[0001] 本发明涉及盾构隧道工程技术领域，具体地，涉及一种高自动化多功能盾构隧道接缝防水试验装置及方法。

[0002] 随着我国城市化进程的快速发展，地铁、江河通道等隧道建设需求量极大，盾构隧道作为主要的隧道形式，具有重要的地位。地下工程的防水问题一直为广大技术人员所关注，而对于盾构隧道，由于长期受地下水的浸泡和腐蚀，防水性能至关重要。盾构法隧道的防水不仅关系到隧道使用功能的正常发挥，而且关系到隧道使用寿命的长短，其中，接缝的防水能力是保证隧洞安全与正常工作的重要指标。盾构隧道接缝多采用密封垫进行防水，目前对盾构隧道密封垫防水性能的测试通常借助试验装置进行。

[0003] 经过检索发现：

[0004] 申请公开号为CN112834118A的中国发明专利，公开一种用于盾构隧道密封垫防水性能测试装置，包括固定单元和加压单元，固定单元包括弧形块和控制机构，弧形块内开有弧形通槽，弧形通槽的一侧内滑动连接有第一弧形条，另一侧内滑动连接有第二弧形条；第一弧形条上设有第一弧形夹块，第二弧形条上设有第二弧形夹块；控制机构用于控制弧形通槽内的压强；加压单元包括注水机构和固定块，固定块能够密封贴合在第一弧形夹块、第二弧形夹块上；固定块内开有空腔，空腔能与第一弧形夹块与第二弧形夹块的连接处相对。使用本方案，能够很好的模拟密封垫所处环境，有效提高测试结果的准确性。但是，该专利仍存在以下问题：不能开展其他形状接缝的防水试验，且自动化程度有待进一步提高。

[0069] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0070] 参照图1‑4，为本发明一实施例提供的高自动化多功能盾构隧道接缝防水试验装置的结构示意图，该装置包括门型框架1、多角度加载机构、模拟接缝结构7、操作平台机构、滑动翻转机构6、水压加载机构3、渗漏水观测机构和控制机构9，其中：门型框架1用于提供支撑作用；多角度加载机构包括竖向加载机构201、横向加载机构202和纵向加载机构203，竖向加载机构201设于门型框架1内的顶部，竖向加载机构201用于向下施加压力；横向加载机构202设于门型框架1内的侧壁上，横向加载机构202沿水平方向施加压力，且施加的压力方向平行于门型框架1所在平面；纵向加载机构203固定于门型框架1上，沿垂直于门型框架1所在平面的水平方向施加压力；模拟接缝结构7包括底板和盖合于底板上的盖板，底板和盖板之间形成预设形状的接缝，待测试密封垫设于接缝中以进行防水性能测试；操作平台机构能够沿垂直于门型框架1的平面方向移动，模拟接缝结构7于操作平台机构上进行防水性能测试；滑动翻转机构6用于将盖板吸起并翻转；水压加载机构3向模拟接缝结构7施加水压；渗漏水观测机构用于观测接缝的渗漏水情况；控制机构9分别与竖向加载机构201、横向加载机构202、纵向加载机构203、水压加载机构3和渗漏水观测机构连接，控制机构9根据试验要求，控制竖向加载机构201、横向加载机构202和纵向加载机构203对盖板和板施加压力，并控制水压加载机构3施加水压。

[0071] 本发明实施例中，通过门型框架1、操作平台机构、模拟接缝结构7、多角度加载机构、滑动翻转机构6等各机构之间的相互配合，组成一套多功能高自动化盾构隧道接缝防水测试装置，可以开展预设形状的接缝如一字缝和T字缝的防水试验，通过滑动翻转机构6方便很重的顶部盖板的搬运和翻转，可以减轻试验人员搬卸盖板的难度，保障试验过程中的安全。

