[实用新型]一种模拟地铁盾构隧道管片初始应力的试验装置

说明书

本实用新型涉及一种模拟地铁盾构隧道管片初始应力的试验装置，包括一节由盾构管片组成的盾构管，盾构管内壁设置有密封层，两端设置有密封层侧板，密封层和密封层侧板组成的密封空间内纵向布置有PVC管；盾构管端部设置有浇筑口，通过预留浇筑管道接入PVC管之间的预留浇筑空间中；PVC管之间的间隙中布置有预留加热丝，与外部的温度控制系统相接；盾构管内外壁分别设置有内侧应变片和外侧应变片，与外部的应力应变控制系统相接。本实用新型能有效的模拟装置系统来模拟管片初始应力场，精确的测量管片的初始应力，对地铁盾构的设计和施工给出科学合理的依据。

技术领域

本实用新型属于土木工程试验技术领域，适用于地铁、市政、山岭工程等隧道管片或者衬砌动静力室内试验，具体涉及一种模拟地铁盾构隧道管片初始应力的试验装置。

背景技术

目前，随着城市化进程越来越快，城市地铁已经得到了快速的发展，盾构法施工也为地铁建设提供技术与安全保证。盾构管片是城市地铁或者城市管廊工程中采用盾构法施工的一种支护结构。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，进而形成支护结构。待其稳定后，支护结构处于一定的应力场作用下来保证整个结构的稳定。

为了保证地铁管片处于安全的状态，同时确保隧道管片长期寿命满足设计年限，需要对管片的受力与变形特性进行进一步的研究。在研究管片的结构特性时，需要进行理论研究、计算机仿真与大量的室内模拟实验。由于管片的特殊性，一般在工程现场难以实现，因此需要按照一定的缩尺比例制作试验模型，进而研究管片结构受力与变形特性。在盾构隧道管片拼装完成后，管片与地层结构共同承担上部地层荷载，即在施加其它荷载之前管片中已存在的应力，在研究管片在外载荷作用下其结构特性时必须考虑其初始地应力。

目前，对于管片的初始应力场研究，主要有理论研究、数值模拟与室内试验：

（1）论文《盾构通过矿山法隧道复合支护的管片内力解析解及应用》（2014）与《地铁盾构隧道管片结构初始状态的数值模拟分析》（2013）都基于弹塑性假设与平面应变状态，从理论与仿真的角度来模拟了管片的初始应力场，得出管片初始应力变化规律，用于指导实际工程施工。往往实际过程是复杂的状态，并不是理想材料，因此导致其理论在实践应用过程中存在很大的局限性。

（2）专利权人为北京工业大学，中国专利申请号201210096526.5与201410146941.6，介绍了一种岩石隧道振动台试验模拟围岩地应力的自加载装置。该装置包括气囊、空气压缩机与减压阀等的模型箱体，可以对气囊加压，使压力能竖向加载到模型上，同时也解决不同埋深问题的初始地应力场。但是对于考虑到隧道开挖对其地层的影响，该方法具有一定的局限性，同时也测量不了管片的初始应力场。

（3）专利权人为西南交通大学，中国专利申请号201510674137.X，介绍了一种模拟地铁盾构隧道地层空洞引发地层损失的试验装置及方法。该装置包括模型箱系统、聚氯胺液囊与加热装置，可以模拟由于空洞的存在导致地应力场的重新分布。对于盾构隧道开挖对于地层应力的影响，该实用新型并没有考虑，对于测到的管片的初始应力场仅仅包含空洞的影响，因此存在一定的缺陷，使得测量数据有一定的偏差。

（4）目前，在室内试验过程中，一般主要研究管片的静力破坏特征，管片的初始应力对其影响微弱，因此不考虑管片的初始应力。但是对于研究管片的疲劳荷载或者爆炸荷载，管片初始应力对其至关重要，直接影响到地铁管片结构的疲劳寿命预测与抗爆炸承载能力计算。