[发明专利]一种隧洞偏压状态下钢拱架变形测量装置及其施工方法

权利要求书

1.一种隧洞偏压状态下钢拱架变形测量装置，其特征在于：包括用于嵌入拱形支撑的混凝土基座、用于固定拱形支撑的底板、用于提供测试支撑的拱形支撑、用于提供测试压力的施压装置以及用于测试拱形支撑应力及变形的测试装置，所述底板设置在混凝土基座上，并且所述拱形支撑与安装在所述混凝土基座固接，所述施压装置嵌入所述拱形支撑内，所述测试装置的测试端设置在所述拱形支撑的待测区；

所述底板包括钢筋混凝土底板和钢底板，所述钢筋混凝土底板水平浇筑在混凝土基座上，所述钢筋混凝土底板的上表面设有用于嵌入钢底板的凹槽，所述钢底板嵌入钢筋混凝土底板的凹槽内，二者固接，并保持所述钢底板表面与所述钢筋混凝土底板上表面平齐；

所述拱形支撑为混凝土拱，所述混凝土拱的两底边与所述混凝土底板固接；所述混凝土拱的圆拱处沿其周向设有多个用于放置施压装置部分配件的凹腔，并且凹腔的底面与混凝土拱的内腔连通，凹腔的顶面与混凝土拱外腔连通的通道；所述混凝土拱的圆拱段沿其周向设有4个凹腔，其中3个凹腔的体积相同，一个凹腔的体积为其余3个凹腔体积的一半，并且每个凹腔均配置一个与之对应的水囊；

待测的钢拱架的底端与所述钢底板固接，并且所述钢拱架的外表面与所述混凝土拱的内表面贴合，所述钢拱架与相应的凹腔共同围成用于放置施压装置部分部件的密封容腔；所述施压装置包括水囊、用于与外界水源连通的进水管、出水管、用于控制进出水量的控制阀以及用于测量管内水压的水压表，所述水囊置于所述混凝土拱的凹腔内；所述水囊的进水管、出水口均通过进水管、出水管相连，其中所述进水管、出水管贯穿通道后与外界水源箱连通，所述进水管上设有控制阀和水压表；所述测试装置包括用于实时监控偏压状态下钢拱架应力和变形的压力应变片、用于测定钢拱架形变量的千分表以及用于采集并记录处理应变量的应变仪，所述压力应变片贴覆在钢拱架的凹槽中心处下翼缘板上，并且压力应变片的引脚通过导线与应变仪的信号输入引脚电连；所述千分表安装在所述钢拱架的内表面，并且所述千分尺的探头轻触钢拱架的测试点；

所述钢拱架为工字钢，分为三段，顶部为用于贴覆在混凝土拱的圆拱内表面的半圆弧段，两侧为光滑连接在半圆弧段两端的直线段，并且每榀钢拱架的上翼缘板外表面与混凝土拱的内表面密封贴合围成密封的容腔，混凝土拱凹腔的宽度与钢拱架的翼缘板宽度相同；钢拱架的下翼缘板内表面中心位置设有两类测试点，其中一类测试点位于凹腔处，用于贴覆压力应变片，另一类测试点落在容腔之外，用于与所述千分尺的探头轻触。

2.如权利要求1所述的一种隧洞偏压状态下钢拱架变形测量装置，其特征在于：所述混凝土拱分为三段，顶部为半圆拱型的第一混凝土块体、两侧为直线条段型的第二混凝土块体，所述第二混凝土块体的上端与第一混凝土块体的一端一体成型，第二混凝土块体的下端直接与混凝土底板浇筑在一起。

3.如权利要求2所述的一种隧洞偏压状态下钢拱架变形测量装置，其特征在于：所述混凝土内配置受力筋、构造筋和加强筋，并与混凝土基座和混凝土底板一体浇筑。

4.如权利要求3所述的一种隧洞偏压状态下钢拱架变形测量装置，其特征在于：所述钢拱架与混凝土拱围成的容腔横截面为对称的六边形。

5.如权利要求1所述的一种隧洞偏压状态下钢拱架变形测量装置，其特征在于：所述钢底板通过螺杆固装在所述混凝土底板上的凹槽槽底。

6.如权利要求5所述的一种隧洞偏压状态下钢拱架变形测量装置，其特征在于：混凝土拱的内径与钢底板的长度相等，即混凝土拱的两底边内沿之间的间距与钢底板的长度相等。

7.如权利要求1～6任意一项权利要求所述的一种隧洞偏压状态下钢拱架变形测量装置的施工方法，包括以下步骤：

1)在混凝土基座上浇筑混凝土底板，并在混凝土底板上预留凹槽；

2)将裁剪好的钢底板嵌入预留的凹槽内，并将钢底板与混凝土底板浇筑在一起，保持钢底板表面与混凝土底板上表面平齐，待浇筑好后用螺杆固接钢底板与混凝土底板；

3)将钢拱架的直线段底端焊接在钢底板两端，约束钢拱架的变形；

4)在钢拱架的外表面浇筑与钢拱架匹配的混凝土拱，混凝土拱与混凝土基座浇筑在一起，并在浇筑混凝土拱时，在钢拱架接触处预留凹腔，并且每个凹腔均配置一个与之对应的水囊；每个凹腔外侧的混凝土拱中心设有供进水管、出水管贯穿的通道，凹腔内侧与混凝土拱的内腔连通；

5)将水囊置于凹腔内，并将与水囊连通的进水管、出水管从相应的通道内穿出，与相应的水源箱连通，进水管上装上用于控制管内液体流量及流速的控制阀和用于测定管内水压的水压表；

6)在钢拱架的下翼缘板内表面中心位置设有两类测试点，其中一类测试点位于凹腔处，贴覆压力应变片，用于测定钢拱架所受应力；另一类测试点落在容腔之外，与所述千分尺的探头轻触，用于测定钢拱架的位移变量；

7)将压力应变片的输出引线通过导线连接至应变仪，从而实时监控偏压状态下拱架的应力和变形。