一种隧道模型试验盾构管片制备模具的制作方法

本发明所涉及地铁、输水、市政工程等盾构隧道模型管片的实验室制备模具领域，具体涉及一种隧道模型试验盾构管片制备模具。

背景技术：

随着我国基建工程的不断投入，诸多城市在大规模的进行地铁建设、市政工程建设。此外，由于我国水资源分布不均，导致北方极度缺水，为缓解这种现状，我国兴建了大量的南水北调工程，因此，需要修建众多的输水隧洞。为了保证此类工程修建合理、安全，需要进行大量的理论计算以及实验室模拟实验。

长期以来，在地铁、输水、市政管廊等盾构管片的模型试验中，制作衬砌管片模型的模具均为整体浇筑，一次成型，形成整体式管片。实验室模拟隧道管片接缝多是采用切凹槽的形式将管片强度弱化，用剩余部分石膏的强度来模拟现场管片之间的螺栓连接，这样不能真实的反映螺栓之间的纵向拉力以及它们的弯矩，导致实验结果与真实数据有较大差异。

现有的实验室制备盾构衬砌管片的模具主要是以钢板为材料制成的模具。在浇筑隧道管片模型时主要是浇筑成环状，最终通过强度折减的方式在各个管片拼接的位置进行切凹槽，用剩余部分石膏的强度来模拟隧道的管片拼装的纵向螺栓。根据现场实际勘察情况盾构管片的破坏位置多在螺栓接口处的混凝土由于所受拉力而被拉裂，而上述实验模型却无法达到模拟的效果，此外实际中盾构管片纵向螺栓所受拉力也无法直接获得。

术语解释

盾构管片：在隧道开挖之后，需要在隧道内侧布设一层衬砌以达到支护隧道以及堵水的功能；

模型试验：在研究盾构管片受力机理，一般在现场难以实现，因此需要按一定的缩尺比例制备试验模型，进而研究结构受力特征；

管片模具：制备试验模型盾构管片，一般采用石膏进行现场浇筑，而浇筑的时候需要管片模具。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道模型试验盾构管片制备模具，实验室能够真实制备与现场相符的分块式盾构管片，进而达到与现场管片相同的结构受力特征。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种隧道模型试验盾构管片制备模具，包括依次连接形成圆形的封顶部、第一临接部、第一标准部、第二标准部、第三标准部和第二临接部，所述封顶部、第一临接部、第一标准部、第二标准部、第三标准部和第二临接部形成的模具为整体结构；所述封顶部的结构为：封顶块上固定有封顶块盖板；所述第一临接部和第二临接部的结构为：临接块上固定有临接块盖板；所述第一标准部、第二标准部和第三标准部的结构为：标准块上固定有标准块盖板；所述封顶部、第一临接部、第一标准部、第二标准部、第三标准部和第二临接部之间固定有隔板；所述封顶块、临接块和标准块形成模具的内表面，所述封顶块盖板、临接块盖板和标准块盖板形成模具的外表面以及侧面；所述封顶块、临接块、标准块、封顶块盖板、临接块盖板、标准块盖板和隔板上都开有若干螺栓孔，两相连螺栓孔之间穿入弯曲螺栓。

进一步的，所述隧道模型试验盾构管片制备模具的外径为600mm，内径为540mm。

进一步的，所述第一临接部和第二临接部的角度为68°，所述第一标准部、第二标准部和第三标准部的角度为67.5°。

进一步的，所述螺栓孔的环向角度为22.5°。

进一步的，所述封顶块的展开长度为101.32mm，宽度为150mm。

进一步的，所述标准块的展开长度为320.44mm，宽度为150mm。

进一步的，所述临接块的展开长度为318.09mm，宽度为150mm。

进一步的，所述螺栓孔的周围切割有15mm*15mm的正方形，浇筑时便于将其拆除。

进一步的，所述螺栓孔的直径为5mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)克服了以往衬砌管片不能分块制作，不能测定衬砌管片之间，环向和纵向钢筋受力状况的缺点；2)能够准确的模拟现场盾构管片，可以根据模型相似比制作大小不同，结构完全相同的模型；3)本发明是制作相似比为1:10的衬砌管片制作模具的具体尺寸，可以根据相似比来制作不同比例的模具，这样则方便进行不同比例的衬砌管片的制作，以满足实验室要求；4)该盾构模型管片不仅适用地铁盾构隧道模型试验，同时，还适用于饮水工程，市政等盾构隧道模型试验中的模型制作。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明结构效果示意图。

