一种透明式盾构隧道管片高压气密性模型试验箱的制作方法

本发明涉及一种盾构隧道设计领域，尤其是涉及一种透明式盾构隧道管片高压气密性模型试验箱。

背景技术：

盾构隧道通过的地层有时会富含高压气体，特别是沼气等高压有害气体，对于隧道内部环境及安全构成威胁。目前对于隧道管片高压气密性的理论及试验研究尚不成熟，因此现有设计的盾构隧道容易发生安全隐患。为此需要研发一种盾构隧道管片高压气密性模型试验装置进行气密性的试验，帮助完善高压气密性的理论，优化盾构隧道的设计。

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透明式盾构隧道管片高压气密性模型试验箱。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种透明式盾构隧道管片高压气密性模型试验箱，包括透明箱体、测试管片单元、橡胶气密带、加压充气装置、高速摄像采集装置和真空气体收集袋，测试管片单元安装在透明箱体内，测试管片单元的四周和透明箱体的内壁采用密封材料封堵，将透明箱体分割为气压仓和密封仓，所述加压充气装置连接气压仓，所述真空气体收集袋连接密封仓，加压充气装置向气压仓注入有色气体，所述高速摄像采集装置用于拍摄气压仓和密封仓内的有色气体扩散；

所述测试管片单元包括两块并排安装的透明管片，透明管片互相通过多个第一连接螺栓连接，所述橡胶气密带设置在两块透明管片的连接处。

进一步地，所述的测试管片单元上端和下端通过多个第二连接螺栓连接透明箱体的内壁。

进一步地，所述的测试管片单元上端和下端与透明箱体的连接处设有橡胶气密带。

进一步地，所述的透明箱体上设有间隔布局的凹槽，凹槽内设有箱体螺栓孔，第二连接螺栓穿过箱体螺栓孔。

进一步地，所述的透明管片的两端设有间隔布局的手孔凹糟，手孔凹糟内设有管片螺栓孔，第二连接螺栓穿过一端的管片螺栓孔，第一连接螺栓穿过另一端的管片螺栓孔。

进一步地，所述的真空气体收集袋设有进气口和出气口，所述进气口连接密封仓，并且设有开关。

进一步地，所述的透明箱体采用有机玻璃箱体。

进一步地，所述的密封材料为多功能软胶。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明设计了一种能够用于隧道管片高压气密性试验的试验箱，能够用于测试盾构隧道管片接缝模型在外界高压气体作用下，外界气压-接缝张开度-气体渗透量三者之间的动态关系，模拟地铁、公路和综合管廊等盾构隧道在遇到高压沼气或周边燃气管线泄漏情况下的气体通过管片接头的渗透情况。

2、透明箱体包括用于模拟盾构隧道外部环境的气压仓和模拟盾构隧道内部环境的密封仓组成，二者由测试管片单元隔开，同时，测试管片单元采用两块经过特殊设计的透明管片呈一定角度组成，能够精确稳定地模拟出隧道管片的实际安装情况，进行试验。试验箱和管片均采用透明设计，配合有色气体能够通过高速摄像采集装置进行全程地拍摄或录像，进行实时数据记录，便于后期数据分析。

3、测试管片单元的四周和透明箱体的内壁采用密封材料封堵，确保气体只能通过两片透明管片的连接缝隙处渗漏，提高了试验的精确性。测试管片单元的上下两端通过螺栓与透明箱体固定，防止试验过程中发生管片的窜动。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为透明箱体的结构示意图。

图3为透明管片的结构示意图。

图4为真空气体收集袋的结构示意图。

附图标记：1、透明箱体，11、气压仓，12、密封仓，14、进气孔，15、出气孔，16、凹槽，17、箱体螺栓孔，18、箱体密封带安装槽，2、测试管片单元，21、手孔凹槽，22、管片密封带安装槽，23、管片螺栓孔，201、透明管片，3、橡胶气密带，401、第一连接螺栓，402、第二连接螺栓，5、加压充气装置，6、高速摄像采集装置，7、真空气体收集袋，71、进气口，72、出气口。