[0072] 在一些实施方式中，门型框架1为门型钢结构骨架，包括顶部横梁101、第一立柱102、第二立柱103和框架底座104，框架底座104与地基连接，框架底座104设置为水平，用于固定整个试验装置，两侧的立柱用于支撑顶部横梁101，顶部横梁101主要用于悬吊竖向加载机构201和纵向加载机构203，并提供上述加载机构所需要的反力。

[0073] 在一些实施方式中，竖向加载机构201包括固定于门型框架1内顶部的四个油缸，油缸的底部连接有撑靴，油缸通过撑靴与盖板作用，撑靴为正方形板结构，采用塑料材质，刚度大，不会变形，可承受较大压缩力而不变形，油缸向下加载位移时撑靴压在盖板上，四个油缸伺服控制，通过调整四个油缸的行程实现撑靴的倾斜角度调整，可满足不同张开量条件下密封垫防水测试要求。横向加载机构202包括第一千斤顶，第一千斤顶悬吊于门型框架1的顶部横梁101，沿水平方向施加压；进行一字缝试验时，用于调整底板和盖板上下两块板之间的错台量，进行T字缝试验时，用于压紧两T形构件(即L形底板721)之间的密封垫。纵向加载机构203包括一个第二千斤顶，第二千斤顶的伸缩方向垂直于第一千斤顶的伸缩方向，进行一字缝试验时不使用该第二千斤顶，进行T字缝试验时，第二千斤顶用于对可活动的T形构件施加压力，将两T形构件分开使两T形构件产生错台。

[0074] 在一些实施方式中，模拟接缝结构7包括一字缝试验结构，参照图5‑图9，包括由下至上依次设置的正方形底板712、第一正方形内胆713和第一正方形盖板711；第一正方形盖板711、正方形底板712和第一正方形内胆713均由钢材料制成，正方形底板712和第一正方形盖板711与撑靴的形状和大小均相同，第一正方形盖板711内设有正方形凹槽，正方形凹槽比第一正方形盖板711小，正方形凹槽与第一正方形内胆713的尺寸相同，第一正方形盖板711顶部预留用于加载水压的孔洞；第一正方形内胆713的外周与正方形凹槽之间的空间用于容置待测试密封垫8，第一正方形内胆713分别与正方形底板712和第一正方形盖板711固定连接，具体的，第一正方形内胆713为粘贴弹性密封垫的钢结构，可嵌入第一正方形盖板711的凹槽中，通过设置在四个角的螺栓分别与第一正方形盖板711和正方形底板712连接，可根据实验工况，于第一正方形盖板711内加工成单道防水测试凹槽或双道防水测试凹槽结构，同时对第一正方形内胆713的结构进行相应地调整。

[0075] 在一些实施方式中，模拟接缝结构7还包括T字缝实验结构，参照图10‑图13，包括两个L形底板721、L形内胆722、第二正方形盖板723和第二正方形内胆724，其中：L形底板721、L形内胆722、第二正方形盖板723和第二正方形内胆724均由钢材料制成，；L形底板721为形状为“L”形的钢结构，两个L形底板721拼接成T缝，L形底板721内设有L形凹槽，L形凹槽比L形底板721小，L形凹槽与L形内胆722尺寸相同；L形内胆722的外周与L形凹槽之间的空间用于容置待测试密封垫8，具体的，L形内胆722为粘贴弹性密封垫钢结构，可嵌入L形凹槽中，L形内胆722通过设置在角部的螺栓与L形底板721连接，L形内胆722可根据实验工况调整结构形式，可加工成单道防水测试结构或双道防水测试结构；第二正方形盖板723和第二正方形内胆724与一字缝实验结构中相应的结构相同，第二正方形盖板723盖合于两个L形底板721的顶部，两个L形底板721的顶部与第二正方形盖板723的尺寸相同；第二正方形盖板723内设有正方形凹槽；第二正方形盖板723的顶部预留用于加载水压的孔洞；第二正方形内胆724设于第二正方形盖板723与两个L形底板721的顶部之间，第二正方形内胆724的外周与正方形凹槽之间的空间用于容置待测试密封垫8。

