CN108709534B - 盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置及其安装方法，隧道模型位于模型槽内，隧道模型上设置位移计与应变片，位移计、应变片与数据采集仪连接，可以全面实时监测隧道模型受力后的纵向和横向变形演化情况；土层位于所述隧道模型周围，还原真实的隧道周围土体性质；压力装置位于土层上，用于模拟出地表临时堆载作用；模型试验装置按与实际隧道的几何相似比、容重相似比设计，保证了与原型隧道的一致性；通过研究在模拟地表堆载下，管片结构张开、错台、螺栓内力、管片受力、收敛变形情况，得到盾构隧道结构变形演化规律；在此基础上，评价管片在地表荷载下的损伤程度，为实际工程提供借鉴。

Description

盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及隧道交通模拟试验技术领域，具体说是涉及一种地表临时荷载作用下的盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置。

背景技术

地表临时堆载下，盾构隧道管片纵向和横向变形演化机制的模型试验研究通常是以土箱形式进行，模型置于试验土体介质中。因岩土体中含水量等因素的影响，模型试验过程中应力应变等数据的采集难度较大；无法得到盾构隧道结构变形演化规律及管片在地表荷载下的损伤程度。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种可在室内用于模拟临时荷载作用下盾构隧道结构受力变形的模型试验装置。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是，盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置，包括模型槽、隧道模型、土层、压力装置；所述隧道模型位于所述模型槽内，所述隧道模型上设置位移计与应变片，所述位移计、应变片与数据采集仪连接；所述土层位于所述隧道模型周围；所述压力装置位于隧道模型土层表面。

优选地，所述隧道模型还包括螺栓、管片、所述位移计和应变片，所述隧道通过管片和螺栓拼接而成，所述管片的周边内、外侧对称环向布设所述应变片，所述管片的上下布设所述位移计。

优选地，所述压力装置包括压力计、千斤顶、加压板，所述加压板位于所述隧道模型上方的土层上，所述压力计位于所述加压板上，所述千斤顶位于所述压力计上，其上方设置反力架，所述反力架与所述钢架的顶端连接。

优选地，所述模型槽为钢板连接成的顶端开口的箱体，所述钢板一周设置肋钢，两侧面设置钢架，所述钢架与所述肋钢连接。

本发明实施例还提供了一种模型试验装置的安装方法，包括以下步骤：

(1)管片模型制作；配制一定比例的砂浆，通过管片模具浇注形成管片；

(2)安装模型槽；将预设尺寸的钢板连接成上端开口的箱体，环绕钢板表面设置肋钢，在两侧面设置钢架，所述钢架与所述肋钢连接，填充砂土在模型槽中；

(3)安装隧道模型；隧道模型放置在模型槽中，在隧道模型管片的内侧以90°的圆心角分布位移计，以45°的圆心角在管片内外侧的边缘对称分布设置应变片；在隧道模型纵向接头的连接螺栓上及环向接头的连接螺栓上设置所述应变片；所述应变片、位移计与外部数据采集仪连接；

(4)铺设土层；在所述隧道模型上方铺设土层；

(5)安装压力装置；在所述隧道模型的正上方中部设置加压板，所述加压板上设置压力计，在所述压力计上设置千斤顶，在千斤顶的上方设置反力架，所述反力架与所述钢架的顶端连接。

与相关技术比较，本发明实施例采用的技术方案的有益效果是，本发明实施例的盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置，包括模型槽、隧道模型、土层、压力装置、应变片和位移计；所述隧道模型位于所述模型槽内，所述隧道模型上设置位移计与应变片，所述位移计、应变片与数据采集仪连接；所述土层位于所述隧道模型上方；所述压力装置位于土层表面；装置结构简单，模型试验装置按与实际隧道的几何相似比、容重相似比设计，保证了与原型隧道的一致性；在隧道模型中设置位移计、应变片，可以全面实时监测隧道模型受力后的纵向和横向变形演化情况；压力装置在隧道模型的上方，有助于对隧道模型力的施加，更能准确模拟出地表临时堆载作用。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的管片环向测点情况示意图；

图3是本发明实施例的连接螺栓测点示意图。

其中，模型槽1、隧道模型2、管片3、土层4、钢架5、反力架6、压力计7、千斤顶8、加压板9、数据采集仪10、肋钢11、环向接头12、纵向接头13、位移计14、应变片15、连接螺栓16。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置，包括模型槽1、隧道模型2、土层4、压力装置；所述隧道模型2位于所述模型槽1内，所述隧道模型2上设置位移计14与应变片15，所述位移计14、应变片15与数据采集仪10连接，实时全面地监测采集隧道模型2的受力数据变化值；所述土层4位于所述隧道模型2的上方；所述压力装置位于所述土层4上，压力装置对隧道模型施加力，模拟地表临时堆载。本发明实施例的模型试验装置与实际隧道原型的几何相似比、强度、应力、凝聚力、弹性模量相似比均为1:10，而容重相似比、泊松比、应变、摩擦角相似比均为1:1。可较好地模拟在地表临时堆载下，隧道模型2受力后的纵向和横向变形演化情况，为实际隧道工程提供可靠的数据支持。

进一步地，所述隧道模型2包括螺栓、多个管片3，所述管片3由螺栓16拼接形成多环的隧道模型2，所述管片3的周边内、外侧对称环向布设所述应变片15，所述管片3的上下布设所述位移计14。

