CN103257080A - 盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置及二次衬砌浇筑装置 - Google Patents

盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置及二次衬砌浇筑装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置,其中,底梁、横向反力梁和竖向反力梁构成试验台架;横向滑移梁、横向千斤顶、竖向载荷传递梁和竖向千斤顶构成加载装置,管片衬砌与二次衬砌组合构成的盾构隧道双层衬砌结构的两端分别置于两个横向滑移梁的受力面上,横向千斤顶和竖向千斤顶分别提供对管片衬砌和二次衬砌的压力。本发明还公开一种二次衬砌的浇筑装置,其中,拼装模块上两个对称的连接侧面为“八”字形结构,混凝土挡板安装于拼装模块组合体的外侧并形成浇筑腔体。通过本发明可以实现不同受力状态下双层衬砌结构加载试验、既有裂损管片衬砌二次衬砌加固支护力学加载试验,并能实现不同尺寸和不同曲率的二次衬砌浇筑。

Description

盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置及二次衬砌浇筑装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种盾构隧道管片衬砌结构原型试验装置,尤其涉及一种包括管片衬砌和二次衬砌的盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置及二次衬砌浇筑装置。
背景技术
[0002]目前国内外交通盾构隧道承载结构普遍使用单层装配式管片衬砌作为永久支护。而随着盾构隧道使用年限的增加,管片衬砌将会出现衬砌环错台、管片混凝土开裂、隧道局部渗漏水等病害现象,使盾构隧道衬砌结构的力学性能随着服务年限的增加而产生损伤劣化,严重威胁隧道衬砌结构的耐久性和长期安全。在中国国内交通隧道向深埋化、超长化、超大断面化发展的形势下,单层装配式管片衬砌已经不能全方位、全寿命地满足其正常使用要求,盾构隧道单层管片衬砌裂损后施作二次衬砌加固维护的双层衬砌结构形式将逐渐赋予实际工程。
[0003] 鉴于此,对管片衬砌长期力学特性及裂损后二次衬砌组合受力特性的研究显得尤为重要。在盾构隧道管片衬砌力学性能试验研究方面,目前主要有原型管片整环加载力学试验装置和基于相似理论的卧式模型试验装置两种,其中原型试验因费用过高,无法考虑结构加固及二次衬砌等方面的影响,难以进行实际运用推广;基于相似理论的卧式模型试验装置过于简化,存在无法很好模拟管片衬砌接头、管片拼装等问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种包括管片衬砌和二次衬砌的盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置及二次衬砌浇筑装置。
[0005] 为了达到上述目的·,本发明采用了以下技术方案:
[0006] 本发明所述盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置包括试验台架、加载装置、管片衬砌和二次衬砌,所述试验台架包括底梁、横向反力梁和竖向反力梁,所述横向反力梁为两个并置于所述底梁上,所述竖向反力梁位于两个所述横向反力梁之间的上方;所述加载装置包括横向滑移梁、横向千斤顶、竖向载荷传递梁和竖向千斤顶,所述横向滑移梁为两个,两个所述横向滑移梁置于所述底梁上并位于两个所述横向反力梁之间,所述横向千斤顶位于其中一个所述横向滑移梁与靠近的所述横向反力梁之间,所述管片衬砌置于所述二次衬砌的上方,所述管片衬砌与所述二次衬砌组合构成的盾构隧道双层衬砌结构的两端分别置于两个所述横向滑移梁的受力面上,所述竖向反力梁位于所述管片衬砌的正上方,所述竖向载荷传递梁置于所述管片衬砌中部的上表面上,所述竖向千斤顶置于所述竖向载荷传递梁和所述竖向反力梁之间。
