CN101403645B - 一种水压、土压独立加载的盾构隧道结构原型试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种水压、土压独立加载的盾构隧道结构原型试验装置，其组成是：a、土压加载装置在水平的盾构隧道结构原型外表面均匀地布置四条对拉梁；相对的两对拉梁通过对拉锚索及串接的千斤顶连接；b、水压加载装置在水平放置的盾构隧道结构原型外表面布置环箍梁，二条或二条以上的环箍锚索一端固定在环箍梁的一侧，另一端绕隧道表面一周后通过千斤顶固定在环箍梁另一侧；c、测试装置隧道结构原型的内、外表面贴有应变片，内表面有位移计，外部还设有应变片、位移计均与数据处理及控制器电连接。该装置既可以对隧道结构原型的水压、土压进行分离或同时加载，加载量可以独立调节，从而分析测试任意的水压、土压组合对盾构隧道原型的影响。

Description

一种水压、土压独立加载的盾构隧道结构原型试验装置
技术领域
本发明涉及一种盾构隧道结构原型试验装置，尤其涉及一种水压、土压独立加载的盾构隧道结构原型试验装置。
背景技术
对盾构隧道结构原型的力学性能研究，是保证隧道建设安全、顺利进行的一项重要工作，通常通过模拟试验来进行。位于地下的隧道结构通常受到土压和水压两种力的作用，并且这两种力之间关联性差。因此要较真实地模拟测试出拟建隧道结构的各种力学特征，必须向隧道结构独立地加载水压、土压。现有的隧道结构原型的模拟试验装置，如：日本土木研究所进行的地铁单线区间盾构隧道-土层复合体的模拟装置，采用3个环进行错缝拼装成隧道结构试件，将试件放置在地面，用6点集中加载方法在隧道结构上加载土压，但没有模拟出水压对于隧道结构的影响。总之，现有试验装置均不能实现隧道土压与水压的独立加载；也无法单独模拟水压对隧道结构的影响，从而无法方便有效地进行隧道盾构结构原型的试验，影响了盾构隧道结构的力学性能的测试与分析，这是当前隧道设计与建设中亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种水压、土压独立加载的盾构隧道结构原型试验装置，该装置既可以对隧道结构原型的水压、土压进行分离加载又可以同时加载，水压、土压加载量可以独立调节，从而可分析测试任意的水压、土压荷载组合对盾构隧道原型的影响，并且方便进行不同断面结构形式盾构隧道的模拟试验。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水压、土压独立加载的盾构隧道结构原型试验装置，其组成是：
a、土压加载装置在水平放置的盾构隧道结构原型外表面均匀地布置四条对拉梁；相对的两对拉梁通过对拉锚索连接，其连接的具体方式为：对拉锚索的一端与对拉梁连接，另一端穿过相对的对拉梁后与固定于该对拉梁外侧的对拉千斤顶相连。
b、水压加载装置在水平放置的盾构隧道结构原型外表面布置环箍梁，二条或二条以上的环箍锚索一端固定在环箍梁的一侧，另一端绕隧道表面一周后，与固定在环箍梁另一侧的千斤顶相连。
c、测试装置盾构隧道结构原型的表面上贴有应变片、测缝计及位移计；应变片、测缝计、位移计均与数据处理及控制器电连接。
本发明的工作原理是：
土压加载将真实盾构隧道管片构成的短圆筒状原型隧道结构水平地放置于地面，由于管片混凝土的泊松比很小，所以可以保持隧道结构体与真实的长筒状隧道结构的处于相同的平面应变状态。对拉千斤顶顶出时，向对拉锚索施加张拉力，使相对的对拉梁向内收紧，对隧道结构施加径向压力，从而通过一对对拉梁模拟上、下部土压对隧道结构的土压作用；而另一对对拉梁则模拟两侧土压对隧道结构的土压作用。这样，隧道结构与对拉梁之间形成自平衡力系，通过利用对拉梁的相对的张拉力(反力)对盾构隧道结构施加径向压力，从而产生弯矩，来模拟土压对隧道结构的作用；从而无需另设单独的外部反力装置即可对隧道结构原型进行土压的加载，模拟试验出土压对隧道结构的影响。
