CN102866070A - 一种隧道二次衬砌混凝土结构承载力试验的加载方法 - Google Patents

Abstract

一种隧道二次衬砌混凝土结构承载力试验的加载方法，主要解决现有的隧道二次衬砌混凝土结构承载力试验加载方法耗时费工费料、加载重量精度不高及不能实现任意方向加载的问题。利用多个由总控室(13)控制的液压千斤顶(10)代替车辆或重物加载，每个加载单元等荷载全自动同步实行试验荷载的分级加载、持荷、卸载和加载。本发明具有节省资源、加载重量精度高、能够任意方向加载和全自动进行加载试验的特点。

Description

一种隧道二次衬砌混凝土结构承载力试验的加载方法

技术领域

本发明涉及一种隧道结构承载力试验的加载方法，具体涉及一种隧道二次衬砌混凝土结构承载力试验的加载方法。

背景技术

在公路、铁路、市政、水利等工程中，隧道应用比较广泛。目前，对隧道二次衬砌混凝土结构承载力的试验检测是一个薄弱环节。中国专利ZL201120397709.1提供了一种隧道二次衬砌混凝土结构承载能力试验装置，该装置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。在该专利中，在堆载平台上利用车辆或重物直接加载，存在以下缺陷：1.堆载物数量庞大，运输、堆载、计量等比较烦杂，需耗用大量的人力、物力和机械设备；2.同步实行试验荷载的分级加载、持荷、卸载、加载时，需要较长的时间才能完成，工作效率较低，加载重量的精度不高，灵活性差；3.由于试验荷载的施加方向是垂直的，不能实现任意方向的加载，不能理想地模拟隧道二次衬砌混凝土的实际受力状况。各挂杆的试验荷载重量存在一定的误差，这样的误差虽然不影响试验过程和试验结果分析评价，但如不是垂直加载的话，对试验台车而言，各挂杆将产生由于加载误差引起的不能相互抵消的剩余水平力，会导致试验台车的平面位移，对试验过程和试验结果分析评价造成影响。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供一种隧道二次衬砌混凝土结构承载力试验的加载方法，该加载方法主要解决了现有的隧道结构承载力试验加载方法耗时费工费料、加载重量精度不高及不能实现任意方向加载的问题，本发明具有节省资源、加载重量精度高、能够任意方向加载和全自动进行加载试验的特点。

本发明的技术方案是：一种隧道二次衬砌混凝土结构承载力试验的加载方法，一次隧道二次衬砌混凝土结构承载力液压试验在一模施工长度内进行， 一模施工长度是指两条施工缝或沉降、伸缩缝之间的长度，一般为10～11米，利用多个由总控室控制的液压千斤顶代替车辆或重物加载，每个加载单元等荷载全自动同步实行试验荷载的分级加载、持荷、卸载和加载，操作步骤如下：

步骤一、在隧道初期支护完成后和二次衬砌混凝土施工时，根据工程实际在一模施工长度内，将若干个压力盒预埋在隧道初期支护与二次衬砌混凝土之间，并将若干个挂钩同时预埋在隧道二次衬砌混凝土中，挂钩的下端露出隧道二次衬砌混凝土之外，同横一断面上左右各预埋一个挂钩，其埋置方向与隧道二次衬砌混凝土曲面的法线方向相同，且关于隧道二次衬砌混凝土横断面呈轴线对称分布；

步骤二、在二次衬砌混凝土若干能反映其受力特征的表面粘贴压力应变计；

步骤三、荷载试验时，将挂杆连接在预埋的二次衬砌混凝土内挂钩和台车上杠杆的拉环上；杠杆的另一端由竖直支在台车上的液压千斤顶顶起而使杠杆上的拉环、挂杆、挂钩沿着隧道二次衬砌混凝土曲面的法线方向施加试验荷载；

步骤四、根据二次衬砌混凝土内预埋的挂钩的方向，选用一定角度的契形块固定在杠杆与液压千斤顶之间，使施加荷载方向与隧道二次衬砌混凝土曲面的法线方向相同。

加载过程中，由试验台车上的总控室计算机程序启动液压系统驱动和控制液压千斤顶施加试验荷载，加载时实行逐级加载，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；多个液压千斤顶由总控室计算机程序同步实行试验荷载的分级加载、持荷、卸载；在逐级加载过程中可以不卸载，逐级加至最大荷载；每级加载稳定之后，将压力盒、应力应变计和液压千斤顶的加载数据通过专用的计算机软件分析计算，对试验结果进行分析评价。