[0076] 上述实施例中，盖板(包括第一正方形盖板711和第二正方形盖板723)的尺寸设置为不小于1.5m，可满足国内最厚70cm管片的双道防水模拟，即两道防水密封垫8之间45cm间距，从而可以适用目前国内各种直径大小的盾构隧道。

[0077] 在一些实施方式中，操作平台机构包括底座501、操作平台502和滑轨，其中：底座501固定于地面，在装置安装时调成水平；操作平台502位于底座501上方，操作平台502供放置模拟接缝结构7，便于粘贴或更换试验用的密封垫8；滑轨设于底座501下方，操作平台502带动模拟接缝结构7沿滑轨滑进或滑出门型框架1。

[0078] 在一些实施方式中，滑动翻转机构6包括电磁吸盘601、支架602、翻转平台和滑道603，其中：翻转平台用于放置盖板并提供待测试密封垫更换的操作平台；电磁吸盘601用于将盖板吸起并翻转180°置于翻转平台，在翻转平台上进行密封垫的粘贴；支架602设于电磁吸盘601的两侧，用于提供支撑作用；滑道603设于支架602的下方，支架602通过滑道603带动电磁吸盘601及整个滑动翻转机构6移动。试验开始前，一字缝实验结构或T字缝实验结构通过其底部的滑轨从外侧滑至试验台下方进行试验，试验结束后，一字缝实验结构或T字缝实验结构通过其底部的滑轨滑出试验台，滑至翻转平台，翻转平台通过电磁吸盘601将盖板吸起并翻转180°至于翻转平台，在翻转平台上可进行试验密封垫的粘贴，T字缝实验结构中的两L形底板721置于滑道603上，可通过人工利用滑道603分开。

[0079] 上述实施例中，控制机构9为通过软件输入控制的系统，输入量包括密封垫的张开量、错台量、水压等，其中潮汐作用下水压对应于水压曲线，根据输入量，可以控制水压加载机构3施加恒定水压或潮汐作用下的水压，并控制多角度位移加载机构施加压力，实现对实验初始条件的自动控制。水压加载机构3施加潮汐作用下的水压或恒定水压，潮汐水压可按照设定水压曲线，通过调节液压活塞油缸，实现周期潮汐作用。渗漏水观测机构包括：多个工业摄像头和分析模块，多个工业摄像头用于连续拍摄接缝照片；分析模块，通过分析接缝照片得到接缝渗漏水情况。

[0080] 在一些实施方式中，该装置还包括与控制机构9连接的输出机构，输出机构用于输出防水试验报告。具体地，输出的防水试验报告包括水压随着时间的变化曲线、渗漏水时间、渗漏点位照片等，该机构具有接口，可传输文件及数据输出，该机构同时具有用于显示报告的显示屏幕。

[0081] 本发明另一实施例提供一种盾构隧道接缝防水试验方法，利用上述的高自动化多功能盾构隧道接缝防水试验装置实现，该方法包括：

[0082] S1，于模拟接缝结构7的接缝处粘贴待测试密封垫8；

[0083] S2，利用滑动翻转机构6吸取盖板，并将盖板放置于底板上；

[0084] S3，通过操作平台机构将模拟接缝结构7推至门型框架1下方并固定；具体地，门型框架1与模拟接缝结构7之间通过卡扣固定，例如，门型框架1上设有第一卡槽，模拟接缝结构7的对应位置设有第二卡槽，第一卡槽和第二卡槽通过插销固定。

[0085] S4，根据试验设定的错台量、张开量和水压情况，控制竖向加载机构201、横向加载机构202和纵向加载机构203对盖板和底板施加压力；

[0086] S5，控制水压加载机构3逐级施加水压，并通过渗漏水观测机构和压力曲线观测接缝渗漏水的过程，当压力骤减时，说明密封垫8密封失效；其中，压力曲线为表示时间与加压设备的压力之间关系的曲线；

