本发明涉及盾构管片承载力性能试验领域，具体涉及一种马蹄形盾构管片结构承载力性能卧式加载试验系统及方法。
背景技术：
盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片是盾构法隧道的永久衬砌结构，盾构管片质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。
针对盾构隧道原型管片衬砌结构试验能够较真实实现对管片砌结构的细部特征及结构承载能力、失稳、破坏特征等力学特性的测试。因此，条件允许情况下宜开展原型管片砌试验，以探明整环原型管片衬砌结构的力学性能。总的来看，由于原型结构试验耗资很大、试验周期长，且易受外界环境的干扰，试验的难度大，因此国内外盾构隧道管片衬砌结构的原型试验开展并不多，针对大断面马蹄形盾构隧道的原型试验研究更是首次。
以往的盾构管片原型加载试验装置有采用立式的也有采用卧式的，许多为圆型管片，不设反力墙，根据对称性进行对拉，几乎无不平衡力，大部分反力墙设在结构外侧，采用钢结构，在千斤顶作用下施以压力，但反力墙在外侧作用的方式，由于结构尺寸大，受力和材料用量也大，经济性不佳。因此，迫切需要发明一种尽量减小反力墙尺寸，造价省，加载系统建造便捷，材料用量少，安装简便，可重复利用，管片受力均匀，且能够较为真实地模拟实际荷载的管片结构承载力性能试验的加载系统。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提出一种马蹄形盾构管片结构承载力性能试验卧式加载试验系统及方法，其中马蹄形盾构管片结构承载力性能试验卧式加载试验系统的具体技术方案如下：一种马蹄形盾构管片结构承载力性能卧式加载试验系统，包括管片支座(10)、加载纵梁(7)、加载环梁(8)、钢筋混凝土反力墙(1)、型钢反力柱(4)、千斤顶(5)、锚具(6)、主动受拉钢绞线(2)和被动受拉钢绞线(3)，其特征在于：所述管片支座(10)上设置有拼装成环的管片(9)；
所述管片(9)的外圆周面上分布有加载环梁(8)；
所述加载纵梁(7)设置在加载环梁(8)外侧；
所述千斤顶(5)设置在加载纵梁(7)外侧；
所述千斤顶(5)通过所述锚具(6)锚固的主动受拉钢绞线(2)与钢筋混凝土反力墙(1)进行连接；
所述钢筋混凝土反力墙(1)设置在环形的管片(9)内，通过所述型钢反力柱(4)固定；
所述被动受拉钢绞线(3)穿设在钢筋混凝土反力墙(1)上，该被动受拉钢绞线(3)两端分别伸出钢筋混凝土反力墙(1)的外圆周面，通过锚具(6)锚固，对钢筋混凝土反力墙(1)进行约束。
其中，马蹄形盾构管片结构承载力性能试验卧式加载试验方法的具体方案如下：采用以下步骤，
步骤一：首先在管片支座(10)上进行管片(9)的卧式拼装，并进行调整，保证加载点与钢筋混凝土反力墙(1)相应预留孔对齐，并且保证上下两侧端面平整，接头端面贴合，无错台；
步骤二：在环状的管片(9)外侧环绕布置加载环梁(8)，分上下两环，距管片(9)上下边缘的距离均为1/4管片(9)幅宽，保证加载环梁(8)与管片(9)紧密贴合；
步骤三：在加载环梁(8)外侧布置加载纵梁(7)；
步骤四：穿主动受拉钢绞线(2)，首先，在钢筋混凝土反力墙(1)预留孔穿主动受拉钢绞线(2)，并在钢筋混凝土反力墙(1)内用锚具(6)进行锚固，然后依次穿过加载纵梁(7)、千斤顶(5)，并在千斤顶(5)外侧进行锚固；穿入被动受拉钢绞线(3)，并在钢筋混凝土反力墙(1)外侧进行锚固，并进行张拉；
步骤五：布置、黏贴相应的传感器；
