一种蜂巢式地下管廊试验模型的制作方法

本实用新型属于地下工程技术领域，特别涉及到一种蜂巢式地下管廊实验模型。

背景技术：

我国目前的管廊及隧道设计断面多为圆形和矩形，无法在受力和空间利用上取得较好平衡。为了更好利用地下空间、优化施工工序及提高整体结构性能，已有设计院提出正六边形蜂巢式地下工程体系。

目前国内盾构隧道衬砌基本使用螺栓作为连接件，需要在管片连接处设置凹槽作为手孔进行连接。但是在对单舱六边形断面结构进行模型设计时，按照实际拼装方法连接管片存在许多缺点，从而影响管片试验效果：

第一，设置手孔会削弱管片强度，使实验数据存在偏差。

第二，由于模型尺寸远小于实际尺寸，过小的手孔尺寸会增加拼装难度，无法保证管片连接紧密性。第三，长直螺栓变形相对较大，且铝丝孔处易出现管片局部破坏的情况，影响试验效果。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种蜂巢式地下管廊实验模型，解决现有技术中单舱六边形断面结构进行模型设计时在管片连接处设置凹槽作为手孔存在的上述问题。

本实用新型的技术方案为：

一种蜂巢式地下管廊试验模型，由模型管片、铝丝、螺栓、铝丝孔和连接处凸起部分组成；一环管廊由六个相同的管片组成，模型管片在接连处设有截面为三角形的凸起部分，模型管片上设有铝丝孔作为管片间连接通道，管片间通过铝丝和螺栓拼接。

铝丝中间保持保持光滑，两端刻有螺纹与螺栓套扣。

模型管片材料为聚丙烯。

环管间的连接为通缝或错缝连接。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

(1)模型管片采用凸起部分连接，保证在几何相似比不变时，提高试验模型的强度和稳定性；

(2)模型管片设置凸起部分，提高操作可行性，加快试验进度；

(3)模型管片接头采用螺栓连接不易松动，提高连接耐久性，保证试验效果。

(4)铝丝采用拱形连接孔，防止变形过大和铝丝孔处出现管片局部破坏的情况。

附图说明

图1为本实用新型蜂巢式地下管廊试验模型的正视图；

图2为本实用新型蜂巢式地下管廊试验模型连接处的立体示意图；

图3为本实用新型蜂巢式地下管廊试验模型连接处的正视图；

图4为本实用新型蜂巢式地下管廊试验模型通缝管廊的示意图；

图5为本实用新型蜂巢式地下管廊试验模型错缝管廊的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本实用新型进一步详细描述。

如图1-3所示，本实用新型的蜂巢式地下管廊试验模型，由模型管片1、铝丝2、螺栓3、铝丝孔5和连接处凸起部分6组成；一环管廊由六个相同的管片1组成，模型管片1在接连处设有截面为三角形的凸起部分6，模型管片1上设有铝丝孔5作为管片间连接通道，管片间通过铝丝2和螺栓3拼接。铝丝2中间保持保持光滑，两端刻有螺纹4与螺栓3套扣。

蜂巢式地下管廊试验模型的拼装方法，先制作6片模型管片1和相应长度的铝丝2；将铝丝穿过铝丝孔5用螺栓3套扣连接拼装管片。

在设计并制作试验模型时，过程如下：

一、确定试验管片大小及材料

首先由有关地铁隧道规范和相似理论确定模型几何相似比cl＝20。随后按照砂土中真实荷载模式对管片材料的弹性模量进行确定，由实际工程中c50混凝土的弹性模量(34.5gpa)换算得理想状态下管片材料的弹性模量约为1.725gpa。综合考虑成本及材料的可加工性，选择聚丙烯(弹性模量1.69gpa)作为模型管片材料，其弹性模量与理想状态误差约为2.03％。

二、试验模型制作

由于模型复杂性，首先使用rhinoceros软件对整环管片进行3d建模。选择ppp(聚丙烯)作为3d打印耗材，并对打印模型进行弹性模量测试。结果符合上述几何相似比条件后，使用3d打印制作试验模型。

三、试验模型拼装

1.按照线刚度不变的原则确定铝丝长度后，根据孔径大小选择直径为2.5mm的铝丝，并保持中间光滑，在两端使用刀具套扣螺纹。将铝丝穿入铝丝孔内，在两端先放上垫片再旋入螺栓，随后使用钳子、螺丝刀等工具拧紧螺栓进行管片环内的螺栓连接。

2.进行管片间的连接时有通缝、错缝、无缝三种方式，其中通缝和错缝比较常见。通缝连接方式是单个环拼装完成后，进行环间拼接时，各环管片间拼装缝不错开而形成纵向通缝；而各环管片间拼装缝错开使得管廊纵向不能形成通缝时即为错缝连接。如图4-5所示。

本实用新型的实施例给出了一种蜂巢式地下管廊试验模型及拼装方法，但本实用新型并非旨在限制管片模型的拼装方式，本领域技术人员可以采用其他的拼装方式或对上述拼装方式进行改进，以获得更好的试验效果。

尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种蜂巢式地下管廊试验模型，其特征在于，由模型管片(1)、铝丝(2)、螺栓(3)、铝丝孔(5)和连接处凸起部分(6)组成；一环管廊由六个相同的管片(1)组成，模型管片(1)在接连处设有截面为三角形的凸起部分(6)，模型管片(1)上设有铝丝孔(5)作为管片间连接通道，管片间通过铝丝(2)和螺栓(3)拼接。

2.根据权利要求1所述的一种蜂巢式地下管廊试验模型，其特征在于，铝丝(2)中间保持保持光滑，两端刻有螺纹(4)与螺栓(3)套扣。

3.根据权利要求1所述的一种蜂巢式地下管廊试验模型，其特征在于，模型管片(1)材料为聚丙烯。

4.根据权利要求1所述的一种蜂巢式地下管廊试验模型，其特征在于，环管间的连接为通缝或错缝连接。

技术总结
本实用新型公开了一种蜂巢式地下管廊试验模型，由模型管片、铝丝、螺栓、铝丝孔和连接处凸起部分组成；一环管廊由六个相同的管片组成，模型管片在接连处设有截面为三角形的凸起部分，模型管片上设有铝丝孔作为管片间连接通道，管片间通过铝丝和螺栓拼接。本实用新型模型管片采用凸起部分连接，保证在几何相似比不变时，提高试验模型的强度和稳定性；模型管片设置凸起部分，提高操作可行性，加快试验进度；模型管片接头采用螺栓连接不易松动，提高连接耐久性，保证试验效果。铝丝采用拱形连接孔，防止变形过大和铝丝孔处出现管片局部破坏的情况。

技术研发人员：程雪松;涂瑜;李晋;郑刚
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.06.11
技术公布日：2020.05.01