CN109000609A - 无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置及测试方法，包括定位杆、混凝土应变计、定位扣环、固定管和可安装在围岩上的固定底座，固定管固接在固定底座上，定位杆的两端分别与一固定管连接，定位扣环安装在定位杆上，混凝土应变计的两端包括应变计端部圆盘，混凝土应变计间隙套接于定位扣环内，且通过应变计端部圆盘实现对混凝土应变计的阻挡限位。该混凝土应变测试装置不仅能够提前预制，现场埋设快捷，提高埋设的工作效率，同时装置结构简单、部件较少，对永久性锚喷支护结构原有受力特征扰动较小。利用该装置及测试方法，可准确的测试出锚喷支护隧道无钢架支护形式下的混凝土应变分布。

Description

无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及隧道结构测试技术领域，尤其涉及一种无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置及测试方法。

背景技术

永久性锚喷支护技术是源自于挪威法的隧道施工主流支护技术之一。永久性锚喷支护形式由两层或多层喷射混凝土及与围岩条件对应的必要支护构件组成，其支护构件通常为锚杆、钢架，相比于新奥法常采用的复合式衬砌支护形式，前者无需架立钢筋及模注二次衬砌，大大加快了隧道施工速度，节约了人力物力，具有较高的经济性。

为研究永久性锚喷支护结构的受力特征，工程人员需要对其喷砼结构的应力、应变发展规律予以长期监测。目前，隧道支护结构测试中混凝土应变计的埋设固定方法主要为：直接绑定于环向钢架上、沿径向打设钢筋或架立环向钢筋辅助埋设。

首先，将应变计绑定于钢架上的固定方法仅能适用于需布设钢架的支护形式中，对未设置钢架的支护形式(即无钢架锚喷支护隧道)不具适应性；

然后，对于无钢架锚喷支护隧道，目前常采用沿径向向围岩打设钢筋并将应变计捆绑于钢筋上的固定方式，为保证固定效果以防止喷砼的巨大冲击力导致应变计发生的相错滑动等不利位移，常常出现过度捆绑应变计的现象，导致应变计与钢筋共同变形；

最后，对于永久性锚喷支护结构内架立环向钢筋进行辅助固定埋设的方式，由于环向钢筋的存在，将使支护结构的受力特征发生变化，导致测试数据有效性的降低，同时，现有混凝土应变计的埋设固定方法不便于测试支护结构的任一位置的应变变化或者应力分布。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够对无钢架锚喷支护隧道各支护形式均具适应性，埋设方式方便简捷、测试数据准确有效的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置及测试方法，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明首先公开了一种无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置，包括定位杆、混凝土应变计、定位扣环、固定管和可安装在围岩上的固定底座，所述固定管固接在所述固定底座上，所述定位杆的两端分别与一所述固定管连接，所述定位扣环安装在所述定位杆上，所述混凝土应变计的两端包括应变计端部圆盘，所述混凝土应变计间隙套接于定位扣环内，且通过所述应变计端部圆盘实现对混凝土应变计的阻挡限位。

进一步的，所述固定管包括套管和伸缩管，所述伸缩管可伸缩式插接于所述套管内，所述套管的一端与所述固定底座固接，所述定位杆的两端均与所述套管连接或者均与所述伸缩管连接。

进一步的，所述套管的另一端设置有锥形外螺纹部，所述锥形螺纹管部匹配连接有内设锥形内螺纹的固定套以夹紧固定所述伸缩管。

进一步的，所述伸缩管的表面沿其轴向标刻有刻度线。

进一步的，所述定位杆的两端与所述固定管垂直设置，所述固定管相对于所述定位杆对称设置。

进一步的，所述定位扣环采用圆形登山扣环。

然后本发明公开了一种如上述方案所述的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置的测试方法，包括如下步骤：

1)沿隧道环向将混凝土应变测试装置安装固定在隧道围岩面上，通过旋拧固定套调整伸缩管的长度至待测应变深度处，并使用定位扣环间隙套接所述混凝土应变计；

2)将混凝土应变计的应变计测试引线引至集线箱内予以集中保护；

3)待隧道锚喷支护结构施做完毕后，制作混凝土应变修正试件，在所述混凝土应变修正试件中设置混凝土应变计；

4)定期监测隧道支护结构及凝土应变修正试件的应变计数据，通过凝土应变修正试件的应变计数据对隧道支护结构混凝土应变值予以修正，得到锚喷支护隧道各支护形式的混凝土应变分布。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供了一种无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置及测试方法，从而可准确的测试出无钢架锚喷支护隧道各支护形式的混凝土应变分布。该混凝土应变测试装置不仅能够提前预制，现场埋设时仅需打设固定螺丝将装置予以固定即可定位混凝土应变计，提高埋设的工作效率，而且，装置结构简单、部件较少，对永久性锚喷支护结构原有受力特征扰动较小，保证测试数据的有效性，此外，装置具有可伸缩功能，可满足不同测试深度的要求，有效解决了因隧道超挖导致需临时增加测试深度的问题，并且依据装置表面的刻度值可实时读取当前装置长度，将长度予以换算即可求得对应测试深度。该测试方法通过修正试件的数据对隧道支护结构混凝土应变值予以修正，保证测试数据的准确性，同时，对永久性锚喷支护隧道各支护形式均具适应性，能够满足埋设方式方便简捷，测试数据准确有效的测试要求。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例公开的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置的轴测结构示意图；