加载和试验全过程均由总控室计算机程序控制实施，并自动逐级跟踪对试验结果进行分析或评价，一旦加载试验过程出现异常情况，计算机程序报警自动中断加载试验。

本发明具有如下有益效果：（1）用液压千斤顶代替车辆或重物加载，节约资源；（2）多个液压千斤顶等荷载全自动同步实行试验荷载的分级加载、持荷、卸载、加载，加载重量精确，精度高；（3）杠杆上设有3～4个拉环，由试验荷载的大小和液压千斤顶的顶升能力，根据杠杆原理，选用其中一个拉环与挂杆连接传递试验荷载，适应性和灵活性强；（4）通过契形块调整试验荷载的施加方向，能够比较理想地模拟隧道二次衬砌混凝土的实际受力状况。同时，试验荷载的施加方向可以不是垂直的任意方向，由于计算机控制各液压千斤顶以等荷载且全自动同步实行试验荷载加载，所谓等荷载和同步就是加载的重量和时间的同步误差很小到可以忽略的程度，此时产生的水平力对整个试验台车是平衡的，不会引起试验台车的平面位移。

附图说明

附图1是本发明的加载状态示意图。

附图2是图1中台车7上液压千斤顶10和总控室13的分布图。

图中1-初期支护，2-二次衬砌混凝土，3-压力盒，4-挂钩，5-压力应变计，6-挂杆，7-台车，8-杠杆，9-拉环，10-液压千斤顶，11-契形块，12-液压系统，13-总控室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1～2所示，一种隧道二次衬砌混凝土结构承载力试验的加载方法，一次隧道二次衬砌混凝土结构承载力液压试验在一模施工长度内进行， 一模施工长度是指两条施工缝或沉降、伸缩缝之间的长度，一般为10～11米，利用多个由总控室13控制的液压千斤顶10代替车辆或重物加载，每个加载单元等荷载全自动同步实行试验荷载的分级加载、持荷、卸载和加载，操作步骤如下：

步骤一、在隧道初期支护1完成后和二次衬砌混凝土2施工时，根据工程实际在一模施工长度内，将若干个压力盒3预埋在隧道初期支护1与二次衬砌混凝土2之间，并将若干个挂钩4同时预埋在隧道二次衬砌混凝土2中，挂钩4的下端露出隧道二次衬砌混凝土2之外，同横一断面上左右各预埋一个挂钩4，其埋置方向与隧道二次衬砌混凝土2曲面的法线方向相同，且关于隧道二次衬砌混凝土2横断面呈轴线对称分布；

步骤二、在二次衬砌混凝土2若干能反映其受力特征的表面粘贴压力应变计5；

步骤三、荷载试验时，将挂杆6连接在预埋的二次衬砌混凝土2内挂钩4和台车7上杠杆8的拉环9上；杠杆8的另一端由竖直支在台车7上的液压千斤顶10顶起而使杠杆8上的拉环9、挂杆6、挂钩4 沿着隧道二次衬砌混凝土2曲面的法线方向施加试验荷载；

步骤四、根据二次衬砌混凝土2内预埋的挂钩4的方向，选用一定角度的契形块11固定在杠杆8与液压千斤顶10之间，使施加荷载方向与隧道二次衬砌混凝土2曲面的法线方向相同；

在加载过程中由试验台车7上的总控室13计算机程序启动液压系统12驱动和控制液压千斤顶10施加试验荷载，加载时实行逐级加载，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；多个液压千斤顶10由总控室13计算机程序同步实行试验荷载的分级加载、持荷、卸载；在逐级加载过程中可以不卸载，逐级加至最大荷载；每级加载稳定之后，将压力盒3、应力应变计5和液压千斤顶10的加载数据通过专用的计算机软件分析计算，对试验结果进行分析评价。

加载和试验全过程均由总控室13计算机程序控制实施，并自动逐级跟踪对试验结果进行分析或评价，一旦加载试验过程出现异常情况，计算机程序报警自动中断加载试验。

本发明所采用的液压试验装置包括一个试验台车7、压力盒3及压力应变计5，台车7上安装有液压系统12、总控室13、杠杆8、液压千斤顶10，液压千斤顶10设置在杠杆8的一端，杠杆8的另一端设有拉环9，拉环9通过挂杆6与预埋在二次衬砌混凝土2内的挂钩4相连，液压千斤顶10与杠杆8之间设有契形块11，试验荷载的施加过程由台车总控室13的计算机控制，同步实行试验荷载的分级加载、持荷、卸载，同时分别通过压力盒3、压力应变计5量测围岩压力、二次衬砌混凝土2的应变，全自动、全过程进行隧道二次衬砌混凝土结构承载力试验检测。台车7可以由机动车牵引行走或自行式的装置，台车7上有试验检测设备,试验检测时台车7支撑在隧道的路面上。液压千斤顶10为6～8个，总控室13是控制整个试验检测全过程的中央控制中心。契形块11的夹角值大小等于挂钩4埋置方向与隧道二次衬砌混凝土2横断面中心轴线的夹角，使得施加荷载方向与隧道二次衬砌混凝土2曲面的法线方向相同比较合理，也就是施加荷载方向与围岩压力的方向相同，能够比较理想地模拟隧道二次衬砌混凝土的实际受力状况。

