(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 106885661 A(43)申请公布日 2017.06.23
(21)申请号 201710099671.1(22)申请日 2017.02.23
(71)申请人 天津大学
地址 300072 天津市南开区卫津路92号(72)发明人 张稳军 王建龙 张高乐 喻国伦
宋传辉 张云旆 张新新 焦亚磊 宋晓龙 (74)专利代理机构 天津市北洋有限责任专利代
理事务所 12201
代理人 程毓英(51)Int.Cl.
G01M 3/36(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图2页
CN 106885661 A(54)发明名称
模拟水、土荷载作用的盾构隧道管环抗渗性能试验方法(57)摘要
本发明涉及一种模拟水、土荷载作用的盾构
所采用的装置包括隧道管环抗渗性能试验方法，
水压加载系统、多个液压千斤顶4和水囊2，水囊2固定在管环的外部，根据管环的各条接缝位置在水囊的内层开设多排孔11；试验方法包括：将水囊2套装在管环上；布置承压板和液压千斤顶；水压加载系统通过不同的水管10向水囊2的各个子水囊注水，当带刻度尺的压力水罐充有一定深度的水时停止注水，记录此时的刻度值，作为初始读数；控制液压千斤顶4对水囊加压以模拟实际盾构隧道所受到的水、土荷载，当发现漏水时维持荷载一段时间，记录维持荷载期间压力水罐刻度值；利用激光位移传感器可以测量管片接缝的张开量。
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权 利 要 求 书
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1.一种模拟水、土荷载作用的盾构隧道管环抗渗性能试验方法，用于由相邻管片(1)密封连接构成的管环的抗渗性能试验，所采用的试验装置包括水压加载系统、多个液压千斤顶(4)和水囊(2)，水囊(2)固定在管环的外部，根据管环的各条接缝位置在水囊的内层开设多排孔(11)；水囊(2)被划分成多个子水囊，相邻子水囊之间留有足够的间隙，用以放置土压承压板(17)，水压加载系统包括水箱(6)、加压泵(7)和带有刻度尺的压力水罐8，压力水罐8通过不同的水管(10)与水囊(2)的各个子水囊连接。试验方法包括下列步骤：
1)将水囊(2)套装在管环上，使得水囊内层的每排孔(11)各正对管环的一条接缝；2)将土压承压板(17)置于相邻子水囊之间的间隙，将水压承压板(3)置于子水囊上，并在各个承压板上布置液压千斤顶(4)；
3)水压加载系统通过不同的水管(10)向水囊(2)的各个子水囊注水，当带刻度尺的压力水罐充有一定深度的水时停止注水，记录此时的刻度值，作为初始读数；
4)控制液压千斤顶(4)对水囊加压以模拟实际盾构隧道所受到的水、土荷载，当发现漏水时维持荷载一段时间，记录维持荷载期间压力水罐刻度值，即可得知渗水量；
5)利用激光位移传感器可以测量管片接缝的张开量。2.根据权利要求1所述的抗渗性能试验方法，其特征在于，土压承压板(17)和水压承压板(3)与水囊(2)的接触面还设有橡胶板。
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模拟水、土荷载作用的盾构隧道管环抗渗性能试验方法
技术领域
[0001]本发明属于隧道工程技术领域，涉及一种模拟水、土荷载作用的盾构隧道管环抗渗性能试验装置。
背景技术[0002]目前，盾构隧道衬砌结构大多数是由预制钢筋混凝土管片和螺栓拼装而成的，由于隧道衬砌结构构造方面的原因，盾构隧道衬砌存在接缝，盾构隧道接缝分为纵向接缝和环向接缝，在不良地质条件、周边工程活动等因素作用下盾构隧道接缝有可能会出现张开变形及错位变形。调查发现，大多数情况下水是通过纵缝和环缝向隧道内渗漏，除纵缝和环缝渗水之外，螺栓孔也存在漏水现象。渗漏水会对盾构隧道结构和地铁运营安全造成威胁。目前盾构隧道抗渗性能试验装置主要测试接缝处弹性密封垫、嵌缝、螺栓孔、手孔封堵材料的极限抗渗能力，尚无测量一环或者多环管片渗水量的装置，所以亟待研制一种试验装置定量测量一环及多环管片的渗水量。
发明内容[0003]本发明的目的就是提供一种模拟水、土荷载作用的盾构隧道管环抗渗性能试验装置，通过该试验装置能测量盾构隧道在模拟水、土荷载作用下管环的渗水量和管片张开量，用于解决现有技术中试验装置模拟试验不符合实际的问题。