[发明专利]一种盾构隧道纵向结构模型试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下建筑结构试验装置，尤其是涉及一种盾构隧道纵向结构模型试验装置。

背景技术

随着国民经济的迅速发展，我国城市化进程的加快，盾构隧道工程发展迅速，尤其体现在大中型城市的轨道交通工程项目和跨海越江公路铁路工程项目，已投入运营的隧道已经表现出不同程度的病害发展。这是由于目前国内外盾构隧道管片结构以及接头普遍采用“典型横断面”法设计，难以考虑土体与隧道纵向结构长期相互作用，从而难以预测隧道纵向变形对隧道纵向力学性能的影响。虽然采取保守设计，但从运营情况来看，隧道纵向性能依然引起工程界相当的重视。针对盾构隧道纵向力学性能，结合室内模型试验研究给定边界条件下盾构隧道纵向力学性能具有重大工程意义。

国内外学者对盾构隧道纵向结构模型试验研究较少，同时已有的盾构隧道纵向结构模型试验普遍存在数据采集困难、试验可重复性差、经济成本大等诸多问题。已有的隧道纵向结构模型试验常常将隧道模型埋置于土箱内，考虑到岩土体的特殊性，已有的隧道纵向结构模型模型试验往往存在模型试验填土出土工作量大、模型试验周期长、模型试验可重复性差、模型试验经济成本高昂，模型试验装置系统难以有效模拟隧道边界条件变化对隧道纵向力学性能的影响，模型试验装置系统难以有效模拟隧道纵向端部不同约束刚度的影响。

传统的盾构纵向模型试验装置系统通常采用土箱形式，模型置于试验土体介质中，土体包围使得隧道模型不可见，其模型细观的管片环间接头张开现象难以观察，更加无法测量。对隧道纵向性能的研究无法进一步展开。

同时，传统的盾构纵向模型试验装置系统通常采用土箱形式，将隧道模型埋置于岩土体内部，使得对于模型隧道的纵向沉降以及横向收敛数据采集困难；考虑到埋置岩土体中含水量等因素的影响，使得模型隧道在试验过程中的应力应变数据也难以采集。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种盾构隧道纵向结构模型试验装置，该试验装置改变了传统模型试验中将隧道埋置于岩土体中的思想，试验装置装拆方便快速，占地空间小，测量数据准确。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种盾构隧道纵向结构模型试验装置，该试验装置包括反力架、端部约束件、加载件和数据采集设备，所述的端部约束件和加载件设在反力架上，盾构隧道模型固定在端部约束件上，加载件从盾构隧道模型上方施加荷载使盾构隧道模型产生形变，所述的数据采集设备连接盾构隧道模型，采集并处理形变数据。

所述的反力架包括两组桁架和两个钢梁，所述的桁架垂直设置，桁架上设有三角形固定支架，所述的钢梁平行架设在两组桁架之间。

所述的端部约束件有四个，分别设置在两个钢梁的两端，所述的加载件设在上方的钢梁上。

所述的加载件设有多个，该加载件包括加载螺杆、加载设备和接触端头，所述的加载螺杆、加载设备和接触端头依次连接，加载螺杆连接钢梁，加载设备提供荷载，接触端头接触盾构隧道模型，直接向盾构隧道模型施加荷载。

所述的加载件的数量以及接触端头的形式根据模型试验加载工况确定，接触端头包括窄型端头或宽型端头，所述的窄型端头可将施加的集中荷载作用转化为作用在隧道上的纵向均布荷载作用，所述的宽型端头可使端部约束件所提供的抗力均匀分布到盾构隧道模型衬砌环周围，模拟隧道端部不同连接对隧道结构的局部均布作用。

所述的接触端头包括钢板和弧形凹口木块，所述的弧形凹口木块通过螺钉连接钢板。

所述的端部约束件包括螺杆组件、模拟弹簧和约束端头，所述的螺杆组件包括螺杆芯筒、螺杆套筒和加载杆，所述的螺杆芯筒从螺杆套筒的一端伸入螺杆套筒内，螺杆芯筒与螺杆套筒上均设有弹簧垫片，所述的模拟弹簧套设于两弹簧垫片之间，所述的螺杆套筒的另一端通过加载杆连接约束端头。

所述的约束端头包括钢板和半圆凹口木块，半圆凹口木块通过螺钉连接钢板，其半圆凹口接触盾构隧道模型外壁，使盾构隧道模型受力均匀并约束转动方向。

所述的数据采集设备包括传感器和计算机，传感器采集数据并传送至计算机进行处理。

所述的传感器包括应变仪和轴力传感器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.改变了传统模型试验中将隧道埋置于岩土体中的思想，从而保证了纵向模型试验过程可以采集到更多、更准确的隧道模型纵向沉降数据、横向收敛数据、纵向应力应变数据、横向应力应变数据，由于没有岩土体介质的覆盖，试验中可以通过裂缝观测仪测量模型隧道变形中接头张开现象，直观的反应隧道的变形情况。