CN112857848B - 一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于试验装置领域，具体涉及一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置，包括模型箱，所述模型箱外侧壁两侧连接有隧道管，所述模型箱外侧壁两侧靠近所述隧道管下方连接有支撑架，所述模型箱内部填充有填充物；通过防护盒、数据接头和压力感应器的设置，使试验人员在进行螺母的拧动操作时可根据计算机显示出预应力数据进行拧动力量大小的控制和调节，通过连接杆、刻度线和挡板的设置，使隧道管***填充物内部后导致填充物内部坍塌的情况在承重物压力的作用下体现出来，挡板可随填充物的坍塌发生位置的下降，试验人员可通过连接杆上的刻度线进行下降高度大小的观测，使试验数据的准确性提高。

Description

一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置及 方法

技术领域

本发明涉及试验装置领域，具体涉及一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置。

背景技术

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

现有技术存在以下问题：

1、试验人员在进行试验的过程中，无法对螺栓进行拧紧过程中的螺栓预应力进行检测，使每个螺栓的拧紧程度存在大小的差异，过紧易导致支撑板的损伤，过松易发生松动的情况，给试验人员造成不便。

2、试验人员在进行试验的过程中，隧道管在***填充物内部后，填充物的表面因预先压实难以观测到隧道管***后填充物的塌陷情况，使试验反映出的塌陷情况不符合实际情况，使试验数据存在较大的偏差。

为解决上述问题，本申请中提出一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置。

发明内容

(一)发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置，具有可调节及控制螺栓预应力和坍塌检测的特点。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置，包括模型箱，所述模型箱外侧壁两侧连接有隧道管，所述模型箱外侧壁两侧靠近所述隧道管下方连接有支撑架，所述模型箱内部填充有填充物，所述隧道管外侧壁连接有保护套，所述隧道管内侧壁下方连接有支撑板，所述支撑板上表面连接有连接垫，所述支撑板下表面连接有螺栓，所述支撑板上表面对应所述螺栓位置处连接有防护盒，所述防护盒外侧壁一侧转动连接有防护盖，所述螺栓外侧壁靠近所述防护盒内侧连接有螺母，所述螺栓外侧壁靠近所述螺母下方连接有压力感应器，所述压力感应器的一端连接有数据接头。

优选的，防护盖的高度大小大于所述螺栓上端露出的长度大小。

优选的，压力感应器的宽度大小小于所述防护盒内部空间的宽度大小。

优选的，防护盖下表面一侧连接有连接卡扣。

优选的，模型箱上表面通过连接套连接有箱盖，所述箱盖上表面连接有连接杆，所述连接杆靠近所述箱盖内侧的一端连接有承重物，所述承重物下表面连接有挡板。

优选的，连接杆外侧壁开设有刻度线。

优选的，挡板的数量为多个，且多个挡板均匀分布在所述箱盖内侧，且所述箱盖内部空间的长度和宽度大小均为所述挡板长度和宽度大小的倍数。

一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、根据要求进行所述模型箱和所述支撑架之间的连接，向所述模型箱中填入模拟盾构施工现场环境的土体，并将土体压实、静置，通过所述模型箱两侧的开孔将所述隧道管***所述模型箱内部并从另一侧露出；

步骤二、将所述螺栓自下而上***所述隧道管内侧所述支撑板上开设的螺纹孔内部，在所述螺栓外侧上方套设所述防护盒，并将所述压力感应器平铺在所述防护盒的底面上后通过螺纹进行所述螺母的安装；

步骤三、通过外界计算机的数据线与所述压力感应器一端所述数据接头的连接，使所述螺母在进行拧紧的过程中，所述压力感应器检测到的受力数据可通过所述数据接头传递至计算机的AD数据收集板转换后进行识别；

步骤四、试验人员可通过计算机显示出的所述压力感应器检测出的压力数据除以所述螺母下表面的表面积得到对应所述螺栓的预应力数据，使试验人员在进行所述螺母的拧动操作时可根据计算机显示出预应力数据进行拧动力量大小的控制和调节。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1、通过防护盒、数据接头和压力感应器的设置，使试验人员在进行试验的过程中，将螺栓自下而上***隧道管内侧支撑板上开设的螺纹孔内部，在螺栓外侧上方套设防护盒，并将压力感应器平铺在防护盒的底面上后通过螺纹进行螺母的安装，通过外界计算机的数据线与压力感应器一端数据接头的连接，使螺母在进行拧紧的过程中，压力感应器检测到的受力数据可通过数据接头传递至计算机的AD数据收集板转换后进行识别，试验人员可通过计算机显示出的压力感应器检测出的压力数据除以螺母下表面的表面积得到对应螺栓的预应力数据，使试验人员在进行螺母的拧动操作时可根据计算机显示出预应力数据进行拧动力量大小的控制和调节。

