[发明专利]一种盾构管片缩尺模型实验装置及实验方法

说明书

本发明提供一种盾构管片缩尺模型实验装置及实验方法，其装置包括盾构管片组件、第一连接组件以及第二连接组件；盾构管片组件包括多个管片钢筋骨架，管片钢筋骨架拼接成盾构管环；第一连接组件设置在相邻两个管片钢筋骨架的拼接纵缝内，第一连接组件预埋在盾构管环内部，采用浇筑材料填充形成盾构管片预制件；第二连接组件包括两组弹簧连接单元，两组弹簧连接单元设置在盾构管片预制件的内侧面和外侧面，且设置在拼接纵缝处；每一弹簧连接单元包括两个弹簧连接件，两个弹簧连接件分别对称设置在拼接纵缝两侧，其靠近拼接纵缝的端部相互连接。第一连接件和弹簧连接单元两个独立系统共同工作等效缩尺后的纵缝螺栓，提高对实际工程指导的可靠性。

技术领域

本发明涉及城市地铁隧道施工技术领域，具体涉及一种盾构管片缩尺模型实验装置及实验方法。

背景技术

截至2020年12月31日，我国(不含港澳台)共有44个城市开通运营城市轨道交通线路233条，运营里程7545.5公里。其中95％以上的地铁隧道管片为盾构管片，因此研究盾构管片在不同复杂地质条件下的力学特性行为尤为迫切。然而，地铁盾构管片其质量、尺寸、承受荷载都非常大，采用原尺寸管片进行实验及其困难，所以研究盾构管片的缩尺模型实验十分有必要。

在盾构管片缩尺模型实验中，需要对管片的各项指标进行符合设定相似比的缩小。综合考虑缩尺实验的便捷性、科学性与可行性，大部分盾构管片的缩尺相似比取为1：10，缩尺浇筑材料的原料包括石膏。进行盾构管片缩尺模型实验的步骤如下：分别将盾构管片的尺寸、材料、钢筋进行相似比1:10的缩尺，工作人员将钢筋组装、焊接制成弧形的管片钢筋骨架，各个管片钢筋骨架相应放入模具内，使相邻盾构管片钢筋骨架的矩形截面拼接成盾构管环，相邻的盾构管片钢筋纵缝连接处采用纵缝螺栓固定连接，最后将浇筑材料倒入模具内，静置脱模、养护后制成盾构管片。

然而，现有的大部分盾构管片缩尺模型的纵缝螺栓缩尺没有考虑，而由于这种对材料和结构的过度粗糙简化，现有的盾构管片缩尺模型不能很好的模拟缩尺后的盾构管片，因此导致实验时得到的实验数据及结果存在较大偏差，这很大程度上影响了对实际工程指导的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种盾构管片缩尺模型实验装置及实验方法，解决现有的模型管片纵缝连接处的纵缝螺栓的缩尺不能很好模拟，影响对实际工程指导的可靠性的问题。

本发明提出一种盾构管片缩尺模型实验装置，包括盾构管片组件、多组第一连接组件以及多组第二连接组件；

所述盾构管片组件包括多个管片钢筋骨架，所述多个管片钢筋骨架依次拼接形成盾构管环；

所述第一连接组件设置在相邻两个所述管片钢筋骨架的拼接纵缝内，所述第一连接组件包括两个第一固定板和第一连接件，所述两个第一固定板分别与相邻两个所述管片钢筋骨架的拼接纵缝截面连接，所述第一连接件的两端分别穿过所述两个第一固定板，所述第一连接件与所述管片钢筋骨架的弧度和弯曲方向相同；

多个所述第一连接组件预埋在所述盾构管环内部，再采用浇筑材料填充形成盾构管片预制件；

所述第二连接组件包括两组弹簧连接单元，两组所述弹簧连接单元分别设置在所述盾构管片预制件的内侧面和外侧面，且设置在相邻两个所述管片钢筋骨架的拼接纵缝处，两组所述弹簧连接单元与所述第一连接件平行且相对设置；

每一所述弹簧连接单元包括两个弹簧连接件，所述两个弹簧连接件分别对称设置在所述拼接纵缝两侧，所述两个弹簧连接件靠近所述拼接纵缝的端部相互连接。