[发明专利]一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道结构的室内模拟方法，尤其涉及一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法。

背景技术

海底、江底的水下盾构隧道结构在外静水压力作用下，其承受的水压的分布形态为顶部小底部大的“灯泡”形状，如图3所示。在施工和运营期间，隧道承受的水压变化非常大，加之目前隧道断面大型化的趋势，水下盾构隧道在施工期和运营期承受的非均匀水压对隧道结构的作用不可忽略。通过模拟灯泡形水压对隧道结构的作用和影响，能够对水下盾构隧道结构的设计和施工给出科学可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。盾构隧道结构模型是对盾构隧道结构进行研究的一种有用方法，因此也需要研究盾构隧道结构模型在水压作用下的表现。目前尚无有效方法能够对隧道结构模型所受到的水压进行模拟的方法，这就制约了水下盾构隧道的建设和应用。

发明内容

本发明的目的就是提供一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法，该方法实现了对盾构隧道结构模型在水压下所受到的灯泡形水压的模拟，可方便实现不同断面结构形式盾构隧道在不同水位条件下的研究，为水下盾构隧道结构的设计和施工提供科学可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种盾构隧道结构模型的水压模拟方法，其作法是：

A、布置均匀压力加载装置将盾构隧道的结构模型水平放置于地面，二条以上的环箍钢绞线的一端固定在加力台座的竖板上，另一端绕结构模型外表面一周后，固定在加力转轴上，该加力转轴穿过加力台座的顶板和底板，加力转轴的上端连接加力横梁，环箍钢绞线上串接测力计。

B、布置非均匀压力加载装置两条绞线固定梁之间连接二条以上的长度为结构模型周长一半或接近一半的张拉钢绞线，再将两条绞线固定梁及张拉钢绞线全部贴放于结构模型的表面的同一侧，结构模型表面另一侧的二个加力装置分别通过加力钢缆与对应的绞线固定梁相连，张拉钢绞线上串接测力计。

C、测试仪器的布置将多个应变片贴放于盾构隧道的结构模型内、外表面上，多个位移计安装于盾构隧道的结构模型的内表面。

D、压力加载转动加力横梁带动加力转轴旋转，旋紧环箍钢绞线对结构模型施加压力；同时，通过二个加力装置对张位钢绞线施以拉力，加力钢绳沿加力装置方向向两侧对称张开，呈0°-60°夹角；获取应变片、位移计的数据，送计算机进行处理。

本发明的工作原理和工作过程是：沿隧道结构模型外表面布设多组环箍钢绞线，通过加力横梁的转动将环箍钢绞线拉紧，而对结构模型外表面施加接触压力。由于环箍钢绞线均匀地分布在结构外表面，因此对结构模型产生均匀分布的径向压力；同时，沿盾构隧道的结构模型外表面一侧布设的半圆弧状的多组张拉钢绞线，当加力装置对张拉钢绞线从结构模型的另一侧施加拉力时，由张拉钢绞线的两端部的拉力与该处的半径方向夹角最大，作用在结构模型半径方向上的径向压力最小；而从张拉钢绞线的端部向中间逐步靠近，则其对结构模型的径向压力逐步增大，在张拉钢绞线的中间部位，张拉钢绞线对结构模型的径向压力达到最大值。因此，由环箍钢绞线形成的对整个结构模型的均匀压力与张拉钢绞线形成的半圆弧状张拉钢绞线中间向两端递减的压力的迭加，就在结构模型上产生了张拉钢绞线部分压力大、无张拉钢绞线部分压力小，呈灯泡形变化的压力分布，这样的压力较好地模拟出结构模型在水下所受上小下大的压力分布情况。通过环箍钢绞线及张拉钢绞线上串接的测力计可以读出各自施力的大小；结构模型各处所受压力及相关力学参数，则通过设置在结构模型表面的应变片、位移计分别测出结构模型的内力、结构模型的变形；这些数据再送计算机进行处理，即得到隧道结构模型在水压作用下的力学性能参数值。

调整环箍钢铰线的拉紧度及张拉钢铰线的张拉角及张拉力，可以调整非均匀水压力的量值，从而模拟出在不同水深处，结构模型所受到的水压情况。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、能对盾构隧道的结构模型施加灯泡形水压，较真实地试验测出环境水压对隧道的结构模型的作用和影响，从而对水下盾构隧道结构的设计和施工给出更科学可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。

二、通过调整环箍钢铰线的拉紧度及张拉钢绞线的张拉力张开角的调整，从而调整接触压力及其变化，进而对于结构模型的加载量值进行控制，模拟出在不同水位条件下的水压对于结构模型的作用及影响，使本发明方法适用性强，可用于各种水下盾构隧道结构的试验。