CN102507348B - 一种隧道二次衬砌混凝土结构承载能力的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道二次衬砌混凝土结构承载能力的试验方法，预先将若干个压力盒固定埋设在隧道初期支护与二次衬砌混凝土之间，预先将若干个挂钩固定埋设在隧道二次衬砌混凝土上，同一断面上左右各安装一个，且关于隧道二次衬砌混凝土轴线对称分布，将挂杆、弹簧秤和堆载平台依次连接安装在挂钩上，选择二次衬砌混凝土表面测点，粘贴若干个应力应变计，在堆载平台进行逐级加载，读取数据进行分析。本发明可以有效试验检测隧道二次衬砌混凝土结构的承载能力，是一种无损试验试验方法，既不破坏原有隧道二次衬砌混凝土结构又能给设计、施工和工程竣工验收提供重要的科学依据。

Description

一种隧道二次衬砌混凝土结构承载能力的试验方法

技术领域

本发明涉及隧道二次衬砌混凝土的质量控制领域，特别是涉及一种隧道二次衬砌混凝土结构承载能力的试验方法。

背景技术

目前，在公路、铁路、市政、水利等工程中，隧道是一种普遍的结构，二次衬砌混凝土结构是隧道的主体结构，现在二次衬砌混凝土结构常规设计方法是采用类比法进行设计，再通过理论计算复核或通过室内模型试验验证，但由于地质情况十分复杂，隧道围岩变化频繁，理论计算或室内模型的地质参数难以准确确定，导致理论计算或室内模型的试验结果与实际情况出入较大，不能准确反映工程的实际。同时，隧道初期支护和二次衬砌混凝土现场浇筑的施工质量也难以保证，正是由于目前没有现场隧道二次衬砌混凝土结构承载力的试验方法，无法检测其承载能力，一般的设计都比较保守，造成了较大的浪费。在质量检验验收时，不能检测其承载力，一旦施工完成，如有质量问题也无法发现，安全隐患不能排除，这也是目前隧道安全事故多发的主要原因之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道二次衬砌混凝土结构承载能力的试验方法，能有效试验检测隧道二次衬砌混凝土结构的承载能力，为设计、施工和工程验收提供重要的科学依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种隧道二次衬砌混凝土结构承

载能力的试验方法，其具体操作步骤如下：

(a)在二次衬砌混凝土施工时，预先将若干个压力盒固定埋设在隧道初期支护与二次衬砌混凝土之间，将若干个挂钩固定埋设在隧道二次衬砌混凝土上，同一断面上左右各安装一个，且关于隧道二次衬砌混凝土轴线对称分布；

(b)荷载试验时，将挂杆、弹簧秤和堆载平台依次连接安装在挂钩上；

(c)根据工程情况选择二次衬砌混凝土表面测点，粘贴应力应变计；

(d)在堆载平台上直接加载可行式车辆或重物，加载时适宜逐级加载，先由零载加至第一级荷载、卸载至零载；再由零载加至第二级荷载，卸至零载；直至所有荷载施加完毕，在逐级加载过程中可以不卸载，逐级加至最大荷载，每次加载后待各弹簧秤的读数误差小于5％时再予以读数记录加载重量；

(e)每次加载稳定之后，通过计算机将压力盒、应力应变计的测试数据进行汇总；

(f)试验结果分析评价。

所述的试验方法得到的数据可以用以下公式进行计算分析：将二次衬砌结构加载试验应变或变形实测结果与理论值的比进行比较，即

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{Vs}}{V_l}...\left(1\right)$

(1)式中

η——二次衬砌结构加载试验应变或变形实测结果与理论值的比；

Vs——(围岩压力q+试验荷载P)作用下的应变或变形实测值；

V_l——(围岩压力q+试验荷载P)作用下的应变或变形理论值；

根据隧道断面形式、围岩类别和二次衬砌混凝土的厚度、强度等的实际情况，简化成数学模型，通过有限元方法计算V_l值。V_l值在隧道空间的分布是不同的，根据隧道断面形式、围岩类别和二次衬砌混凝土的厚度、强度等的实际情况，选择特征点计算，不同的隧道特征点的选择也不同，V_l值的计算都是由装有特定计算软件的计算机来完成。

结果中η越小，二次衬砌超载能力越大，安全储备越高。可以根据结果绘制实测值和理论分析计算的对照图表，理论计算按弹性材料进行计算，如果两者呈线性关系，说明二次衬砌结构处于良好的弹性工作状态。

有益效果

本发明涉及一种隧道二次衬砌混凝土结构承载能力测试装置及试验方法，本发明可以有效试验检测隧道二次衬砌混凝土结构的承载能力，是一种无损试验检测装置和方法，既不破坏原有隧道二次衬砌混凝土结构又能给设计、施工和工程竣工验收提供重要的科学依据。

