一种盾构隧道管环内压加载的试验装置的制作方法

本发明属于盾构隧道管环模型试验设备技术领域，具体涉及一种试验中模拟盾构隧道管环在内压作用下的力学特性的试验装置。

背景技术：

一般交通盾构隧道处于地下围岩土中，设计和施工多考虑外部水压等恒定荷载、施工荷载和偶然荷载等外部荷载，但在一些特殊用途的隧道如压力引水隧道、蓄水隧道和防洪隧道等受内压作用的隧道，其衬砌还受到极大的内压作用。在内外压力共同作用下，盾构隧道衬砌管环显示出复杂的力学特性、如纵缝张开、环缝错台、管片损伤破裂等，受限于现有试验设备的不足，往往不能较好地开展隧道衬砌管环受内压作用的力学特性试验研究，不能全面、准确地指导盾构隧道设计与施工，影响其结构安全性和耐久性。随着海绵城市建设和大城市内涝频发，作为解决上述问题的有效措施盾构隧道必将得到大量建造，且设计必须考虑内压的影响。因此，需开展相关试验设备的研究，为解决实际工程问题提供试验数据支撑。

技术实现要素：

为了在模型试验中实现盾构隧道管片环受内压时的力学特性模拟，本发明提出了一种结构简单、能在管环内部各点同步精确加载、再现管环在内压作用下的受力与变形等力学特性的试验设备。本发明的技术方案如下：

一种盾构隧道管环内压加载的试验装置，用于测试隧道管环3，包括基座1、外压加载装置2和内压加载装置4，测试时，隧道管环3竖向置于基座1上，其特征在于，

所述的外压加载装置2包括两个外压加载分配梁2-1，两个横向传力杆2-2和一对外压同步千斤顶2-3，在所述的基座1上根据隧道管环3的管径大小设置有两个分别用于容纳两个外压加载分配梁2-1的开口，开口预留一定富余量以保证外压加载分配梁2-1能在合理范围内移动；两个外压加载分配梁2-1的上部和下部均开设有横向通孔2-4供横向传力杆2-2穿过，一个横向传力杆2-2贯穿基座1和两个外压加载分配梁2-1的下部，另一个横向传力杆2-2贯穿两个外压加载分配梁2-1的上部，一对外压同步千斤顶2-3用于在同一侧通过两个横向传力杆2-2向外压加载分配梁2-1施加压力；

所述的内压加载装置4包括2n块承压板4-2和n对内压同步千斤顶，承压板4-2的外表面的曲率与隧道管环3的内表面的曲率一致，内压同步千斤顶4-1固定连接在承压板4-2的内表面，一对内压同步千斤顶4-1上下对称分布并固定连接在两个相对的承压板4-2上，相邻承压板4-2周向留有必要周向间距， 以确保内压同步千斤顶4-1的活塞杆在伸缩时承压板不互相干扰。

作为优选实施方式，在外压加载分配梁2-1与盾构隧道管环之间的接触表面上设置有弹性层，以此保证试验过程中隧道管环受力均匀。所述的弹性层为橡胶板。在两个外压加载分配梁2-1上部开设的横向通孔2-4的尺寸大于两个横向传力杆2-2的外径，上部的横向通孔内设置有加强肋2-5。在外压加载分配梁2-1与基座1上表面相邻的区域设置有加劲肋以保证在试验过程中外压加载分配梁2-1始终垂直于基座1上。承压板4-2内表面设置有加劲肋。

附图说明

图1为实施例1试验装置的结构示意图(内压加载装置4和盾构隧道管环3为过圆心的剖面图)

图2为图1试验装置的外压加载装置2结构示意图

图3为图1试验装置的外压加载装置2的左侧外压加载分配梁的的左视图

图4为图1试验装置的内压加载装置4结构示意图

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。

实施例1

如图1所示，本实施例的盾构隧道管环内压加载试验装置由基座1、外压加载分配梁2-1、横向传力杆2-2、液压千斤顶2-3、内压加载装置4以及必要的钢结构构件组成。

本实施例的基座1由12mm的厚钢板焊接而成，长2500mm，宽1200mm，高400mm。在基座1沿长度方向的两端有供外压加载装置2嵌入基座1的开口，开口预留一定富余量以保证外压加载分配梁2-1能在合理范围内移动，基座1内部构造能够保证横向传力杆2-2贯穿其中。如图2所示，外压加载分配梁2-1由10mm厚钢板焊接而成，外压加载分配梁2-1高出基座1上表面1300mm，另有350mm长的部分嵌入基座内部，在距外压加载分配梁的两端端部175mm处有直径34mm圆孔2-4，直径32mm、长2200mm的横向传力杆2-2穿过圆孔2-4，圆孔2-4四周设置有加劲肋2-5，外压加载分配梁2-1与基座1上表面相邻的区域有必要的加劲肋以保证在试验过程中外压加载分配梁2-1始终垂直于基座1上。另外，在外压加载分配梁2-1上，与盾构隧道管环接触的内表面处贴有10mm厚橡胶板，以此保证试验过程中盾构隧道管环上受力均匀。本实施例的盾构隧道管环3外径900mm，内径780mm，高1000mm，盾构隧道管环由6块管片组成。本实施例中承压板4-2由10mm厚钢板焊接而成，外表面由整块曲钢板构成。承压板4-2内部焊有加劲肋，从而保证承压板的整体刚度。在承压板4-2上，与盾构隧道管环接触的外表面贴有10mm厚橡胶板，从而避免应力集中现象和盾构隧道管环因瞬间受力过大造成的失真破坏。液压千斤顶4-1通过螺栓固定在承压板4-2的内表面，一对液压千斤顶4-1上下对称分布。6块圆形承压板4-2组成的承压板环外轮廓与盾构隧道管 环相同，相邻承压板4-2周向留有必要周向间距，从而确保液压千斤顶4-1的活塞杆在伸缩时承压板不互相干扰。

本实施例的盾构隧道管环内压加载的试验装置在使用过程中需要与模型测试仪器、千斤顶数控仪等设备配合使用，具体操作步骤是：

步骤一，将外压加载装置2安装在试验设备基座1上，调试液压千斤顶2-3以保证同步加载过程中两根外压加载分配梁2-1能水平相对移动。

步骤二，利用龙门吊将组装好的内压加载装置4放在两根外压加载分配梁2-1之间，且保证横向传力杆2-2通过内压加载装置4外轮廓的圆心。

步骤三，将聚四氟乙烯板贴在试验用的盾构隧道管环3下端，利用龙门吊将组装好的盾构隧道管环按照图1放置在试验设备基座上，且保证盾构隧道管环3轮廓圆心与内压加载装置4外轮廓圆心在同一点。

步骤四，利用千斤顶数控仪调整液压千斤顶2-3与千斤顶4-1，使外压加载分配梁2内表面、内压加载装置4外表面分别和试验用的盾构隧道管环3轻微接触，调整各项测试仪器后正式开始试验。

上述实施例中未详细描述的连接件结构等均属于常规技术，其具体实施可以由本领域技术人员根据实际应用进行选择。