[发明专利]一种用于盾构隧道纵向模型试验的衬砌模型及制作方法

说明书

本发明公开了一种用于盾构隧道纵向模型试验的衬砌模型及制作方法，所述管片衬砌模型包括割槽和纵向接头片，所述制作方法包括通过拟定相似比，计算模型参数，试制并测试其力学参数是否满足要求，然后浇筑管片衬砌模型并拼接，本发明既保证了盾构隧道管片衬砌结构刚度与原型隧道结构相一致，又能反映了管片衬砌纵向接头的局部应力状态，具有很高的推广价值。

技术领域

本发明涉及城市地铁区间隧道施工技术领域，具体涉及一种用于盾构隧道纵向模型试验的衬砌模型及制作方法。

背景技术

近年来，盾构隧道在城市轨道交通建设及越江跨海隧道建设中得到广泛应用，建设体量剧增，所处的地质地形条件复杂多变，临近建构筑物数量巨大、结构型式多样，隧道结构服役过程中的不良荷载日趋复杂，导致隧道结构纵向力学问题凸显，受到广泛关注。

为了获得盾构隧道管片衬砌结构的纵向力学特性及隧道整体的不均匀沉降，需借助模型试验进行深入研究。由于管片衬砌结构的复杂性，现有的试验模型多对原型结构做了一定程度的简化，无法有效地表征出管片接头对衬砌结构的影响，管片衬砌结构受力特性的试验结果与实际工程存在一定的偏差，难以对隧道设计和施工提供可靠有效的指导。因此，为了探明管片衬砌结构的纵向力学特性，提高试验的参考价值，更加符合结构实际受力特性的管片衬砌结构模型变得尤为重要。

通过对现有技术的文献检索发现，目前使用较多的管片衬砌模型主要有以下三种型式：

第一种相似试验管片模型为发表在《岩土工程学报》的文献《盾构隧道横向刚度有效率研究》，虽然整体上满足了相似关系，但纵向接头数量及位置与原型并未一一对应；在接头片和管片结构上打孔并使用螺丝将管片进行拼接的处理方式，改变了管片结构的局部受力分布特征；此外，采用聚乙烯管模拟管片结构，不满足混凝土材料抗拉强度较低的特性，与管片混凝土结构所具有的弹脆性特性不符，且无法考虑配筋，管片相似材料与接头相似材料之间的刚度匹配也与实际存在较大偏差。

第二种相似试验管片模型采用一整体圆管，在试验模型表面的环向及纵向进行割槽，以实现对管片衬砌结构的横向和纵向刚度进行等效折减。这种试验模型仅实现了纵向刚度上的相似，忽略了纵向接头对管片衬砌结构力学性能的影响，模型试验得到的结构内力和纵向不均匀沉降与实际差别较大。

第三种管片模型采用螺丝来等效模拟原型隧道中的螺栓接头，在试验中通过小螺丝将管片进行拼接。该方法虽然可以实现管片螺栓接头的存在，但真实的接头不仅仅是一个螺栓，而是包括管片、螺栓、防水胶垫在的组合结构，其力学特性随外界荷载变化现出极其复杂的特征，因此采用刚度等效的处理方式更为合理。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种既保证了盾构隧道管片衬砌结构刚度与原型隧道结构相一致，又能反映了管片衬砌纵向接头的局部应力状态的用于盾构隧道纵向模型试验的衬砌模型及制作方法.

为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：

提供了一种用于盾构隧道纵向模型试验的管片衬砌模型的制作方法，其包括如下步骤：

一种用于盾构隧道纵向模型试验的管片衬砌模型的制作方法，其包括如下步骤：

S1、获取待用于试验的管片衬砌结构的几何参数和力学参数；

S2、拟定几何相似比C_L，得到管片衬砌模型的几何参数；

S3、拟定弹性模量相似比C_E，得到管片衬砌模型的力学参数；

S4、拟定水膏比，根据拟定的管片衬砌模型几何参数和力学参数制作管片环试件；

S5、测量管片环试件的力学参数，判断管片环试件对应力学参数是否等于设定值；