附图说明

图1是本发明所述的试验示意图；

图2是本发明所述的试验装置的布置图；

图3是本发明所述的静载荷试验图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种隧道二次衬砌混凝土结构承载能力的试验方法，以图1～3为例提供一种与本发明相配的试验装置，包括压力盒1、挂钩2、挂杆3、弹簧秤4、堆载平台5和应力应变计6，其特征在于，所述的压力盒1固定埋设在隧道初期支护和二次衬砌混凝土之间，所述的挂钩2固定在二次衬砌混凝土上，所述的挂杆3与挂钩2相连，所述的挂杆3通过弹簧秤4与堆载平台5相连，所述的应力应变计6安装在二次衬砌混凝土的表面，所述的压力盒1预先埋设有若干个，每个压力盒1都通过导线连接到计算机上，所述的应力应变计6安装有若干个，每个应力应变计6都通过导线连接到计算机上，所述的挂钩2在同一断面上左右各安装一个，且关于隧道二次衬砌混凝土轴线对称分布，所述的挂钩2预埋断面至少为4个。

实施例1

一条宽度为9～10米的双车道隧道，围岩类别为3级，在隧道初期支护完成后，根据隧道二次衬砌混凝土结构的试验检测频率，选取一段长度约为10米(一模板长度)的测试区域，预先将压力盒1固定埋设在隧道初期支护上，数量为40～60个，每一个压力盒1都通过导线连接到计算机上；二次衬砌混凝土开始施工时，预先将8～10个挂钩2固定埋设在隧道二次衬砌混凝土内；荷载试验时，选择二次衬砌混凝土表面测点，粘贴40～60个应力应变计6；将挂杆3、弹簧秤4、堆载平台5依次连接在挂钩2上；选用可行式车辆进行加载，加载时进行逐级加载，先由零载加至第一级荷载、卸载至零载；再由零载加至第二级荷载，卸至零载；直至所有荷载施加完毕，每次加载后待各弹簧秤的读数误差小于5％时再予以读数记录加载重量；每次加载稳定之后，通过计算机将读取压力盒1和应力应变计6的数据进行汇总；现场试验结束后，通过计算机计算二次衬砌结构加载试验应变或变形实测结果与理论值的比(η)，同时绘制实测值和理论分析计算的对照图表，评价二次衬砌承载能力。

实施例2

一条宽度为14～15米的三车道隧道，围岩类别为3级，在隧道初期支护完成后，根据隧道二次衬砌混凝土结构的试验检测频率，选取一段长度约为10米(一模板长度)的测试区域，预先将压力盒1固定埋设在隧道初期支护上，数量为60～80个，每一个压力盒1都通过导线连接到计算机上；二次衬砌混凝土开始施工时，预先将10～14个挂钩2固定埋设在隧道二次衬砌混凝土内；荷载试验时，选择二次衬砌混凝土表面测点，粘贴60～80个应力应变计6；将挂杆3、弹簧秤4、堆载平台5依次连接在挂钩2上；选用重物堆载的方式进行加载，加载时进行逐级加载，先由零载加至第一级荷载、卸载至零载；再由零载加至第二级荷载，卸至零载；直至所有荷载施加完毕，每次加载后待各弹簧秤的读数误差小于5％时再予以读数记录加载重量；每次加载稳定之后，通过计算机将读取压力盒1和应力应变计6的数据进行汇总；现场试验结束后，通过计算机计算二次衬砌结构加载试验应变或变形实测结果与理论值的比(η)，同时绘制实测值和理论分析计算的对照图表，评价二次衬砌承载能力。

Claims (2)

1.一种隧道二次衬砌混凝土结构承载能力的试验方法，其具体操作步骤如下：

（a）在二次衬砌混凝土施工时，预先将若干个压力盒（1）固定埋设在隧道初期支护与二次衬砌混凝土之间，并将若干个挂钩（2）固定埋设在二次衬砌混凝土上，同一断面上左右各安装一个，且关于二次衬砌混凝土轴线对称分布；

（b）荷载试验时，将挂杆（3）、弹簧秤（4）和堆载平台（5）依次连接安装在挂钩（2）上；

（c）根据工程情况选择二次衬砌混凝土表面测点，粘贴若干个应力应变计（6）；

（d）在堆载平台（5）上直接加载可行式车辆或重物，加载时逐级加载，先由零载加至第一级荷载，卸载至零载，再由零载加至第二级荷载，卸载至零载；直至所有荷载施加完毕；或在逐级加载过程中不卸载，逐级加至最大荷载；每次加载后待各弹簧秤的读数误差小于5%时再予以读数记录加载重量；

（e）每次加载稳定之后，通过计算机将压力盒（1）、应力应变计（6）的测试数据进行汇总；

（f）试验结果分析评价。

2.根据权利要求1所述的一种隧道二次衬砌混凝土结构承载能力的试验方法，其特征在于：所述的试验方法得到的数据用以下公式进行计算分析：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{Vs}}{V_l}...\left(1\right)$

（1）式中

η——二次衬砌混凝土结构加载试验应变或变形实测值与理论值的比；

Vs——围岩压力和试验荷载作用下的应变或变形实测值；

V_l——围岩压力和试验荷载作用下的应变或变形理论值。

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