[0087] S6，控制水压加载机构3释放水压，所有千斤顶缩回，竖向加载机构、横向加载机构和纵向加载机构分别慢慢卸载压力，回缩渗漏水观测机构，拆除反力支撑；

[0088] S7，利用操作平台机构将模拟接缝结构7移出门型框架1；

[0089] S8，利用滑动翻转机构6翻转盖板，并移出密封垫8。

[0090] 在一具体实施方式中，利用一字缝实验结构进行一字缝防水测试的过程包括以下步骤：

[0091] (1)根据试验情况，制作2个第一正方形内胆713，根据试验要求设置内胆沟槽，通过螺栓固定于第一正方形盖板711和正方形底板712上；

[0092] (2)在第一正方形内胆713预留密封垫沟槽处刷胶，粘贴试验用弹性密封垫(即待测试的密封垫8)；

[0093] (3)静置半小时后，用电磁吸盘601吸取第一正方形盖板711，翻转180°，置于正方形底板712上；

[0094] (4)将第一正方形盖板711和正方形底板712推至试验台下方，并固定；

[0095] (5)根据试验预定的错台量、张开量、水压情况，输入试验自动控制系统，多角度位移加载机构将一字缝实验结构的第一正方形盖板711和正方形底板712调成试验工况；

[0096] (6)点击开始按钮开始试验，水压逐级施加，并通过渗漏水观测机构和压力曲线观测渗漏水的过程，当压力骤减时，说明密封失效；

[0097] (7)试验结束，释放水压，回缩渗漏水观测机构，拆除反力支撑；

[0098] (8)将一字缝实验结构移出试验台；

[0099] (9)翻面并移出弹性密封垫。

[0100] 在一具体实施方式中，利用T字缝实验结构进行T字缝防水测试的过程包括以下步骤：

[0101] (1)根据试验情况，制作1个第二正方形内胆724和2个L形内胆722，根据试验要求设置内胆沟槽，通过螺栓固定于第二正方形盖板723和两L形底板721上；

[0102] (2)在内胆预留密封垫沟槽处刷胶，粘贴试验用弹性密封垫(即待测试的密封垫8)；

[0103] (3)静置半小时后，用吸盘吸取第二正方形盖板723，翻转180°，置于T形结构上；

[0104] (4)将第二正方形盖板723和两L形底板721推至试验台下方，并固定；

[0105] (5)根据试验预定的错台量、张开量、水压情况，输入试验自动控制系统，多角度位移加载机构将T字缝实验结构的第二正方形盖板723和L形底板721调成试验工况；

[0106] (6)点击开始按钮开始试验，水压逐级施加，并通过渗漏水观测机构和压力曲线观测渗漏水的过程，当压力骤减时，说明密封失效；

[0107] (7)试验结束，释放水压，回缩渗漏水观测机构，拆除反力支撑；

[0108] (8)将T字缝实验结构移出试验台；

[0109] (9)翻面并移出弹性密封垫。

[0110] 本发明上述实施例中的盾构隧道接缝防水试验装置及方法，通过门型框架、操作平台机构、模拟接缝结构、多角度的加载机构、滑动翻转机构等各机构之间的相互配合，组成一套多功能高自动化盾构隧道接缝防水测试装置，可以开展预设形状的接缝如一字缝和T字缝的防水试验，通过滑动翻转机构方便很重的顶部盖板的搬运和翻转，可以减轻试验人员搬卸盖板的难度，保障试验过程中的安全。通过包括横向、纵向和竖向的三向加载机构实现多角度的位移加载，能够准确控制密封垫之间的各种错台量、张开量及其组合。而且，各个方向的加载机构和门型框架的结构稳定性较强，可满足最大5MPa水压的试验。

[0111] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。