图2为本发明实施例公开的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置的主视结构示意图；

图3为本发明实施例公开的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例公开的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置的套管和伸缩管连接示意图。

图5为本发明实施例公开的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置置于拱顶处安装示意图；

图6为本发明测试方法测试无钢架支护形式的隧道支护结构拱顶混凝土应变示意图；

图7为图6的A-A处剖视放大示意图。

图例说明：

1、定位杆；

2、混凝土应变计；21、测试引线；22、应变计端部圆盘；23、应变计外壳；

3、定位扣环；

4、固定管；41、套管；411、圆管部；412、锥形螺纹管部；42、伸缩管；43、固定套；

5、固定底座；51、固定圆孔；52、固定螺丝；

6、测试引线定位扣；61、定位扣固定螺丝；

7、集线箱；

8、混凝土应变修正试件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1-图7所示，本发明实施例首先公开了一种无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置，包括定位杆1、混凝土应变计2、定位扣环3、固定管4和连接围岩与固定管4的固定底座5，所述定位杆1的两端分别与所述固定管4连接，所述定位扣环3安装在所述定位杆1上，所述混凝土应变计2间隙套接于定位扣环3内，且通过应变计端部圆盘22实现对混凝土应变计2的阻挡限位，调整固定管4长度可将混凝土应变计置于待测应变深度处。该混凝土应变测试装置不仅能够提前预制，现场埋设时仅需打设固定螺丝52将装置予以固定即可定位混凝土应变计2，提高埋设的工作效率，同时装置结构简单、部件较少，对永久性锚喷支护结构原有受力特征扰动较小，保证测试数据的有效性。

本实施例中，固定底座5采用直径为6cm～10cm，厚度为5mm～10mm的金属圆盘，固定螺丝52采用现有技术中的膨胀螺丝，螺丝规格为M6～M10，螺丝长度为80mm～120mm，固定圆孔51可采用钻孔机械钻取与固定螺丝52规格对应的螺孔得到，通过固定圆孔51打设固定螺丝52可将装置予以固定。

本实施例中，固定管4包括金属材质的套管41、伸缩管42和固定套43。套管41一端与固定底座5相连，另一端与伸缩管42相连，通过旋拧固定套43调整伸缩管42长度可将另一端固定于特定深度处，由于其具有可伸缩的功能，使得装置不仅对各支护形式不同混凝土厚度的应变测试均具适应性，还能满足任一混凝土厚度的不同测试深度的要求，此外，其表面刻有刻度值，可实时读取当前装置长度，将长度予以换算即可求得对应测试深度。本实施例的套管41由圆管部411和锥形螺纹管部412组成，圆管部411采用外径3cm～4cm、管长10cm～15cm的薄壁金属圆管，锥形螺纹管部412采用大口端内径与圆管部411一致、小口端内径小于圆管部411、管长2cm～3cm的锥形管，锥形螺纹管部412外表面设有螺纹，圆管部411一端和锥形螺纹管部412大口段、另一端和固定底座5均采用现有技术中的焊条电弧焊进行连接。本实施例的伸缩管42采用外径稍小于锥形螺纹管部412小口端、管长等长于或稍小于套管41的薄壁金属圆管，伸缩管42通过锥形螺纹管部412小口端管口放置于其内，并保证伸缩管42可沿管口伸出或缩进滑移顺畅，此外，伸缩管42表面需刻有分度值为1cm的刻度值。本实施例的固定套43为大口段内径、小口端内径、管长均稍小于锥形螺纹管部412的锥形管结构，管内设有与锥形螺纹管部412匹配的锥形内螺纹，通过正向旋拧固定套43紧握锥形螺纹管部412，下压伸缩管42产生摩擦实现自锁，反之，反向旋拧固定套43降低紧握程度，以实现伸缩管42的自由伸缩。