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。

如图1～图4所示，本实施例提供了一种透明式盾构隧道管片高压气密性模型试验箱。该试验箱包括透明箱体1、测试管片单元2、橡胶气密带3、加压充气装置5、高速摄像采集装置6和真空气体收集袋7。

测试管片单元2设置于透明箱体1内部中间位置，将透明箱体1分隔成模拟盾构隧道外部环境的气压仓11和模拟盾构隧道内部环境的密封仓12。测试管片单元2包括两块呈一定角度并排安装的透明管片201。透明管片201互相通过多个第一连接螺栓401连接，在透明管片201的互相连接处还设有管片密封带安装槽22，橡胶气密带3安装在两块透明管片201的管片密封带安装槽22相连处。测试管片单元2的四周和透明箱体1的内壁采用如多功能软胶之类的密封材料封堵。

透明箱体1采用轻质透明的有机玻璃材料，在透明箱体1的两端分别设有进气孔14和出气孔15，加压充气装置5通过进气孔14连接气压仓11；真空气体收集袋7通过出气孔15连接密封仓12。加压充气装置5采用如充气泵等设备，向气压仓11注入无毒有色气体并维持气压。

测试管片单元2上端和下端还通过多个第二连接螺栓402连接透明箱体1的内壁，透明箱体1上设有间隔布局的凹槽16，凹槽16内设有箱体螺栓孔17，第二连接螺栓402穿过箱体螺栓孔17连接透明箱体1和透明管片201。

在第二连接螺栓402处的箱体内表面还开设有箱体密封带安装槽18，和设置在透明管片201上的第二密封带安装槽24配合，用于安装橡胶密封带3。进一步地提高测试管片单元2和透明箱体1连接的气密性。

透明管片201的两端均设有间隔布局的手孔凹糟21，手孔凹糟21内设有管片螺栓孔23，第二连接螺栓402穿过一端的管片螺栓孔23，第一连接螺栓401穿过另一端的管片螺栓孔23，手孔凹糟21能够方便地拧紧螺丝。

真空气体收集袋7设有进气口71和出气口72。进气口71通过出气孔15连接密封仓12，并且设有开关。高速摄像采集装置6采用市售的高速摄像机或照片机，高速摄像采集装置6可以透过透明箱体1实时记录箱体内部有色气体的渗透及扩散状态。

本实施例的工作原理为：

试验准备阶段，首先确定两片透明管片201之间接头张开角度，据此加工好测试管片单元2，并将透明管片201上及各处的橡胶气密带3放置到位，通过第一连接螺栓401将两片透明管片201固定，管片和透明箱体1的接缝处用第二连接螺栓402预紧，透明管片2与透明箱体1侧壁、上下壁交界处均用多功能软胶密封，并完成试验箱体的加工。

接着通过进气孔14与加压充气装置5连接，形成气密性接口，通过密封仓上的出气孔15完全与抽真空的气体收集袋7的连接，形成气密性接口。

试验前用一较大的气体收集袋通过出气孔15与气压仓11联通，打开加压充气装置把气体充满气压仓，并尽可能排出原有的空气，完成这一步骤后关闭气体收集袋进气口71开关，更换气体手机袋，接着将高速摄像采集装置6安置到位，准备摄像采集。

试验时，打开高速摄像采集装置6，打开真空气体收集袋7的进气口71的开关，启动加压充气装置5，用有色气体对气压仓11内加压充气，并可即时显示仓内气压，并可调节施加的气压，同时记录大气压，通过高速摄像采集装置即时观测接头是否漏气与气体扩散情况，如发现漏气，可以随时关闭气体收集袋进气口71，并在其出气口72处抽取气体，确定漏气体积，这样在保持气压仓11与密封仓12气压稳定情况下，可以测算漏气速率。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。