图3是本发明中封顶块结构示意图。

图4是本发明中临接块结构示意图。

图5是本发明中标准块结构示意图。

图6是本发明中隔板结构示意图。

图7是本发明中封顶块盖板结构示意图。

图8是本发明中临接块盖板结构示意图。

图9是本发明中标准块盖板结构示意图。

图中：1-螺栓孔；2-封顶部；3-第一临接部；4-第一标准部；5-第二标准部；6-第三标准部；7-第二临接部；8-隔板；9-封顶块盖板；10-临接块盖板；11-标准块盖板；12-封顶块；13-临接块；14-标准块；15-弯曲螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明采用分块浇筑，并预留环向螺栓孔以达到管片拼装的目的。最终达到能够真实的模拟现场工程，使实现模型得到的数据更具参考价值，使用本发明浇筑盾构管片时，为保证各衬砌管片之间的螺栓孔能够对应，在衬砌管片拼装时不发生偏差，需要将各管片放在一起整体浇筑。预先将管片模具拼接好，然后六个“孔室”然后将石膏浆液倒入“孔室”待其成型。最后，拆除模具将各块管片拆除，并分别晾干。

本发明盾构管片模具所制备的管片模型真实的还原了现场盾构管片的拼装形式、受力特征以及螺栓接口位置管片的应力集中情况。

本发明结构包括依次连接形成圆形的封顶部2、第一临接部3、第一标准部4、第二标准部5、第三标准部6和第二临接部7，所述封顶部2、第一临接部3、第一标准部4、第二标准部5、第三标准部6和第二临接部7形成的模具为整体结构；所述封顶部2的结构为：封顶块12上固定有封顶块盖板9；所述第一临接部3和第二临接部7的结构为：临接块13上固定有临接块盖板10；所述第一标准部4、第二标准部5和第三标准部6的结构为：标准块14上固定有标准块盖板11；所述封顶部2、第一临接部3、第一标准部4、第二标准部5、第三标准部6和第二临接部7之间固定有隔板8；所述封顶块12、临接块13和标准块14形成模具的内表面，所述封顶块盖板9、临接块盖板10和标准块盖板11形成模具的外表面以及侧面；所述封顶块12、临接块13、标准块14、封顶块盖板9、临接块盖板10、标准块盖板11和隔板8上都开有若干螺栓孔1，两相连螺栓孔之间穿入弯曲螺栓15。

隧道模型试验盾构管片制备模具外径为600mm，内径为540mm；所述的封顶部2角度为21.5°，临接部的角度均为68°。标准部的角度均为67.5°。螺栓孔1环向角度为22.5°。

封顶块12展开长101.32mm，宽150mm。标准块14展开长320.44mm，宽150mm。临接块13展开长318.09mm，宽150mm。

封顶块盖板9为宽度为34mm，角度为22.5°，半径为270mm的扇形。临接块盖板10为宽度为34mm，角度为68°，半径为270mm的扇形。标准块盖板11为宽度为34mm，角度为67.5°，半径为270mm的扇形。

封顶块12、临接块13和标准块14平面展开为一块钢板，宽度为150mm；在各分块之间设置隔板8，隔板8厚度为1mm，高度为3mm；在各螺栓孔1周围切割15mm*15mm的正方形，以便于浇筑时便于将其拆除。

模具中直径为5mm的螺栓孔1均设置有弯曲螺栓以便于在浇筑模型时，能够使成型的各衬砌管片具有纵向和环向螺栓孔。每条螺栓在两个对应的螺栓孔被拧紧；两个对应的螺栓孔之间的弯曲螺栓15应套有便于拔出的橡胶孔，便于模型浇筑完成以后便于将螺栓从模型中抽取出来。

本发明克服了以往衬砌管片不能分块制作，不能测定衬砌管片之间，环向和纵向钢筋受力状况的缺点；本发明中封顶部2、第一临接部3、第一标准部4、第二标准部5、第三标准部6、第二临接部7采用一次浇筑完成，保证各管片制作的相对来说更加精确，同时各管片之间可以准确连接。