本实施例中，定位杆1布置于固定管4的上下两端，定位杆1采用外径为10mm～15mm，长为16～20cm的金属杆，其中布置于下端的定位杆1(两端均与套管41固接)到固定底座5的距离为3cm～5cm，布置于上端的定位杆1与伸缩管42的上端头相连(两端均与伸缩管42固接)，定位杆1和套管41、伸缩管42采用现有技术中的焊条电弧焊进行连接。两根定位杆1的布置不仅能够提高了装置的稳定性，更重要的是为混凝土应变计2提供两个不同测试深度的定位平台，以此可测得隧道同一位置处不同深度的混凝土应变分布(也可以梯度布设为多个，具体是需求而定)。

本实施例中，定位扣环3一侧固定于定位杆1上、另一侧将混凝土应变计2扣于环内。定位扣环3采用现有技术中的圆形登山扣环，定位扣环3布置于定位杆1两侧，定位扣环3间距稍小于应变计端部圆盘22间距，扣环内径稍大于应变计外壳23的直径且小于应变计端部圆盘22直径，使混凝土应变计2被扣定于定位扣环3内的同时，与定位扣环3间存有间隙防止两者共同变形的发生影响混凝土应变计2的测试精度。定位扣环3和定位杆1用现有技术中的焊条电弧焊进行连接。

本装置结构简单、部件较少，对锚喷支护结构原有受力特征扰动较小，避免传统的混凝土应变计2由于依附于钢筋或钢架，因为钢筋或钢架变形导致混凝土应变计2变形进而导致混凝土应变计2测试失真的问题。保证测试数据的有效性，此外，装置具有可伸缩功能，可满足不同测试深度的要求，有效解决了因隧道超挖导致需临时增加测试深度的问题，并且依据装置表面的刻度值可实时读取当前装置长度，将长度予以换算即可求得对应测试深度。

如图5至图7所示，本实施例的无钢架锚喷支护隧道混凝土应变测试方法，包括以下步骤：

1)沿隧道环向通过固定底座5打设固定螺丝52，将装置安装固定在隧道围岩面上，通过旋拧固定套43调整伸缩管42长度至待测应变深度处，并使用定位扣环3间隙套接所述混凝土应变计2；

2)混凝土应变计2埋设完成后，利用测试引线定位扣6将测试引线21沿围岩面引至集线箱7内予以集中保护；

3)以喷大板的方式制作混凝土应变修正试件8，并将混凝土应变计2埋入混凝土应变修正试件8内，将隧道支护结构及混凝土应变修正试件8置于同一条件下养护；

4)定期监测隧道支护结构及混凝土应变修正试件8的应变计数据，通过混凝土应变修正试件8的数据对隧道支护结构混凝土应变计2应变值予以修正，以得到锚喷支护隧道各支护形式的混凝土应变分布情况。

本实施例中，测试引线定位扣6用于固定测试引线21，使测试引线21顺利引至集线箱7内予以集中保护。测试引线定位扣6采用现有技术中的马鞍卡扣，马鞍卡扣布置间距为1m～1.5m，根据测试引线21的数量选取可容纳全部测试引线21的对应公称通径的马鞍卡扣，通过打设定位扣固定螺丝61将马鞍卡扣予以固定。定位扣固定螺丝61采用现有技术中的膨胀螺丝，螺丝规格为M6～M8，螺丝长度为65mm～80mm。

本实施例中，混凝土应变修正试件8用于修正隧道支护结构混凝土应变测试结果。由于混凝土应变修正试件8与隧道支护结构采用相同材料制取并于同一条件下进行养护，且未受任何外力作用，故可利用混凝土应变修正试件8的应变值对隧道支护结构混凝土应变值进行修正，以排除混凝土收缩徐变及温度变化对测试结果的影响。

本实施例的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置的实施步骤如下：

步骤一：取2个直径为8cm，厚度为10mm的金属圆盘，采用钻孔机械在各个圆盘表面钻取3个8mm圆形螺孔得到固定底座5；

步骤二：取2根管径3.5cm、管长12cm的薄壁金属圆管作为套管41的圆管部411，取2根管径3.2cm、管长10cm的薄壁金属圆管作为伸缩管42，取2个大口段管径3.5cm、小口段管径3.3cm、管长2cm的薄壁金属锥形管作为套管41的锥形螺纹管部412，锥形螺纹管部412外表面刻设有螺纹，取2个大口段管径3.4cm、小口段管径3.2cm、管长2cm的锥形管作为固定套43，固定套43内表面刻设有与锥形螺纹管部412匹配的锥形内螺纹，采用焊条电弧焊的方式将圆管部411一端与锥形螺纹管部412的大口段进行焊接，完成套管41的制作，将伸缩管42通过锥形螺纹管部412的管口放置于其内，调整伸缩管42至适宜伸出长度后，旋拧固定套43固定伸缩管42，完成固定管4的制作，将固定管4圆管部411端与步骤一中固定底座5采用焊条电弧焊的方式进行焊接；

