[发明专利]一种盾构(TBM)隧道管片衬砌接缝试验加载方法

说明书

本发明提供了一种盾构(TBM)隧道管片衬砌接缝试验加载方法，该方法首先依据经典志波模型计算整环管片衬砌的受力，然后确定研究区域并明确其混凝土和螺栓的受力特征，据此分三种情况反推试验时的外荷载。本发明旨在尽可能使试验研究区域的受力与其整环中的受力状态趋于一致，进而使简化的管片衬砌接缝试验准确的模拟管片衬砌整环的受力特征；同时实现方式简易可行，安全可靠。

技术领域

本发明涉及测试技术领域，尤其涉及一种盾构(TBM)隧道管片衬砌接缝试验加载方法。

背景技术

盾构(TBM)隧道由于其施工快速、优质、高效、安全的特点，近年来逐渐在我国铁路、公路工程中得到广泛应用。盾构隧道的衬砌结构主要由预制管片拼装而成，TBM隧道也大量采用预制管片衬砌，由此管片衬砌间将产生大量的接缝，这些接缝往往是隧道的薄弱部位，对衬砌环的受力与变形有着显著的影响，因此，研究接缝的力学性质显得十分必要。目前，对盾构(TBM)隧道管片衬砌接缝的研究中原型加载试验被广泛采用，由于整环足尺原型试验进行起来难度大、成本高，故试验一般将两块管片拼接而成的接缝作为研究对象。试验的加载方式对整个试验起着至关重要的作用，现有的加载思路为：先施加水平荷载以导入轴力，根据不同的轴力荷载水平，按钢筋混凝土截面计算方法，确定螺栓达到屈服所对应的弯矩值，在此基础上施加竖向荷载导入相应的弯矩。

在研究盾构(TBM)隧道管片衬砌接缝力学性能试验中，以两块管片拼接而成的接缝作为研究对象，应尽可能使其受力状态与整环可能存在的受力状态一致，上述常规加载方法一定程度上并不能达到这一要求，对隧道整环受力状态的模拟不够全面和准确。根据经典志波模型(见附图1)，隧道纵向受弯时，应力沿截面呈线性分布，一般应选择应力最大的区域作为研究对象，故研究区域极有可能出现全截面受压或全截面被拉开的状态。当接缝混凝土全截面受压时，压力主要由混凝土承担，当接缝被拉开时，拉力则仅由螺栓承担。显然上述常规加载方法均由混凝土和螺栓共同受力，且由于混凝土和螺栓各自受力情况不明确，对接缝力学机理无法做详细分析。所以，需要一种能够明确接缝端面混凝土和螺栓受力特征，并且能够更全面准确的对接缝受力状态进行模拟的安全可靠的加载方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种盾构(TBM)隧道管片衬砌接缝试验加载方法，可以明确接缝端面混凝土和螺栓的受力特征，并且更准确的模拟接缝的受力状态，从而提高试验的精确度；同时实现方式简易可行，安全可靠。

为达到上述目的，本发明的加载思路是：根据经典志波模型分析研究区域的受力特点，从接缝实际的受力状态出发分三种情况考虑，反推试验中荷载的施加方式及大小。本发明的目的通过如下技术方案实现：一种盾构(TBM)隧道管片衬砌接缝试验加载方法，其特征包括以下步骤：

(1)试验管片浇筑，将曲线型管片用自行浇筑的直线型管片代替，在接缝端面处按实际情况进行浇模。

(2)将浇筑的管片在标准条件下养护28天，基于经典志波模型根据工程实际及试验要求计算各荷载组合作用下整环管片受力状态。

(3)确定研究区域接缝受力特征，反推试验中需要施加的外荷载。①若研究区域全截面受压，则压力视为全部由接缝混凝土承担，按其压应力分布规律，计算管片所受轴力及弯矩大小，进一步将弯矩换算为需要施加的竖向荷载。②若研究区域截面被拉开，则拉力视为全部由螺栓承担。此时，忽略弯矩对接缝的影响，将整环状态计算得到的应力全部近似转化为拉力。③若研究区域同时存在受压区和受拉区，则压力主要由混凝土承担，拉力主要由螺栓承担。此时，可按常规方法加载，分级设定轴力水平并计算相应的弯矩值。

(4)根据上一步计算确定的加载方式和荷载大小分别按下述方法施加荷载。特别注意的是，当管片重力较大可能对试验产生不可忽略的影响时，需设置摩擦系数较小的支座以抵消重力。①首先按计算所得数值直接施加轴力，然后施加竖向力导入弯矩。②管片被拉开时，只需按计算数值直接施加轴力。③按计算得到的数值分级导入轴力，针对不同的轴力水平施加竖向力导入相应的弯矩。