速率预测方法，所采用的装置包括夹在两个管片缝隙间的水囊，水囊与外侧导管和内侧导管相连通，其中，水囊分为相互连通的中部水囊、外水囊和内水囊三个部分，中部水囊夹在两个管片之间，外水囊位于隧道管片外侧并与外侧导管连通，内水囊位于隧道管片内侧，并与内侧导管连通；外侧导管利用压力泵将第一水池中水抽取至水囊的压力泵，压力泵上连接有测定水压力的压力表；内侧导管连接有能够测定水压力的压力控制阀和流量表，用于将渗出的水引流到第二水池；包括下列步骤：

(1)打开压力控制阀，通过压力泵将第一水池中的水抽送到水囊中；

(2)利用压力表测得压力泵流出水的水压，随着水压力的增加，导管中水流流速会增大，外水囊和内水囊中的水压也会增大，得到不同水压和流量表测定的渗水速率之间的关系；

(3)根据现场一定深度处的水压，预测渗水速率。

附图说明

图1是整体示意图

图2是水囊1)

在图1～2中包括有：

1-水囊，11-中部水囊，12-外水囊，13-内水囊

2-外侧导管

3-内侧导管

4-压力表

5-压力泵

6-压力控制阀

7-流量表

8-管片

9-水池

10-水池

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

现结合上述各附图，给出盾构隧道管片缝隙张开量计算装置的实施案例。

如图1所示，本发明采用测量装置，包括水囊1，导管2和压力表4、压力泵5、水池9，导管3和压力控制阀6、流量表7、水池10，通过实际测量某地区一定深度处的水压，计算盾构隧道管片缝隙张开量大小和渗水速率。如图2所示，水囊1分为中部水囊11、外水囊12和内水囊13。中部水囊11位于两个管片缝隙之间。外水囊12位于隧道外侧，并连接外侧导管2。内水囊13位于隧道内侧，并连接内侧导管3。

水囊1为橡胶材质，内部装有水，分为中部水囊11、外水囊12和内水囊13，3个水囊相互连通。中部水囊11夹在两个管片之间。外水囊12位于隧道外侧，并连接中部水囊11和外侧导管2。内水囊13位于隧道内侧，并连接中部水囊11和内侧导管3。

外侧导管2为铁质导管，用于输送水，其连接有加压水池9中水的压力泵5，压力泵5上连接有测定水压力的压力表4。

内侧导管3为铁质导管，连接有测定水压力的压力控制阀6，测定水流量流速的流量表7及水池10。

压力表4以弹性元件为敏感元件，用于测定压力泵5中加压水的水压数值。

压力泵5用于抽送水池9中的水，并能够加大水压力。

压力控制阀6连接内水囊12和流量表7，并测定内水囊12中水的水压力。

流量表7可测定水瞬时流速速率和累计水流量总量。

在实验室中，关闭压力控制阀6，在管片8紧密贴合的情况下向水囊1中预先注入一定量的水，使水囊1处于饱满膨胀状态。通过压力泵5对水池9中的水进行加压，并将水抽送到水囊1中，压力表4可测得压力泵5流出水的水压，由于压力控制阀6是关闭的，因此水囊1中各处水压力，包括中部水囊11，外水囊12和内水囊13中水压力均相等，记录下水压力。此时随着水压力的增加，管片缝隙会逐渐增加，可用皮尺等工具直接测得管片缝隙张开量的大小，并记录数值大小。多次调节压力泵5得到多组不同水压及其对应的管片缝隙张开量大小，在平面直角坐标系中描点，并用曲线将各个点连起来，用曲线函数进行逼近，得到水压和管片缝隙张开量大小之间的关系1。

在实验室中，打开压力控制阀6，在管片8紧密贴合的情况下向水囊1中预先注入一定量的水，使水囊1处于饱满膨胀状态。通过压力泵5对水池9中的水进行加压，并将水抽送到水囊1中，压力表4可测得压力泵5流出水的水压，由于压力控制阀6是打开的，此时压力表4测得的水压为外水囊12中的水压力，水流经过中部水囊11会有一定的水头损失，通过压力控制阀6可测得内水囊13中的水压力，分别记录下外水囊12和内水囊13中的水压力。此时随着水压力的增大，流量表7测定的水流量流速相应也会增加，记录下水流流速数值大小。多次调节压力泵5得到多组不同水压及其对应的水流流速数值大小，在平面直角坐标系中描点，并用曲线将各个点连起来，用曲线函数进行逼近，得到水压和水流流速大小之间的关系2。

在实际工程中，隧道施工前会进行地质勘探，可通过查阅当地某深度处水压力大小，通过关系1和关系2，计算出隧道管片缝隙张开量大小和隧道渗水速率，从而能够在施工前做好防范措施，减少漏水等带来的损失。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种盾构隧道渗水速率预测方法，所采用的装置包括夹在两个管片缝隙间的水囊，水囊与外侧导管和内侧导管相连通，水囊分为相互连通的中部水囊、外水囊和内水囊三个部分，中部水囊夹在两个管片之间；包括下列步骤：关闭压力控制阀，通过压力泵将第一水池中的水抽送到水囊中；利用压力表测得压力泵流出水的水压，随着水压力的增加，管片缝隙张开量逐渐增大，得到水压力和缝隙张开量大小之间的关系；根据现场一定深度处的水压，预测盾构隧道渗水速率。本发明可以通过实际测量某地区一定深度的水压，预测盾构隧道渗水速率，从而预先做好防范措施，减少漏水等带来的损失。

技术研发人员：张稳军;李瑶;焦亚磊;宋晓龙
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2018.05.03
技术公布日：2018.12.14