盾构隧道管片纵缝抗渗性能试验系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种盾构隧道管片纵缝抗渗性能试验系统。
【背景技术】
[0002] 随着我国新一轮城镇化进程的稳步推进，城市轨道交通已成为扩展城市物理空 间，方便人民群众出行的重要方式。而作为城市轨交系统核心的区间隧道，大量采用盾构工 法。目前盾构隧道衬砌结构多为预制钢筋混凝土管片通过连接螺栓拼接而成，由于管片接 缝的构造特性，接缝刚度和承载力远低于管片本身的刚度和承载力，是隧道受力的薄弱环 节，尤其是处于淤泥质软土这类侧压力系数小的地层，在周边工程活动的影响下极易发生 较大的接缝转角变形、接缝张开变形和接缝错位变形。
[0003] 对于盾构隧道，渗漏水一直是困扰地铁结构安全和正常运营的突出难题。调查发 现，绝大多数渗漏水均发生于管片接缝部位，而接缝的防水密封一般采用粘贴在靠近管片 外弧面的弹性密封垫来实现。由此可见，隧道接缝的抗渗性能对于盾构隧道的可靠服役至 关重要。盾构隧道的接缝可划分为纵向接缝（管片-管片）和环向接缝（衬砌环-衬砌 环）。因此，为保证盾构隧道在横向和纵向两个维度上的防水密封，需要分别针对纵向接缝 和环向接缝进行抗渗机理研究。
[0004] 纵观国内外盾构隧道接缝防水相关试验装置，如同济大学已公开的发明专利一一 盾构隧道弹性密封垫"一字型"水密性检验装置（CN201010145789)，中南大学已公开的实 用新型专利一一盾构管片接头抗渗性能试验装置（CN104075854A)，提出了在上下两块钢制 盖板上各自开矩形槽，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。上述专利均是小比例尺的室内模型试验，其本身就存在下述问题：
[0005] 1)前盾构隧道管片以预制钢筋混凝土管片型式为主，采用钢沟槽不能反映弹性密 封垫橡胶材料和混凝土沟槽的真实接触性态，因而试验结果与工程实际存在较大出入；
[0006] 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的错台量，而限于盖板的尺 寸，无法开展接缝大错位工况试验；
[0007] 3)采用螺栓压紧模拟接缝张开量，垫片限位模拟接缝错台量，需手工调整测量，试 验精度较低；
[0008] 4)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IOm以上的大直径越江隧道的防水能力；
[0009] 5)忽略了盾构隧道纵缝和环缝的连接及构造的差异性，笼统地将两种不同接缝的 抗渗性态混为一谈；
[0010] 6)不能模拟实际钢筋混凝土管片接缝在不同张开角下的防水能力。
[0011] 7)基于钢模夹具的防水试验，无法模拟钢筋混凝土管片接缝实际的受力机制和接 触状态。
[0012] 综上所述，鉴于盾构隧道管片接缝复杂的受力状态和接触性态，小比例尺的室内 模型试验难以准确反映其真实可靠的防水密封机理，因此研发一种基于足尺管片接头的盾 构隧道纵缝抗渗性能试验装置，对于推动盾构隧道防水技术领域的深入发展至关重要。
【发明内容】
[0013] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种盾构隧道管片纵缝抗 渗性能试验系统，能够模拟盾构隧道管片纵缝在受力情况下的接缝张开变形及其渗水特性 的试验装置，用于解决现有技术中试验装置模拟试验不符合实际情况的缺陷。
[0014] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种盾构隧道管片纵缝抗渗性能试 验系统，采用如下技术方案：
[0015] -种盾构隧道管片纵缝抗渗性能试验系统，包括两个圆弧形的试验管片和水压加 载系统，其特征是，所述两个试验管片沿圆弧方向对接，并由连接螺栓连接在一起，两个试 验管片的对接面之间形成纵缝，在纵缝中设有一圈弹性密封垫，所述弹性密封垫的内圈围 成一个水压腔，其中一个试验管片上设有注水孔道与水压腔相连通，所述注水孔道与水压 加载系统相连接；对接在一起的两个试验管片呈拱形地支撑在两个支座上，其中至少一个 支座与X向加载作动器相连接，在两个试验管片的上方还设有Y向加载作动器。
[0016] 进一步地，所述X向加载作动器和Y向加载作动器均由液压油缸提供加载力。
[0017] 进一步地，所述Y向加载作动器的上端固定，下端分别与两个荷载分配梁相连接， 当Y向加载作动器向下运动时，所述两个荷载分配梁分别对应与两个试验管片的顶部外弧 面相接触。
[0018] 进一步地，还包括一个刚性框架，所述支座、X向加载作动器和Y向加载作动器均 安装在刚性框架内。