进一步地，环向的相邻管片3和纵向的相邻管片3之间分别通过环向接头12、纵向接头13连接，所述环向接头12、纵向接头13均通过连接螺栓16连接。

隧道模型2的内侧以90°的圆心角分布位移计14，以45°的圆心角在管片3内外侧的边缘对称分布设置应变片15，其中位移计4共4个，应变片15共8对，以此获得管片3的界面内力；

进一步地，所述压力装置包括压力计7、千斤顶8、加压板9，所述加压板位于所述隧道模型2上方的土层4上，所述压力计7位于所述加压板9上，所述千斤顶8位于所述压力计7上，其上方设置反力架6，所述反力架6与所述钢架5的顶端连接。所述加压板9的尺寸为80cm×60cm。

进一步地，所述模型槽1为钢板连接成的顶端开口的箱体，所述钢板一周设置肋钢11，两侧面设置钢架5，所述钢架5与所述肋钢11连接。所述模型槽1的尺寸为2.4m×1.5m×1.8m。

本发明实施例还提供了盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置的安装方法，包括以下步骤：

(1)管片3模型制作；配制一定比例的砂浆，通过管片3模具浇注形成管片3；

(2)安装模型槽1；将预设尺寸的钢板连接成2.4m×1.5m×1.8m上端开口的箱体，环绕钢板表面设置肋钢11，在两侧面设置钢架5，所述钢架5与所述肋钢11连接，填充砂土在模型槽1中；砂土的填充厚度为50cm，通过筛雨法标定控制砂土的实密度；

(3)安装隧道模型2；所述管片3通过螺栓拼接形成多环的隧道模型2；

具体地，在隧道模型2的管片3的内侧以90°的圆心角分布位移计14，以45°的圆心角在管片3内外侧的边缘对称分布设置应变片15，其中位移计4共4个，应变片15共8对，以此获得管片3的界面内力；所述应变片15、位移计14与外部数据采集仪10连接；实时监测采集隧道模型2受力后的纵向和横向变形演化情况；

(4)铺设土层4；在所述隧道模型2上方铺设土层4；土层4的厚度为50cm的细砂，通过筛雨法标定控制砂土的实密度；

(5)安装压力装置；在所述隧道模型2的正上方中部设置加压板9，加压板9的尺寸为80cm×60cm，所述加压板9上设置压力计7，在所述压力计7上设置千斤顶8，在千斤顶8的上方设置反力架6，所述反力架6与所述钢架5的顶端连接。反力架6的设置有助于力的施加，更能准确模拟出地表临时堆载下，盾构隧道管片3纵向和横向变形演化情况。

通过本发明实施例的室内模型试验装置，研究在地表堆载下，管片3结构张开、错台、螺栓内力、管片3受力、收敛变形，得到盾构隧道结构变形演化规律。在此基础上，评价管片3在地表荷载下的损伤程度，为实际工程提供借鉴。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置的安装方法，其特征是，其用于盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置，该装置包括模型槽、隧道模型、土层、压力装置、位移计和应变片；所述隧道模型位于所述模型槽内，所述隧道模型上设置位移计与应变片，所述位移计、应变片与数据采集仪连接；所述土层位于所述隧道模型周围；所述压力装置位于所述土层上；

所述隧道模型包括多个管片，所述管片通过螺栓连接，拼装形成多环的隧道模型；所述管片的周边内、外侧对称环向布设所述应变片，所述管片的四周布设所述位移计；

所述隧道模型由多环管片组成，管片数量根据实际模拟隧道长度确定；管片的内侧以90^o的圆心角分布位移计，以45^o的圆心角在管片内外侧的边缘对称分布设置应变片，其中每环管片布置位移计共4个，应变片共8对；在隧道模型纵向接头的连接螺栓上及环向接头的连接螺栓上设置所述应变片；

该方法包括以下步骤：

（1）管片模型制作；配制一定比例的砂浆，采用铁丝制作钢筋笼，通过管片模具浇注形成管片；

（2）安装模型槽；将预设尺寸的钢板连接成上端开口的箱体，环绕钢板表面设置肋钢，在两侧面设置钢架，所述钢架与所述肋钢连接，填充砂土在模型槽中；通过筛雨法标定控制砂土的实密度；

（3）安装隧道模型；采用管片拼装形成隧道模型，所述隧道模型置于所述模型槽中；

（4）铺设土层；在所述隧道模型周围铺设砂土；通过筛雨法标定控制砂土的实密度；

（5）安装压力装置；在所述隧道模型的正上方中部设置加压板，所述加压板上设置压力计，在所述压力计上设置千斤顶，在千斤顶的上方设置反力架，所述反力架与所述钢架的顶端连接；

其中，所述步骤（3）中，隧道模型为多环结构，在隧道模型管片的内侧以90^o的圆心角分布位移计，以45^o的圆心角在管片内外侧的边缘对称分布设置应变片；在隧道模型纵向接头的连接螺栓上及环向接头的连接螺栓上设置所述应变片；所述应变片、位移计与外部数据采集仪连接。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置的安装方法，其特征是，所述模型槽为钢板连接成的顶端开口的箱体，所述钢板一周设置肋钢，两侧面设置钢架，所述钢架与所述肋钢连接。

3.根据权利要求1或2所述的盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置的安装方法，其特征是，所述模型槽的尺寸为2.4m×1.5m×1.8m。

4.根据权利要求2所述的盾构隧道结构受力变形室内模型试验装置的安装方法，其特征是，所述压力装置包括压力计、千斤顶、加压板，所述加压板位于所述隧道模型上方的土层上，所述压力计位于所述加压板上，所述千斤顶位于所述压力计上，其上方设置反力架，所述反力架与所述钢架的顶端连接。