[发明专利]一种盾构隧道管片衬砌结构纵向刚度测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种盾构隧道管片衬砌结构纵向刚度测试装置及方法，测试装置包括两个相互平行的底部支架，底部支架上安装有固定架；底部支架间活动架设有两个相互平行的承载横梁，承载横梁间铺设有滑动板，滑动板与设置于待测管片衬砌上的滑动片配合抵接；测试方法包括将固定架和承载横梁安装于底部支架上，将测量机构和滑动板安装于承载横梁上等。本发明能够解决现有技术中盾构隧道模型试验方法未考虑隧道结构自重作用的问题，结构合理、可靠性强。

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程试验领域隧道及地下工程试验领域，具体涉及一种盾构隧道管片衬砌结构纵向刚度测试装置及方法。

背景技术

随着盾构隧道的广泛应用，其建设过程中所遇到的地形、地貌、地质条件及其所处周边建构筑环境日趋复杂，如频繁下穿地面建构筑物基础、上软下硬地层、江河湖海、堤坝等；建成后，由于基坑开挖、地面堆载、水位涨落、河床淤积、洪水冲淤等各种加卸载作用，均对隧道纵向受力及变形造成较大的影响，严重时甚至威胁隧道结构安全。

隧道结构作为线性结构，其纵向刚度的确定对于研究其纵向受力及变形特性具有重要意义。盾构隧道的衬砌结构由管片、横向接头以及纵向接头相互连接而成，根据其相邻两环管片的相对位置分为通缝拼装和错缝拼装两种拼装方式，而同样是错缝拼装，工程实际中却又有多种错缝形式，这些因素都导致盾构隧道管片衬砌结构的纵向刚度难以确定。

目前，针对盾构隧道管片衬砌结构纵向刚度的处理方式有两种，一种是根据管片衬砌结构进行实体建模，计算时输入接头的抗弯刚度，但是由于管片衬砌结构接头数量过多，建模工作量巨大，计算效率低，收敛困难，而且由于管片衬砌接头刚度并非常量，随着结构的受力状态不断变化，导致管片接头刚度合理值的确定非常困难。

另一种方法采用等效处理的方式，即通过理论分析或者模型试验方法获得隧道管片衬砌结构纵向抗弯刚度等效系数，计算时将盾构隧道管片衬砌结构视为纵向抗弯刚度均匀体，采用纵向抗弯刚度等效系数作为输入参数，分析盾构隧道管片衬砌结构在复杂地形、地貌、地质及环境条件下的受力及变形特性，因其概念清楚、计算简单而被广泛使用。

现有对于纵向抗弯刚度等效系数的确定方法，尚未得到普遍认同。理论研究方面以日本学者志波由纪夫提出的经验公式为代表，但该公式未考虑管片拼装方式对隧道刚度的影响，所得结果较试验结果普遍偏小；而模型试验方面的研究成果较多，但普遍采用的试验方法均未考虑隧道结构自重作用对其纵向抗弯刚度的影响，由于不同试验使用的模型材料上的差异，导致试验研究成果差异较大。

发明内容

本发明针对现有技术中的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中盾构隧道模型试验方法未考虑隧道结构自重作用问题的盾构隧道管片衬砌结构纵向刚度测试装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：

提供了一种盾构隧道管片衬砌结构纵向刚度测试装置及方法，其包括两个相互平行的底部支架，底部支架上安装有固定架；底部支架间活动架设有两个相互平行的承载横梁，承载横梁上铺设有滑动板，滑动板与设置于待测管片衬砌上的滑动片配合抵接；

一侧承载横梁的侧面上安装有横向加载机构，横向加载机构包括定滑轮与砝码，砝码的上端连接有与待测管片衬砌套接的绞线；另一侧承载横梁的外侧活动设置有测量机构，测量机构包括活动架设于底部支架上的安装横梁，安装横梁上设置有若干磁力支座，磁力支座与位移计连接。

上述技术方案中，优选的，底部支架上设置有滑行槽，滑行槽顶端开设有顶部滑槽，两个滑行槽相对的侧面上开设有侧向滑槽；固定架通过底部滑轨安装于顶部滑槽上，承接横梁和安装横梁活动安装于侧向滑槽上。

上述技术方案中，优选的，固定架上活动设置有固定夹，固定夹上安装有若干固定弹簧。

上述技术方案中，优选的，两个相对固定架上相对的侧面呈弧形结构。