[0019] 进一步地，其中一个支座为固定支座，并与刚性框架固定连接；另一个支座为活动 支座，并与X向加载作动器相连接。
[0020] 进一步地，所述连接螺栓从水压腔中穿过，连接螺栓的两端设有螺栓密封垫圈。
[0021] 进一步地，所述两个试验管片的对接面上均开有框形沟槽，所述弹性密封垫嵌在 框形沟槽中。
[0022] 进一步地，所述水压加载系统包括依次连接的水箱、加压栗、阀门和压力水罐，所 述压力水罐通过水管与所述注水孔道相连接。
[0023] 进一步地，所述压力水罐与注水孔道之间的水管上还设有水压表。
[0024] 如上所述的技术方案，本发明的一种盾构隧道管片纵缝抗渗性能试验系统，具有 以下有益效果：本发明提供一种盾构隧道管片纵缝抗渗性能试验系统，其主要包括用于纵 缝抗渗性能试验的管片试件和水压加载系统。本试验系统能够准确模拟盾构隧道管片纵 缝在实际受力情况下的不同张开量、错位量以及张开角，配合水压加载系统能够模拟盾构 隧道管片纵缝在不同工况下的抗渗能力，为隧道工程接缝抗渗精细化设计提供定量参考依 据。
【附图说明】
[0025] 图1为盾构隧道管片纵缝抗渗性能试验系统整体示意图；
[0026] 图2为管片加载装置结构示意图；
[0027] 图3为第一管片和第二管片连接结构示意图；
[0028] 图4为第一管片密封连接面结构示意图；
[0029] 图5为第二管片密封连接面结构示意图；
[0030] 图6为图4的A-A剖视图；
[0031] 图7为图5的B-B剖视图。
[0032] 零件标号说明
【具体实施方式】
[0034] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0035] 如图1所示，本发明提供一种盾构隧道管片纵缝抗渗性能试验系统，包括两个圆 弧形的试验管片和水压加载系统2,两个试验管片沿圆弧方向对接，并由连接螺栓171连接 在一起，两个试验管片的对接面之间形成纵缝，在纵缝中设有一圈弹性密封垫18,在其中一 个试验管片上设置有与水压加载系统2连接的注水通道，所述弹性密封垫18的内圈围成一 个水压腔19,水压加载系统2向试验管片纵缝处的水压腔19提供试验用的具有一定压力的 水。本发明所涉及的盾构隧道管片纵缝抗渗性能试验系统还包括一个管片加载装置1，管片 加载装置1包括X向加载作动器14和Y向加载作动器15,用以向管片提供水平方向的加 载力和竖直方向的加载力，管片加载装置1包括一个刚性框架11，刚性框架11与地面固 定连接，在刚性框架11上安装有第一支座121和第二支座122,用以安装第一管片161和 第二管片162,第一管片161和第二管片162呈拱形地支撑在两个支座上，第一支座121和 第二支座122中至少有一个支座与X向加载作动器14连接，与X向加载作动器14连接的 支座与刚性框架11之间活动连接，可以在水平方向上朝另一支座运动。在本实施例中，第 一支座121在水平方向上与刚性框架11的左侧竖直边框固定连接，第一支座121的下端与 刚性框架11的底边框固定连接，第一支座122下端与刚性框架11的底边框活动连接，比如 可以在第二支座122下端设置滑座，在刚性框架11底边框上设置滑轨，使第二支座122可 以朝第一支座121水平移动，在第二支座122的右边设置有X向加载作动器14, X向加载作 动器14固定安装在刚性框架11的右侧竖直边框上，X向加载作动器14的加载部位抵接在 第二支座122上，X向加载作动器14可以推动第二支座122,使第二支座122沿水平方向朝 第一支座121相对运动，对第一管片161和第二管片162施加水平方向的加载力。当然，也 可以为第一支座121和第二支座122各设置一个固定在刚性框架11上的X向加载作动器 14,第一支座121和第二支座122均与刚性框架11活动连接，两个X向加载作动器14可以 分别推动第一支座121和第二支座122作相对运动，对管片试件施加水平方向的加载力。
[0036] 如图2所示，可以在刚性框架11底面上设置第一管片运输车131和第二管片运输 车132,第一管片运输车131和第二管片运输车132将管片运输至第一支座121处和第二 支座122处，将第一管片161和第二管片162从管片运输车上取下并分别安装在第一支座 121和第二支座122上，第一管片161和第二管片162均包括密封面和连接面，密封面和连 接面为管片圆弧方向的两个端面，第一支座121和第二支座122与管片连接的部位设置成 适应管片安放的形状，第一管片161和第二管片162的连接面分别与第一支座121和第二 支座122抵接，第一管片161和第二管片162的密封面相对接。
[0037] 如图2所示，在第