本发明的目的可以通过以下的试验方案来实现：[0004]一种模拟水、土荷载作用的盾构隧道管环抗渗性能试验方法，用于由相邻管片1密封连接构成的管环的抗渗性能试验，所采用的试验装置包括水压加载系统、多个液压千斤顶4和水囊2，水囊2固定在管环的外部，根据管环的各条接缝位置在水囊的内层开设多排孔11；水囊2被划分成多个子水囊，相邻子水囊之间留有足够的间隙，用以放置土压承压板17，水压加载系统包括水箱6、加压泵7和带有刻度尺的压力水罐8，压力水罐8通过不同的水管10与水囊2的各个子水囊连接；试验方法包括下列步骤：[0005]1)将水囊2套装在管环上，使得水囊内层的每排孔11各正对管环的一条接缝；[0006]2)将土压承压板17置于相邻子水囊之间的间隙，将水压承压板3置于子水囊上，并在各个承压板上布置液压千斤顶4；[0007]3)水压加载系统通过不同的水管10向水囊2的各个子水囊注水，当带刻度尺的压力水罐充有一定深度的水时停止注水，记录此时的刻度值，作为初始读数；[0008]4)控制液压千斤顶4对水囊加压以模拟实际盾构隧道所受到的水、土荷载，当发现漏水时维持荷载一段时间，记录维持荷载期间压力水罐刻度值，即可得知渗水量；[0009]5)利用激光位移传感器可以测量管片接缝的张开量。[0010]与现有技术相比，本发明具有以下特点：本发明用上、下、左、右四个千斤顶模拟盾构隧道衬砌结构受到上、下、左、右四个方向的土荷载，用其余的千斤顶模拟盾构隧道结构所受的径向的水荷载。水、土荷载加载量可以调节，从而可以测试任意的水、土荷载组
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合对盾构隧道衬砌结构的影响。本试验系统能够测量模拟盾构隧道衬砌结构在实际受力情况下的管片的张开量，配合水压加载系统能够测量盾构隧道管环在不同工况下的渗水量，得到渗水量和管片张开量、水压与管片张开量的关系，从而为隧道工程抗渗设计提供定量参考依据。
附图说明[0011]图1是本发明实施例的结构示意图；[0012]图2是水囊(充满水)的俯视图；[0013]图3是图2的1-1剖视图；[0014]图4是图3中A处的局部放大图；[0015]图5是管片纵缝连接结构示意图；[0016]图中，1-钢筋混凝土管片、2-水囊、3-水压承压板、4-液压千斤顶、5-千斤顶固定梁、6-水箱、7-加压泵、8-压力水罐、9-阀门、10-水管、11-方孔、12-弹性密封垫、13-直螺栓、14-螺栓密封垫、15-手孔、16-注水通道、17-土压承压板。具体实施方式[0017]下面结合附图和具体实施例来对本发明进行说明。[0018]如图1所示，模拟水、土荷载作用的盾构隧道管环抗渗性能试验装置测试一环管片，每环管片有6块管片组成。钢筋混凝土管片1的接缝处有相对应的框形沟槽,该框形沟槽呈封闭形状,且内部填充有弹性密封垫12。钢筋混凝土管片1设有手孔15，手孔15中填有封堵材料。钢筋混凝土管片1还设有螺栓孔，通过连接螺栓固定连接，连接螺栓为直螺栓13，直螺栓13底部设有螺栓密封垫14。在实验时把水囊2套在钢筋混凝土管片1上，在水囊2与钢筋混凝土管片1接缝处设有一串具有一定间隔的方孔11，并在水囊2和钢筋混凝土管片1接触边缘涂上防水胶。水囊注水通道16与水压加载系统相连。水压加载系统由水箱6、加压泵7、压力水罐8以及阀门9组成。压力水罐8通过水管10与水囊2连接，每一个与水囊2连接的水管10都设有一个阀门9。水囊2被划分成多个子水囊，相邻子水囊之间留有足够的间隙，用以放置土压承压板17。在水囊2外圈有8片水压承压板3和4片土压承压板17，承压板与水囊2接触面设有橡胶板。将土压承压板17置于相邻子水囊之间的间隙，将水压承压板3置于子水囊上，在每块承压板外圈都设有一个液压千斤顶4，本实例共采用12个液压千斤顶4，承压板和液压千斤顶4固定连接。液压千斤顶4固定在千斤顶固定梁5上，采用厚钢板的基座为正方形，千斤顶固定梁5固定在基座上。[0019]本实施例的模拟水、土荷载作用的盾构隧道管环抗渗性能试验装置在使用过程中需要与激光位移传感、液压千斤顶控制系统等设备配合使用。[0020]下面对本实例所涉及的试验流程进行说明：[0021]1、首先将千斤顶固定梁5固定到基座的预定位置，接下来把与承压板固定好的液压千斤顶4固定到千斤顶固定梁5上。[0022]2、将预先装配好的一环钢筋混凝土管片1吊装到基座的预定位置。[0023]3、将水囊套装到管环预定位置，此时水囊内部方孔正对准钢筋混凝土管片1接缝。通过水压加载系统向水囊注水，通过控制与注水通道16相连水管10上的阀门9依次向
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水囊2的四个子水囊注水，注水完成后打开所有与注水通道16相连水管10上的阀门9，当带刻度尺的压力水罐充满水时，记录此时的刻度值，作为初始读数，关闭与加压泵7相连水管上的阀门。[0024]4、使用控制系统控制液压千斤顶4对水囊加压以模拟实际盾构隧道所受到的水、土荷载，当发现漏水时维持荷载一段时间，记录维持荷载期间压力水罐刻度值，即可得知渗水量；利用激光位移传感器可以测量钢筋混凝土管片1接缝的张开量。通过对管环施加不同水、土荷载组合可以测得对应的渗水量和接缝张开量，从而得到渗水量和钢筋混凝土管片1张开量、水压与钢筋混凝土管片1张开量的关系。
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说 明 书 附 图
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