水压加载环箍锚索一端固定在环箍梁的一侧，另一端绕隧道表面一周后，与固定在环箍梁另一侧的千斤顶相连。这样千斤顶收缩时，环箍锚索紧缩、箍压隧道结构，在其外表面产生径向接触压力，从而对盾构隧道结构原型导入沿周面的径向压力，模拟出水压对隧道结构原型的影响。
通过布设的应变片、位移计、测缝计对隧道结构在土压、水压作用下的力学参数进行测试，并将结果送计算机进行处理，从而获得隧道结构原型在土压、水压作用下的力学性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过由对拉千斤顶、对拉梁及对拉锚索组成的土压加载装置对隧道结构原型导入上下和两侧的径向压力，模拟隧道结构在土体中所受的上下、左右的土压；通过水压环箍锚索、环箍梁、千斤顶组成的水压加载装置，对隧道结构施加沿周面的径向压力，以模拟出隧道结构在地下所受的均匀径向的水压力。由于土压加载装置和水压加载装置是相互独立的，从而能够自由、灵活地分别或同时导入土压和水压，从而可模拟出各种水压、土压环境，方便实现在无水、有水等不同工况下对盾构隧道结构原型进行力学特性的试验，更真实地模拟测试出隧道结构在不同环境下的力学性能，为盾构隧道结构的设计、施工提供科学可靠的试验依据，保证隧道的建设和营运安全。并且本发明的土压、水压加载装置可方便地安装在任意形状断面结构的盾构隧道结构上，安装使用方便。
上述的环箍梁为两个，两条或两条以上的环箍锚索交替地固定在两个环箍梁。这样，在进行水压加载时，对隧道结构施加的径向压力更加均匀，对水压的模拟更真实。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例
图1示出，本发明的一种具体实施方式为：一种水压、土压独立加载的盾构隧道结构原型试验装置，其组成是：
a、土压加载装置在水平放置的盾构隧道结构原型1外表面均匀地布置四条对拉梁2；相对的两对拉梁2通过对拉锚索21连接，其连接的具体方式为：对拉锚索21的一端与对拉梁2连接，另一端穿过相对的对拉梁2后与固定于该对拉梁2外侧的对拉千斤顶22相连。
b、水压加载装置在水平放置的盾构隧道结构原型1外表面布置环箍梁3，二条或二条以上的环箍锚索31一端固定在环箍梁3的一侧，另一端绕隧道表面一周后，与固定在环箍梁3另一侧的环箍千斤顶32相连。
c、测试装置盾构隧道结构原型1的表面上贴有应变片41、测缝计42及位移计43；应变片41、测缝计42、位移计43均与数据处理及控制器电连接。
本例的环箍梁3为两个，两条或两条以上的环箍锚索31交替地固定在两个环箍梁3。

Claims (2)

1.一种水压、土压独立加载的盾构隧道结构原型试验装置，其组成是：
a、土压加载装置在水平放置的盾构隧道结构原型(1)外表面均匀地布置四条对拉梁(2)；相对的两对拉梁(2)通过对拉锚索(21)连接，其连接的具体方式为：对拉锚索(21)的一端与对拉梁(2)连接，另一端穿过相对的对拉梁(2)后与固定于该对拉梁(2)外侧的对拉千斤顶(22)相连；
b、水压加载装置在水平放置的盾构隧道结构原型(1)外表面布置环箍梁(3)，二条以上的环箍锚索(31)一端固定在环箍梁(3)的一侧，另一端绕盾构隧道结构原型表面一周后，与固定在环箍梁(3)另一侧的环箍千斤顶(32)相连；
c、测试装置盾构隧道结构原型(1)的表面上贴有应变片(41)、测缝计(42)及位移计(43)；应变片(41)、测缝计(42)、位移计(43)均与数据处理及控制器电连接。
2.如权利要求1所述的一种水压、土压独立加载的盾构隧道结构原型试验装置，其特征在于：所述的环箍梁(3)为两个，两条以上的环箍锚索(31)交替地固定在两个环箍梁(3)。
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