所述的压力盒3是预埋在隧道二次衬砌混凝土2与初期支护1之间，通过导线连接到总控室13的计算机上，测量围岩压力。

所述的压力应变计5是贴在能反映二次衬砌混凝土2受力特征的外表面用于测量应力、应变的仪器，每个压力应变计5都通过导线连接到总控室的计算机上。

本发明与背景技术相比具有以下有益效果：

（1）用液压千斤顶10代替车辆或重物加载，节约资源；

（2）多个液压千斤顶10以等荷载全自动同步实行试验荷载的分级加载、持荷、卸载、加载，加载重量精确，精度高；

（3）杠杆8上设有3～4个拉环9，由试验荷载的大小和液压千斤顶10的顶升能力，根据杠杆原理，选用其中一个拉环9与挂杆6连接传递试验荷载，适应性和灵活性强；

（4）通过契形块11调整试验荷载的施加方向，能够比较理想地模拟隧道二次衬砌混凝土2的实际受力状况。同时，试验荷载的施加方向可以不是垂直的任意方向，由于计算机控制各液压千斤顶10以等荷载且全自动同步实行试验荷载加载，所谓等荷载和同步就是加载的重量和时间的同步误差很小到可以忽略的程度，此时产生的水平力对整个试验台车7是平衡的，不会引起试验台车7的平面位移。

本发明提供的荷载施加方法，机械化、自动化程度高，科学准确，试验稳定，安全有序，节约资源和费用，能为工程施工和工程验收提供重要科学依据。

Claims (3)

1.一种隧道二次衬砌混凝土结构承载力试验的加载方法，其特征在于：一次隧道二次衬砌混凝土结构承载力液压试验在一模施工长度内进行， 一模施工长度是指两条施工缝或沉降、伸缩缝之间的长度，一般为10～11米，利用多个由总控室(13)控制的液压千斤顶(10)代替车辆或重物加载，每个加载单元等荷载全自动同步实行试验荷载的分级加载、持荷、卸载和加载，操作步骤如下：

步骤一、在隧道初期支护(1)完成后和二次衬砌混凝土(2)施工时，根据工程实际在一模施工长度内，将若干个压力盒(3)预埋在隧道初期支护(1)与二次衬砌混凝土(2)之间，并将若干个挂钩(4)同时预埋在隧道二次衬砌混凝土(2)中，挂钩(4)的下端露出隧道二次衬砌混凝土(2)之外，同横一断面上左右各预埋一个挂钩(4)，其埋置方向与隧道二次衬砌混凝土(2)曲面的法线方向相同，且关于隧道二次衬砌混凝土(2)横断面呈轴线对称分布；

步骤二、在二次衬砌混凝土(2)若干能反映其受力特征的表面粘贴压力应变计(5)；

步骤三、荷载试验时，将挂杆(6)连接在预埋的二次衬砌混凝土(2)内挂钩(4)和台车(7)上杠杆(8)的拉环(9)上；杠杆(8)的另一端由竖直支在台车(7)上的液压千斤顶(10)顶起而使杠杆(8)上的拉环(9)、挂杆(6)、挂钩(4)沿着隧道二次衬砌混凝土(2)曲面的法线方向施加试验荷载；

步骤四、根据二次衬砌混凝土(2)内预埋的挂钩(4)的方向，选用一定角度的契形块(11)固定在杠杆(8)与液压千斤顶(10)之间，使施加荷载方向与隧道二次衬砌混凝土(2)曲面的法线方向相同。

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力试验的加载方法，其特征在于：由试验台车(7)上的总控室（13）计算机程序启动液压系统(12)驱动和控制液压千斤顶(10)施加试验荷载，加载时实行逐级加载，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；多个液压千斤顶(10)由总控室（13）计算机程序同步实行试验荷载的分级加载、持荷、卸载；在逐级加载过程中可以不卸载，逐级加至最大荷载；每级加载稳定之后，将压力盒(3)、应力应变计(5)和液压千斤顶(10)的加载数据通过专用的计算机软件分析计算，对试验结果进行分析评价。

3.根据权利要求2所述的一种隧道二次衬砌混凝土结构承载力试验的加载方法，其特征在于：加载和试验全过程均由总控室（13）计算机程序控制实施，并自动逐级跟踪对试验结果进行分析或评价，一旦加载试验过程出现异常情况，计算机程序报警自动中断加载试验。