步骤六：利用各组千斤顶(5)施加相应的力，即对管片(9)进行加载，然后对各指标进行测试，记录，直至加载到管片结构破坏；至此便完成了对管片结构承载力性能的测试。
本发明是这样实现的，在管片支座(10)上进行管片(9)的卧式拼装，并将管片(9)拼装成环，进行调整，保证加载点与钢筋混凝土反力墙(1)相应预留孔对齐，并且保证上下两侧端面平整，接头端面贴合，无错台；环状的管片(9)外侧布置有加载环梁(8)，该加载环梁(8)在管片(9)外侧环绕布置，分上下两环，距管片(9)上下边缘的距离均为1/4管片幅宽，保证加载环梁(8)与管片(9)紧密贴合；加载环梁(8)外侧布置加载纵梁(7)；在穿主动受拉钢绞线(2)时，首先，在钢筋混凝土反力墙(1)预留孔穿主动受拉钢绞线，并在钢筋混凝土反力墙(1)内用锚具(6)进行锚固，然后依次穿过加载纵梁(7)和布置在加载纵梁(7)外侧的千斤顶(5)，并在千斤顶(5)外侧进行锚固；再穿入被动受拉钢绞线(3)，并在钢筋混凝土反力墙(1)外侧进行锚固，并进行一定程度的张拉；然后布置或黏贴相应的传感器，利用各组千斤顶(5)施加相应的力，即对管片(9)进行加载，然后对各指标进行测试，记录，直至加载到管片结构破坏；至此便完成了对管片结构承载力性能的测试。
为更好的实现本发明，可进一步为：所述步骤四：将主动受拉钢绞线(2)在钢筋混凝土反力墙(1)内的部分用锚具(6)进行锚固，其余部分的主动受拉钢绞线(2)对穿到钢筋混凝土反力墙(1)外侧，并用锚具(6)进行锚固。利用更好的技术方案对该加载试验进行测试。
所述主动受拉钢绞线(2)在钢筋混凝土反力墙(1)内侧的部分进行锚固，其余部分对穿到钢筋混凝土反力墙(1)外侧进行锚固。将钢筋混凝土反力墙(1)承受的拉力尽可能的转化为压力，充分发挥了混凝土材料的力学性能，提高了钢筋混凝土反力墙(1)的承载力。
所述加载环梁(8)沿管片(9)外侧均匀分布，并与管片(9)紧密贴合。使所述加载纵梁(7)将荷载传递给所述加载环梁(8)，所述加载环梁(8)再将荷载传递给管片(9)结构，使得管片(9)结构受力更为均匀，并且能够减少加载纵梁(7)的布置密度，减少加载纵梁(7)的个数，保证管片(9)结构受力合理的情况下，降低材料用量及造价。
本发明在管片结构承载力性能测试中提供了一种简便快捷的加载方案，与现有的管片承载力性能试验测试技术相比，其优点在于：结构简单，施工较为快捷；提供反力的结构体积小，材料用量少，且加载系统可重复利用，减少了试验成本；反力墙内置，使得所需试验空间大为减小；被动受拉钢绞线将反力墙约束，使得在保证反力墙稳固的情况下，进一步减少材料用量，降低造价；钢绞线在管片外侧通过，不需对管片进行钻孔，避免了削弱管片强度；可模拟不同分布荷载，且管片受力均匀，较为贴近实际受力状况。
附图说明
图1为本发明整体平面布置第一种具体实施方式结构图。
图2为本发明整体平面布置另一种具体实施方式结构图。
图3为本发明加载系统第一种具体实施方案的截面示意图。
图4为本发明加载系统另一种具体实施方案的截面示意图。
图5为本发明加载纵梁的结构示意图。