步骤三：取2根外径为15mm，长为18cm的金属杆作为定位杆1，采用焊条电弧焊的方式将步骤二中两根套管41或者两根伸缩管42焊接于一体，焊接位置分别为伸缩管42上端头、距离套管41的下端头3cm～5cm位置处；

步骤四：取4个圆形登山扣环，扣环规格满足内径稍大于所埋应变计外壳23直径且小于应变计端部圆盘22直径的要求，采用焊条电弧焊的方式将4个圆形登山扣环焊于步骤三中2根定位杆1的两端，同时单根定位杆1上的扣环焊接间距稍小于所埋应变计端部圆盘22间距；

步骤五：将混凝土应变计2装入步骤四中圆形登山扣环内，确认扣环在能较好扣定混凝土应变计2的同时，与混凝土应变计2间留有间隙，经确认后，即视为装置预制完成。

本实施例的无钢架锚喷支护隧道混凝土应变测试方法的实施步骤如下：

步骤一：隧道需测试部位开挖完成后，将预制好的测试装置放置于隧道需测试部位，通过向围岩打入M8膨胀螺丝将装置予以固定，调整固定管4的长度将其一端固定于待测应变深度处，将混凝土应变计2装入定位扣环3内，并记录当前固定管4的刻度值，将当前刻度值与套管41的长度相加，即可得到混凝土应变计2当前测试深度。

步骤二：采用公称通径为15mm的马鞍卡扣并打设定位扣固定螺丝61(膨胀螺丝)将测试引线21沿围岩面引至集线箱7内予以集中保护。

步骤三：待隧道锚喷支护结构施做完毕后，以喷大板的方式制作2个混凝土应变修正试件8，并将混凝土应变计2埋入混凝土应变修正试件8内，将隧道支护结构及混凝土应变修正试件8于同一条件下养护。

步骤四：定期监测隧道支护结构及混凝土应变修正试件8应变计数据，通过2个混凝土应变修正试件8的应变平均值对隧道支护结构混凝土应变值予以修正，即支护结构混凝土应变值减去应变修正混凝土应变修正试件8的应变平均值便可得到支护结构混凝土应变真实值，依据不同测试深度的测点应变可得到锚喷支护隧道当前支护形式的混凝土应变分布。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置，其特征在于，包括定位杆(1)、混凝土应变计(2)、定位扣环(3)、固定管(4)和可安装在围岩上的固定底座(5)，所述固定管(4)固接在所述固定底座(5)上，所述定位杆(1)的两端分别与一所述固定管(4)连接，所述定位扣环(3)安装在所述定位杆(1)上，所述混凝土应变计(2)的两端包括应变计端部圆盘(22)，所述混凝土应变计(2)间隙套接于定位扣环(3)内，且通过所述应变计端部圆盘(22)实现对混凝土应变计(2)的阻挡限位。

2.根据权利要求1所述的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置，其特征在于，所述固定管(4)包括套管(41)和伸缩管(42)，所述伸缩管(42)可伸缩式插接于所述套管(41)内，所述套管(41)的一端与所述固定底座(5)固接，所述定位杆(1)的两端均与所述套管(41)连接或者均与所述伸缩管(42)连接。

3.根据权利要求2所述的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置，其特征在于，所述套管(41)的另一端设置有锥形外螺纹部(412)，所述锥形螺纹管部(412)匹配连接有内设锥形内螺纹的固定套(43)以夹紧固定所述伸缩管(42)。

4.根据权利要求3所述的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置，其特征在于，所述伸缩管(42)的表面沿其轴向标刻有刻度线。

5.根据权利要求1-4任一所述的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置，其特征在于，所述定位杆(1)的两端与所述固定管(4)垂直设置，所述固定管(4)相对于所述定位杆(1)对称设置。

6.根据权利要求1-4任一所述的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置，其特征在于，所述定位扣环(3)采用圆形登山扣环。

7.一种如权利要求3-6任一所述的无钢架锚喷支护隧道用混凝土应变测试装置的测试方法，包括如下步骤：

1)沿隧道环向将混凝土应变测试装置安装固定在隧道围岩面上，通过旋拧固定套(43)调整伸缩管(42)的长度至待测应变深度处，并使用定位扣环(3)间隙套接所述混凝土应变计(2)；

2)将混凝土应变计(2)的应变计测试引线(21)引至集线箱(7)内予以集中保护；

3)待隧道锚喷支护结构施做完毕后，制作混凝土应变修正试件(8)，在所述混凝土应变修正试件(8)中设置混凝土应变计(2)；

4)定期监测隧道支护结构及凝土应变修正试件(8)的应变计数据，通过凝土应变修正试件(8)的应变计数据对隧道支护结构混凝土应变值予以修正，得到锚喷支护隧道各支护形式的混凝土应变分布。