[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

说明书

一种隧洞偏压状态下钢拱架变形测量装置及其施工方法，装置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，底板设置在混凝土基座上，拱形支撑与混凝土基座固接，施压装置嵌入拱形支撑内，测试装置的测试端设置在拱形支撑的待测区；施工方法包括：在混凝土基座上浇筑混凝土底板、钢底板、钢拱架和混凝土拱，并在混凝土拱凹腔内安装水囊；然后在钢拱架贴覆压力应变片和千分表，将压力应变片引线连接至应变仪，实时监控偏压状态下拱架的应力和变形。本发明有益效果：安装方便，性能可靠，实现在偏压荷载下钢拱架的受力与变形的量测。

技术领域

本发明涉及一种隧洞偏压状态下钢拱架变形测量装置及其施工方法，属于土木工程领域。

背景技术

隧道是一种线性建筑物，其穿越山体及各种复杂地层。其具有跨越能力大、适应深水施工、全天候运营，环保和经济性好等优点。隧道穿越山体或进出洞口时，由于地质构造及进出洞口的自然地形不对称等原因，隧道衬砌结构经常会出现偏压情况，结构受力复杂。爆破开挖等引起进出洞口围岩破碎，造成进出洞口围岩应力更加复杂。易出现围岩坍塌等灾害，对工程技术人员生命安全等造成危害。偏压隧道开挖过程中的及时支护是保证工程安全的关键措施，钢拱架支护是一种装配式支护，由工字钢加工而成的钢拱架具有施工速度快、支护力大，快速高效等优点，是隧道进出口施工过程中常用的支护措施。支护用钢拱架必须具有一定的刚度，以抵抗岩体的非均匀荷载，稳定隧道围岩、保证施工安全。但是现场测试钢拱架的应力、变形，受爆破施工、运输车辆等因素的影响，难以获取精确的数据。

发明内容

为了解决目前的现场测试钢拱架的应力、变形，受爆破施工、运输车辆等因素的影响，难以获取精确数据的问题，本发明提出了一种加载试验装置可反复使用，实验数据准确的隧洞偏压状态下钢拱架变形测量装置及其施工方法。

本发明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：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；

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；所述水囊的进水口、出水口分别通过对应的进水管、出水管相连，其中所述进水管、出水管贯穿相应的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；控制阀人工控制，水压表置于管道，有多少水压可以自动转动，出现读数。

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。