[发明专利]一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置

摘要

本发明涉及一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，通过将隧道监测断面的横向挤出位移转化为光栅尺位移并测量，该装置包括：模型试验箱：该试验箱为一顶部开口的箱体，内部填充模型土体，箱体侧壁下部还开设有一开挖实验口；位移测量装置：包括依次连接的挤出变形感应头、钢丝线和光栅尺位移传感器；位移传递通道：套设在钢丝线外部，用以避免模型土体对钢丝线的干扰，包括埋设在模型土体内且依次连接的横向塑料细管、PVC弯管接头和竖向PVC管，所述的竖向PVC管的上端伸出模型土体。与现有技术相比，本发明具有测量形式明确有效、制作简单、成本低廉、测量精度高、占用空间少等优点。

主权项

1.一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，通过将隧道监测断面的横向挤出位移转化为光栅尺位移并测量，其特征在于，该装置包括：模型试验箱(5)：该试验箱为一顶部开口的箱体，内部填充模型土体(4)，箱体侧壁下部还开设有一开挖实验口；位移测量装置：包括依次连接的挤出变形感应头(11)、钢丝线(2)和光栅尺位移传感器(1)，所述的挤出变形感应头(11)埋设在与开挖实验口的开挖方向(12)正对的模型土体(4)内，所述的光栅尺位移传感器(1)固定在箱体顶部的水平台上，所述的钢丝线(2)呈Z字形，并且通过安装在模型试验箱(5)后侧壁上的上导轮(3)和下导轮(9)改变方向，包括水平设置的上段、竖直设置的中段和水平设置的下段，竖向PVC管(7)套设在中段外部，横向塑料细管(10)套设在下段外部，所述的下导轮(9)通过穿孔设置在PVC弯管接头(8)内部，且不与PVC弯管接头(8)的内壁接触，所述的挤出变形感应头(11)为一圆形金属片，其背面中心处开孔并且通过热熔胶与钢丝线(2)下段连接，正面光滑且与开挖方向(12)正对；位移传递通道：套设在钢丝线(2)外部，用以避免模型土体(4)对钢丝线(2)的干扰，包括埋设在模型土体(4)内且依次连接的横向塑料细管(10)、PVC弯管接头(8)和竖向PVC管(7)，所述的竖向PVC管(7)的上端伸出模型土体(4)，所述的PVC弯管接头(8)为一直角弯管，上端口与竖向PVC管(7)套接，下端口封闭，并在封闭面上开设与横向塑料细管(10)连接的小孔，所述的横向塑料细管(10)内部涂油，所述的竖向PVC管(7)通过PVC管固定块(6)固定在模型试验箱(5)后侧壁上；该试验装置的使用方法如下：1)实验前装置准备：先将下导轮安装入PVC弯管接头中部，并将PVC弯管接头下口封闭，只留一孔，同时用热熔胶把钢丝线和挤出变形感应头垂直连接固定，将钢丝线穿过横向塑料细管至挤出变形感应头处，并在横向塑料细管与钢丝线接触部分涂抹润滑油，以减少摩擦；2)再将钢丝线穿过PVC弯管接头和下导轮，同时竖向PVC管套入PVC弯管接头，再将钢丝线穿过竖向PVC管，后根据模型试验隧洞开挖位置，将竖向PVC管通过PVC管固定块安装在模型试验箱后壁上的适当位置，钢丝线通过上导轮，水平地与光栅尺位移传感器连接，拉紧钢丝线，调整下导轮使钢丝线下部横向部分达到水平，调整下导轮和上导轮，使钢丝线中部竖向部分达到竖直，调整上导轮和光栅尺位移传感器，使钢丝线上部横向部分达到水平，挤出变形的测量装置预安装完毕；3)在模型土体填埋前，详细标记好竖向PVC管的安装位置，解除钢丝线与光栅尺位移传感器的连接，竖向PVC管的PVC管固定块，将测量装置整体移走，减少填埋土体时，对测量装置的损坏和影响，保证测量精度；4)往试验模型箱内分层填埋模型土体，每层压实并用环刀取样检验土体参数，当模型土体到达预定标高时，将测量装置整体通过PVC管固定块安装在模型试验箱后壁上的标记位置，连接光栅尺位移传感器，并拉紧钢丝线，继续填埋土体时，保持横向塑料细管与开挖方向平行，挤出变形感应头垂直面向开挖方向；5)直至模型土体填埋至设计高度，静置一天后开始隧洞开挖并测量。