[0007] 上述结构中,试验台架对整个装置起支撑作用,加载装置用于实现对管片衬砌和二次衬砌进行横向方向(本行业通常称为轴向方向)和竖直方向的增减压力,并由横向滑移梁和竖向载荷传递梁将集中力荷载转换为分布于衬砌结构加载部位的均匀荷载。
[0008] 作为优选,所述横向千斤顶和所述竖向千斤顶均为液压千斤顶,便于实现自动控制;所述横向千斤顶和所述竖向千斤顶均为两个并分别并列排列,以实现更加均匀的荷载分布。
[0009] 为了实现精确控制,所述竖向反力梁的下表面上设有用于监测所述管片衬砌的位移量的激光位移传感器,所述激光位移传感器的信号输出端与加载控制器的位移信号输入端连接,所述加载控制器的控制输出端分别与所述横向千斤顶的控制输入端和所述竖向千斤顶的控制输入端对应连接。
[0010] 为了便于实现试验用管片衬砌和二次衬砌的移动及安放,所述横向滑移梁的底部安装有滑移小车,所述滑移小车置于所述底梁上;具体地,所述滑移小车包括小车面板、滚柱和滚柱挡板,所述滚柱设置在所述小车面板的下部并能够自由滚动,两个所述滚柱挡板用于对所述滚柱限位并分别通过螺钉安装于所述小车面板的两端。
[0011] 具体地,所述底梁为两个,两个所述底梁之间通过两个连接梁连接;两个所述横向反力梁之间通过横向拉杆固定连接;所述竖向反力梁的两端分别与两个所述底梁之间通过竖向拉杆固定连接。
[0012] 本发明所述二次衬砌浇筑装置包括拼装模块和混凝土挡板,所述拼装模块用于连接的连接侧面为斜面,所述拼装模块上两个对称的连接侧面为“八”字形结构,多个所述拼装模块之间通过连接螺栓连接为一体形成拼装模块组合体,多个所述混凝土挡板安装于所述拼装模块组合体的外侧并形成用于混凝土填充的浇筑腔体;相邻的所述拼装模块之间设有楔形橡胶衬垫,两个竖直方向排列的所述连接螺栓穿过所述楔形橡胶衬垫。拼装模块间通过连接螺栓和楔形橡胶衬垫连接,可通过调整螺栓松紧实现不同连接角度以拟合多种管片衬砌曲线,从而可实现不同尺寸、不同曲率盾构隧道二次衬砌浇注。
[0013]为了便于浇筑施工,所述浇筑装置还包括模板支撑千斤顶和模板支撑垫块,多个所述模板支撑垫块安装于所述模板支撑千斤顶的上面并置于所述拼装模块的下面。
[0014] 本发明的有益效果在于:
[0015] 本加载装置能够通过弯矩(竖直方向力)、轴力(水平方向力)精确导入加载的方式对盾构隧道双层衬砌结构进行加载,能够模拟加载状态下管片衬砌结构损伤劣化全过程以及在加载状态下对既有裂损管片衬砌结构进行加固补强或施作二次衬砌,并可通过继续加载对加固效果、二次衬砌力学特性及管片衬砌与二次衬砌间相互作用机理进行研究,为理论分析提供更为真实、准确的试验数据;二次衬砌浇筑装置可通过双螺栓连接方式对不同尺寸规格的拼装模块和混凝土挡板进行拼装,实现不同尺寸、不同曲率盾构隧道二次衬砌浇筑,以期实现多种二次衬砌力学特性及管片衬砌与二次衬砌相互作用机理力学加载试验;通过设置激光位移传感器监测管片衬砌的位移量,并由加载控制器自动控制千斤顶对管片衬砌施加不同的荷载,实现精确控制,使试验加载过程与理论加载受力趋于一致,加快并完善了盾构隧道单层管片衬砌裂损后施作二次衬砌加固维护的双层衬砌结构的应用。
附图说明
[0016] 图1是本发明所述盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置的主视图;
[0017] 图2是本发明所述盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置的右视图;
[0018] 图3是本发明所述横向滑移梁和滑移小车的结构示意图;
[0019] 图4是本发明所述滑移小车的主视图;[0020] 图5是图4中的A-A剖视图;
[0021] 图6是本发明所述二次衬砌浇筑装置的结构示意图;
[0022] 图7是本发明所述拼装模块的立体图;
[0023] 图8是本发明所述拼装模块和凝土挡板连接的结构示意图;
[0024] 图9是本发明所述拼装模块之间的连接结构示意图;
[0025] 图10是本发明所述激光位移传感器的三角测量法原理示意图。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图对本发明作进一步具体描述:
[0027] 如图1和图2所示,本发明所述盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置包括试验台架、加载装置、管片衬砌8和二次衬砌9,所述试验台架包括两个底梁13、两个横向反力梁4和一个竖向反力梁1,两个底梁13之间通过两个连接梁36用连接螺栓15连接,横向反力梁4为两个并置于底梁13上,两个横向反力梁4之间通过四根横向拉杆6固定连接,竖向反力梁I位于两个横向反力梁4之间的上方,竖向反力梁I的两端分别与两个底梁13之间通过四根竖向拉杆7固定连接;所述加载装置包括两个横向滑移梁5、两个液压横向千斤顶10、一个竖向载荷传递梁3和两个液压竖向千斤顶2,两个横向滑移梁5置于底梁13上并位于两个横向反力梁4之间,两个液压横向千斤顶10并列排列于其中一个横向滑移梁5 (图1中右边的横向滑移梁5)与靠近的横向反力梁4之间,管片衬砌8置于二次衬砌9的上方,管片衬砌8与二次衬砌9组合构成的盾构隧道双层衬砌结构的两端分别置于两个横向滑移梁5的受力面上,本例中 横向滑移梁5采用“L”形的受力面,竖向反力梁I位于管片衬砌8的正上方,竖向载荷传递梁3置于管片衬砌8中部的上表面上,两个液压竖向千斤顶2并列排列于竖向载荷传递梁3和竖向反力梁I之间。图1中还示出了下垫板12和螺帽14。
[0028] 如图2所示,竖向反力梁I的下表面上设有用于监测管片衬砌8的位移量的激光位移传感器16,激光位移传感器16的信号输出端与加载控制器(采用常规控制器即可,图中未示出)的位移信号输入端连接,加载控制器的控制输出端分别与液压横向千斤顶10的控制输入端和液压竖向千斤顶2的控制输入端对应连接。如图10所示,激光位移传感器16采用三角测量法测量位移,精度极高,图10中的结构为常规结构,在这里重点提出将激光位移传感器16应用于本装置具有很高的测量精度,图10中示出了半导体激光器34、镜片35、镜片31、线性CXD矩阵30、信号处理器33、被测物体32,图中LI代表起始距离,L2代表量程,具体的工作原理在此不再赘述。
[0029] 如图1、图3、图4和图5所示,横向滑移梁5的底部安装有滑移小车11,滑移小车11置于底梁13上;滑移小车11包括小车面板18、滚柱19和滚柱挡板17,滚柱19设置在小车面板18的下部并能够自由滚动,两个滚柱挡板17用于对滚柱19限位并分别通过螺钉20安装于小车面板18的两端。
[0030] 如图6-图9所示,本发明所述二次衬砌浇筑装置包括拼装模块27、混凝土挡板25、模板支撑千斤顶24和模板支撑垫块,拼装模块27用于连接的连接侧面为斜面,其连接侧面上设有连接孔29,拼装模块27上两个对称的连接侧面为“八”字形结构,相邻的拼装模块27之间设有楔形橡胶衬垫26,相邻的拼装模块27之间由两个竖直方向并列排列的连接螺栓28穿过楔形橡胶衬垫26连接,多个拼装模块27之间通过连接螺栓28连接为一体形成拼装模块组合体,多个混凝土挡板25安装于拼装模块组合体的外侧并形成用于混凝土填充的浇筑腔体;模板支撑垫块包括最上面的弹性垫块22 (如胶垫)和下面的硬质垫块23(如砖块),多个模板支撑垫块安装于模板支撑千斤顶24的上面并置于拼装模块27的下面。
[0031] 如图1和图6所示,首先要通过二次衬砌浇筑装置根据应用需求浇筑二次衬砌9,安装二次衬砌浇筑装置时,可通过调整两个竖直方向的连接螺栓28的松紧以实现不同连接角度,从而拟合多种管片衬砌曲线,实现不同尺寸、不同曲率盾构隧道二次衬砌9的浇注,浇筑时通过混凝土挡板25上的注浆孔21向浇筑腔体内填充混凝土。如图1所示,在将盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置安装好后,根据设计需求由加载控制器分别控制液压横向千斤顶10和液压竖向千斤顶2的压力输出,从而控制传递给管片衬砌8的荷载大小,并结合激光位移传感器16测量的管片衬砌8的位移量,精确地实时监测管片衬砌8的长期力学特性及裂损后二次衬砌9的组合受力特性,为理论分析提供更为真实、准确的试验数据,为盾构隧道单层管片衬砌裂损后施作二次衬砌加固维护的双层衬砌结构的实际应用打下坚实的基础。