2、通过连接杆、刻度线和挡板的设置，使试验人员在进行试验的过程中，挡板上的承重物给予挡板向下的作用力，使隧道管***填充物内部后导致填充物内部坍塌的情况在承重物压力的作用下体现出来，挡板可随填充物的坍塌发生位置的下降，试验人员可通过连接杆上的刻度线进行下降高度大小的观测，使试验数据的准确性提高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的模型箱内部结构示意图；

图3为本发明的螺栓结构示意图；

图4为本发明的箱盖内部结构示意图；

图5为本发明的箱盖立体结构示意图。

附图标记：

1、模型箱；2、隧道管；3、支撑架；4、填充物；5、保护套；61、支撑板； 62、螺栓；63、连接垫；64、防护盒；65、螺母；66、防护盖；67、连接卡扣； 68、数据接头；69、压力感应器；71、箱盖；72、连接套；73、连接杆；74、刻度线；75、承重物；76、挡板。

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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1-5所示，本发明提出的一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置，包括模型箱1，模型箱1外侧壁两侧连接有隧道管2，模型箱1外侧壁两侧靠近隧道管2下方连接有支撑架3，模型箱1内部填充有填充物4，隧道管2外侧壁连接有保护套5，隧道管2内侧壁下方连接有支撑板61，支撑板 61上表面连接有连接垫63，支撑板61下表面连接有螺栓62，支撑板61上表面对应螺栓62位置处连接有防护盒64，防护盒64外侧壁一侧转动连接有防护盖 66，螺栓62外侧壁靠近防护盒64内侧连接有螺母65，螺栓62外侧壁靠近螺母 65下方连接有压力感应器69，压力感应器69的一端连接有数据接头68。

在本实施例中，为了解决试验人员在进行试验的过程中，无法对螺栓62进行拧紧过程中的螺栓62预应力进行检测，使每个螺栓62的拧紧程度存在大小的差异，过紧易导致支撑板61的损伤，过松易发生松动的情况，给试验人员造成不便的问题。

如图1-3所示，试验人员在进行试验的过程中，将螺栓62自下而上***隧道管2内侧支撑板61上开设的螺纹孔内部，在螺栓62外侧上方套设防护盒64，并将压力感应器69平铺在防护盒64的底面上后通过螺纹进行螺母65的安装，通过外界计算机的数据线与压力感应器69一端数据接头68的连接，使螺母65 在进行拧紧的过程中，压力感应器69检测到的受力数据可通过数据接头68传递至计算机的AD数据收集板转换后进行识别，试验人员可通过计算机显示出的压力感应器69检测出的压力数据除以螺母65下表面的表面积得到对应螺栓62 的预应力数据，使试验人员在进行螺母65的拧动操作时可根据计算机显示出预应力数据进行拧动力量大小的控制和调节。

在本实施例中，为了解决试验人员在进行试验的过程中，隧道管2在***填充物4内部后，填充物4的表面因预先压实难以观测到隧道管2***后填充物4的塌陷情况，使试验反映出的塌陷情况不符合实际情况，使试验数据存在较大偏差的问题。

如图4-5所示，试验人员在进行试验的过程中，挡板76上的承重物75给予挡板76向下的作用力，使隧道管2***填充物4内部后导致填充物4内部坍塌的情况在承重物75压力的作用下体现出来，挡板76可随填充物的坍塌发生位置的下降，试验人员可通过连接杆73上的刻度线74进行下降高度大小的观测，使试验数据的准确性提高。

需要说明的是，挡板76的数量为多个，且长宽尺寸为防护盖66内部空间长宽尺寸的倍数，使多个平铺在防护盖66内侧的挡板76可对填充物4上表面各个位置的坍塌情况进行检测。

在本实施例中，为了使得螺栓62的露出长度大小不会阻碍防护盖66的正常活动，进一步的是防护盖66的高度大小大于螺栓62上端露出的长度大小。

为了使得压力感应器69不会阻碍防护盖66与防护盒64的相互嵌合，进一步的是压力感应器69的宽度大小小于防护盒64内部空间的宽度大小。

为了使得防护盖66与防护盒64的相互嵌合更加的紧固，进一步的是防护盖66下表面一侧连接有连接卡扣67。

为了使得填充物4的塌陷情况可得到直观的观测，进一步的是模型箱1上表面通过连接套72连接有箱盖71，箱盖71上表面连接有连接杆73，连接杆73 靠近箱盖71内侧的一端连接有承重物75，承重物75下表面连接有挡板76。

为了使得连接杆73的下滑高度大小得到直观的观测，进一步的是连接杆73 外侧壁开设有刻度线74。

为了使得多个挡板76可紧密的平铺在填充物4表面上，进一步的是挡板76 的数量为多个，且多个挡板76均匀分布在箱盖71内侧，且箱盖71内部空间的长度和宽度大小均为挡板76长度和宽度大小的倍数。