图6为本发明加载环梁的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1至6所示：一种马蹄形盾构管片结构承载力性能卧式加载试验系统，包括管片支座10、加载纵梁7、加载环梁8、钢筋混凝土反力墙1、型钢反力柱4、千斤顶5、锚具6、主动受拉钢绞线2和被动受拉钢绞线3，其特征在于：所述管片支座10上设置有拼装成环的管片9；所述管片9的外圆周面上分布有加载环梁8；所述加载纵梁7设置在加载环梁8外侧；所述千斤顶5设置在加载纵梁7外侧；所述千斤顶5通过所述锚具6锚固的主动受拉钢绞线2与钢筋混凝土反力墙1进行连接；所述钢筋混凝土反力墙1设置在环形的管片9内部，通过所述型钢反力柱4固定；所述型钢反力柱4设置在钢筋混凝土反力墙1内外侧；所述被动受拉钢绞线3穿设在钢筋混凝土反力墙1上，该被动受拉钢绞线3两端分别伸出钢筋混凝土反力墙1的外圆周面，通过锚具6锚固，对钢筋混凝土反力墙1进行约束；所述步骤四：将主动受拉钢绞线2在钢筋混凝土反力墙1内的部分用锚具6进行锚固，其余部分的主动受拉钢绞线2对穿到钢筋混凝土反力墙1外侧，并用锚具6进行锚固，利用更好的技术方案对该加载试验进行测试；所述主动受拉钢绞线2在钢筋混凝土反力墙1内侧的部分进行锚固，其余部分对穿到钢筋混凝土反力墙1外侧进行锚固，将钢筋混凝土反力墙1承受的拉力尽可能的转化为压力，充分发挥了混凝土材料的力学性能，提高了钢筋混凝土反力墙1的承载力；所述加载环梁8沿管片9外侧均匀分布，并与管片9紧密贴合，使所述加载纵梁7将荷载传递给所述加载环梁8，所述加载环梁8再将荷载传递给管片9结构，使得管片9结构受力更为均匀，并且能够减少加载纵梁7的布置密度，减少加载纵梁7的个数，保证管片9结构受力合理的情况下，降低材料用量及造价。
一种马蹄形盾构管片结构承载力性能卧式加载试验系统是拉压自平衡的。
一种马蹄形盾构管片结构承载力性能卧式加载试验方法，其特征在于：采用以下步骤，
步骤一：首先在管片支座10上进行管片9的卧式拼装，并进行调整，保证加载点与钢筋混凝土反力墙1相应预留孔对齐，并且保证上下两侧端面平整，接头端面贴合，无错台；
步骤二：在环状的管片9外侧环绕布置加载环梁8，分上下两环，距管片9上下边缘的距离均为1/4管片9幅宽，保证加载环梁8与管片9紧密贴合；
步骤三：在加载环梁8外侧布置加载纵梁7；
步骤四：穿主动受拉钢绞线2，首先，在钢筋混凝土反力墙1预留孔穿主动受拉钢绞线2，并在钢筋混凝土反力墙1内用锚具6进行锚固，然后依次穿过加载纵梁7、千斤顶5，并在千斤顶5外侧进行锚固；穿入被动受拉钢绞线3，并在钢筋混凝土反力墙1外侧进行锚固，并进行张拉；
步骤五：布置、黏贴相应的传感器；
步骤六：利用荷载，对各组千斤顶5施加相应的力，即对管片9进行加载，然后对各指标进行测试，记录；至此便完成了对管片结构承载力性能的测试。
在管片支座10上进行管片9的卧式拼装，并将管片9拼装成环，进行调整，保证加载点与钢筋混凝土反力墙1相应预留孔对齐，并且保证上下两侧端面平整，接头端面贴合，无错台；环状的管片9外侧布置有加载环梁8，该加载环梁8在管片9外侧环绕布置，分上下两环，距管片9上下边缘的距离均为1/4管片幅宽，保证加载环梁8与管片9紧密贴合；加载环梁8外侧布置加载纵梁7；在穿主动受拉钢绞线2时，方案一：首先，在钢筋混凝土反力墙1预留孔穿主动受拉钢绞线，并在钢筋混凝土反力墙1内用锚具6进行锚固，然后依次穿过加载纵梁7和布置在加载纵梁7外侧的千斤顶5，并在千斤顶5外侧进行锚固；再穿入被动受拉钢绞线3，并在钢筋混凝土反力墙1外侧进行锚固，并进行一定程度的张拉；方案二：在钢筋混凝土反力墙1预留孔穿主动受拉钢绞线2，按设计方案，部分主动受拉钢绞线2在钢筋混凝土反力墙1内侧进行锚固，其余部分的主动受拉钢绞线2对穿到钢筋混凝土反力墙1外侧，然后进行锚固然后布置或黏贴相应的传感器，利用各组千斤顶5施加相应的力，即对管片9进行加载，然后对各指标进行测试，记录，直至加载到管片结构破坏；至此便完成了对管片结构承载力性能的测试。