一种适用于室内隧道模型试验的衬砌支护模具的制作方法

本发明属于隧道工程、地下工程领域，具体涉及一种适用于室内隧道模型试验的新型衬砌支护模具。

背景技术：

近些年来，由于西部大开发战略决策的实施，促进了西部地区高等级公路和铁路的发展，穿越黄土地区的隧道越来越多，隧道工程的建设规模也空前扩大，隧道工程等相关领域的研究也越来越多。虽然国内外在隧道工程方面的技术已趋于成熟，但是实际施工经常会出现一些衬砌漏水，裂缝，局部塌陷等问题。室内隧道模型试验为实际隧道施工提供了更加有力的参考，隧道衬砌模型的制作在室内隧道模型试验中至关重要。目前常见的隧道衬砌模型是预埋式隧道衬砌模型，但这种方法与实际施工方法不相符，并且模具中预先布设的测试仪器在堆载及隧道开挖过程中容易遭到破坏。因此制作一种操作方便、快捷、便于推广、更贴合实际施工方法的隧道衬砌支护模具是至关重要的。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有室内隧道衬砌支护模型试验中存在的问题，提供一种可以循环使用、方便、安全、更真实地模拟实际隧道衬砌支护的模具。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种适用于室内隧道模型试验的新型衬砌支护模具，包括拱顶模块、拱腰模块二、拱腰模块三、仰拱模块四、仰拱模块五、仰拱模块六，拱顶模块和拱腰模块二、拱腰模块三相连，拱腰模块二、拱腰模块三和仰拱模块四、仰拱模块五、仰拱模块六相连，达到封闭成环，形成一个整体单元；该整体单元为三心圆结构。

拱顶模块和拱腰模块二用塑料胶连接，形成一个组合，拱腰模块三和仰拱模块四、仰拱模块四和仰拱模块五分别用塑料胶连接，形成一个组合，其中，拱腰模块二和拱腰模块三通过榫头相连，仰拱模块五和仰拱模块六通过榫头相连。

拱顶模块由三心圆部分圆弧组成，外轮廓角度约为160°，仰拱模块四也由三心圆部分圆弧组成，外轮廓总角度约为80°，其中，内轮廓半径均小于外轮廓半径，两者之间厚度约为15mm。

拱腰模块二、拱腰模块三和仰拱模块五、仰拱模块六为矩形方块组合，中间连接是通过凹槽和凸楞搭接而成榫头结构。

各个整体单元搭接而形成隧道衬砌模具，且各个整体单元为条状圆弧形。

与现有试验模具相比，本发明具有以下有益的技术效果：

与现有室内隧道衬砌支护模具相比，它是由亚克力塑料厚板加工制作圆弧状的模具及由3d打印机制作的榫头构成。两者之间通过塑料胶相互连接，再通过榫头将其拼接一个完整隧道衬砌支护模型单元。

这种室内隧道衬砌支护模具构造比较简单，市场取材加工制作快捷，试验操作简便，可进行现场组装拆卸，也可重复使用，更符合实际施工开挖情况，排除了预埋式测试仪器遭受破坏的状况，大大提高了试验数据的准确性，降低试验施工难度，节省时间和资金。

附图说明

图1为本发明隧道衬砌支护模具平面示意图；

图2为本发明隧道衬砌支护模具结构示意图；

图3为本发明拱顶模块、仰拱模块的结构示意图；

图4为本发明拱腰模块、拱腰模块的结构示意图；

图5为本发明仰拱模块、仰拱模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参考图1，本发明包括衬砌支护模具拱顶模块1、拱腰模块二2、拱腰模块三3、仰拱模块四4、仰拱模块五5、仰拱模块六6，衬砌支护模具拱顶模块1和拱腰模块二2、拱腰模块三3相连，拱腰模块二2、拱腰模块三3和仰拱模块四4、仰拱模块五5、仰拱模块六6相连，其中，拱腰模块二2和拱腰模块三3通过榫头相连，仰拱模块五5和仰拱模块六6通过榫头相连，使其封闭成环，形成一个完整的隧道衬砌支护模型单元，以达到与现场施工衬砌封闭成环相符的目的。

本发明主要的工作原理及过程：使用时，首先将拱顶模块1与拱腰模块二2通过塑料胶相连，仰拱模块四4分别与拱腰模块三3和仰拱模块五5通过塑料胶相连，然后开挖隧道。第一步，开挖上侧位置，形成一个台阶，将拱顶模块1和拱腰模块二2固定到隧道中；第二步，开挖左下侧隧道位置，通过左侧拱腰模块二2和拱腰模块三3形成的榫头相连，将左下侧仰拱模块四4、仰拱模块五5、拱腰模块三3固定在隧道中；第三步，开挖右下侧隧道位置，通过右侧拱腰模块二2和拱腰模块三3形成的榫头相连，将右下侧仰拱模块四4、仰拱模块五5、拱腰模块三3固定在隧道中。最后，插入仰拱模块六6即可形成一个完整的隧道衬砌支护模型单元；以此类推，根据试验要求可进行延伸。

本模具结构与隧道围岩相似材料结为一体，作为共同承受荷载的隧道结构体系，荷载主要是开挖洞室后由松动的相似材料围岩的自重所产生，衬砌支护模型是直接承载单元，是用来约束围岩相似材料的变形与位移。在衬砌周边预埋设测试元件，可对衬砌受力变形进行分析，从而模拟得出隧道受力变形规律，对隧道施工提供有力依据。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种适用于室内隧道模型试验的衬砌支护模具，包括拱顶模块、拱腰模块二、拱腰模块三、仰拱模块四、仰拱模块五、仰拱模块六，拱顶模块和拱腰模块二、拱腰模块三相连，拱腰模块二、拱腰模块三和仰拱模块四、仰拱模块五、仰拱模块六相连，达到封闭成环，形成一个整体单元；该整体单元为三心圆结构。本发明构造比较简单，市场取材加工制作快捷，试验操作简便，可进行现场组装拆卸，也可重复使用，更符合实际施工开挖情况，排除了预埋式测试仪器遭受破坏的状况，大大提高了试验数据的准确性，降低试验施工难度，节省时间和资金。

技术研发人员：李又云;李佳;王会涛;刘黎明;安鑫厚;程振威
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：2017.07.20
技术公布日：2017.09.15