本发明的工作原理及使用流程：

步骤一、根据要求进行模型箱1和支撑架3之间的连接，向模型箱1中填入模拟盾构施工现场环境的土体，并将土体压实、静置，通过模型箱1两侧的开孔将隧道管2***模型箱1内部并从另一侧露出；

步骤二、将螺栓62自下而上***隧道管2内侧支撑板61上开设的螺纹孔内部，在螺栓62外侧上方套设防护盒64，并将压力感应器69平铺在防护盒64 的底面上后通过螺纹进行螺母65的安装；

步骤三、通过外界计算机的数据线与压力感应器69一端数据接头68的连接，使螺母65在进行拧紧的过程中，压力感应器69检测到的受力数据可通过数据接头68传递至计算机的AD数据收集板转换后进行识别；

步骤四、试验人员可通过计算机显示出的压力感应器69检测出的压力数据除以螺母65下表面的表面积得到对应螺栓62的预应力数据，使试验人员在进行螺母65的拧动操作时可根据计算机显示出预应力数据进行拧动力量大小的控制和调节；

步骤五、试验人员在进行试验的过程中，挡板76上的承重物75给予挡板 76向下的作用力，使隧道管2***填充物4内部后导致填充物4内部坍塌的情况在承重物75压力的作用下体现出来，挡板76可随填充物的坍塌发生位置的下降，试验人员可通过连接杆73上的刻度线74进行下降高度大小的观测，使试验数据的准确性提高。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置，包括模型箱（1），所述模型箱（1）外侧壁两侧连接有隧道管（2），所述模型箱（1）外侧壁两侧靠近所述隧道管（2）下方连接有支撑架（3），所述模型箱（1）内部填充有填充物（4），所述隧道管（2）外侧壁连接有保护套（5），其特征在于，所述隧道管（2）内侧壁下方连接有支撑板（61），所述支撑板（61）上表面连接有连接垫（63），所述支撑板（61）下表面连接有螺栓（62），所述支撑板（61）上表面对应所述螺栓（62）位置处连接有防护盒（64），所述防护盒（64）外侧壁一侧转动连接有防护盖（66），所述螺栓（62）外侧壁靠近所述防护盒（64）内侧连接有螺母（65），所述螺栓（62）外侧壁靠近所述螺母（65）下方连接有压力感应器（69），所述压力感应器（69）的一端连接有数据接头（68）；

所述模型箱（1）上表面通过连接套（72）连接有箱盖（71），所述箱盖（71）上表面连接有连接杆（73），所述连接杆（73）靠近所述箱盖（71）内侧的一端连接有承重物（75），所述承重物（75）下表面连接有挡板（76）；

所述连接杆（73）外侧壁开设有刻度线（74）；

所述挡板（76）的数量为多个，且多个挡板（76）均匀分布在所述箱盖（71）内侧，且所述箱盖（71）内部空间的长度和宽度大小均为所述挡板（76）长度和宽度大小的倍数。

2.根据权利要求1所述的一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，所述防护盖（66）的高度大小大于所述螺栓（62）上端露出的长度大小。

3.根据权利要求1所述的一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，所述压力感应器（69）的宽度大小小于所述防护盒（64）内部空间的宽度大小。

4.根据权利要求1所述的一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，所述防护盖（66）下表面一侧连接有连接卡扣（67）。

5.根据权利要求1所述的一种可调节及控制螺栓预应力的盾构隧道模型试验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、根据要求进行所述模型箱（1）和所述支撑架（3）之间的连接，向所述模型箱（1）中填入模拟盾构施工现场环境的土体，并将土体压实、静置，通过所述模型箱（1）两侧的开孔将所述隧道管（2）***所述模型箱（1）内部并从另一侧露出；

步骤二、将所述螺栓（62）自下而上***所述隧道管（2）内侧所述支撑板（61）上开设的螺纹孔内部，在所述螺栓（62）外侧上方套设所述防护盒（64），并将所述压力感应器（69）平铺在所述防护盒（64）的底面上后通过螺纹进行所述螺母（65）的安装；

步骤三、通过外界计算机的数据线与所述压力感应器（69）一端所述数据接头（68）的连接，使所述螺母（65）在进行拧紧的过程中，所述压力感应器（69）检测到的受力数据可通过所述数据接头（68）传递至计算机的AD数据收集板转换后进行识别；

步骤四、试验人员可通过计算机显示出的所述压力感应器（69）检测出的压力数据除以所述螺母（65）下表面的表面积得到对应所述螺栓（62）的预应力数据，使试验人员在进行所述螺母（65）的拧动操作时可根据计算机显示出预应力数据进行拧动力量大小的控制和调节。

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