[0032] 上述盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置也可以用于单层的管片衬砌结构原型试验,其不同之处在于将由管片衬砌与二次衬砌组合构成的盾构隧道双层衬砌结构改为管片衬砌,成为单层衬砌结构,其它结构不`变。

Claims (10)

1. 一种盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置,其特征在于:包括试验台架、加载装置、管片衬砌和二次衬砌,所述试验台架包括底梁、横向反力梁和竖向反力梁,所述横向反力梁为两个并置于所述底梁上,所述竖向反力梁位于两个所述横向反力梁之间的上方;所述加载装置包括横向滑移梁、横向千斤顶、竖向载荷传递梁和竖向千斤顶,所述横向滑移梁为两个,两个所述横向滑移梁置于所述底梁上并位于两个所述横向反力梁之间,所述横向千斤顶位于其中一个所述横向滑移梁与靠近的所述横向反力梁之间,所述管片衬砌置于所述二次衬砌的上方,所述管片衬砌与所述二次衬砌组合构成的盾构隧道双层衬砌结构的两端分别置于两个所述横向滑移梁的受力面上,所述竖向反力梁位于所述管片衬砌的正上方,所述竖向载荷传递梁置于所述管片衬砌中部的上表面上,所述竖向千斤顶置于所述竖向载荷传递梁和所述竖向反力梁之间。
2.根据权利要求I所述的盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置,其特征在于:所述横向千斤顶和所述竖向千斤顶均为液压千斤顶。
3.根据权利要求I或2所述的盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置,其特征在于:所述横向千斤顶和所述竖向千斤顶均为两个并分别并列排列。
4.根据权利要求I或2所述的盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置,其特征在于:所述竖向反力梁的下表面上设有用于监测所述管片衬砌的位移量的激光位移传感器,所述激光位移传感器的信号输出端与加载控制器的位移信号输入端连接,所述加载控制器的控制输出端分别与所述横向千斤顶的控制输入端和所述竖向千斤顶的控制输入端对应连接。
5.根据权利要求I所述的盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置,其特征在于:所述横向滑移梁的底部安装有滑移小车,所述滑移小车置于所述底梁上。
6.根据权利要求5所述的盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置,其特征在于:所述滑移小车包括小车面板、滚柱和滚柱挡板,所述滚柱设置在所述小车面板的下部并能够自由滚动,两个所述滚柱挡板用于对所述滚柱限位并分别通过螺钉安装于所述小车面板的两端。
7.根据权利要求1、2、5或6所述的盾构隧道双层衬砌结构原型试验装置,其特征在于:所述底梁为两个,两个所述底梁之间通过两个连接梁连接;两个所述横向反力梁之间通过横向拉杆固定连接;所述竖向反力梁的两端分别与两个所述底梁之间通过竖向拉杆固定连接。
8. —种如权利要求1、2、5或6所述的二次衬砌的浇筑装置,其特征在于:包括拼装模块和混凝土挡板,所述拼装模块用于连接的连接侧面为斜面,所述拼装模块上两个对称的连接侧面为“八”字形结构,多个所述拼装模块之间通过连接螺栓连接为一体形成拼装模块组合体,多个所述混凝土挡板安装于所述拼装模块组合体的外侧并形成用于混凝土填充的浇筑腔体。
9.根据权利要求8所述的二次衬砌的浇筑装置,其特征在于:相邻的所述拼装模块之间设有楔形橡胶衬垫,两个竖直方向排列的所述连接螺栓穿过所述楔形橡胶衬垫。
10.根据权利要求8所述的二次衬砌的浇筑装置,其特征在于:所述浇筑装置还包括模板支撑千斤顶和模板支撑垫块,多个所述模板支撑垫块安装于所述模板支撑千斤顶的上面并置于所述拼装模块的下面。
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