CN103743375B - 一种既有线隧道仰拱应变快速测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种既有线隧道仰拱应变测试方法，所述方法首先将组成应变花的多个应变片按不同角度粘贴在PVC玻璃贴膜上并焊接引出导线，制成应变片模块；然后清除隧道仰拱上的道碴，用环氧树脂将应变片模块粘贴在隧道仰拱上，并用硅胶将PVC玻璃贴膜四周密封，最后在应变片模块外部固定好防护罩，回填道碴，将应变片的引出导线接入动态应变仪进行测试。本发明利用PVC玻璃贴膜将多个应变片连接成应变片模块，使多个应变片能够同时粘贴在仰拱上，节省了窗口时间，并同时具有防止粉尘、潮湿对应变片的侵蚀。本发明操作简便、快捷，可提高仰拱应变的测试精度，为研究既有线路隧道仰拱的受力机理提供了分析依据。

Description

一种既有线隧道仰拱应变快速测试方法
技术领域
本发明涉及一种快速测试既有线隧道仰拱力学性能的方法，属于测试技术领域。
背景技术
重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而成为世界各国大宗货物运输的主要途径，并且在相当长一段时间内也将是大宗货物运输最经济、有效的方式。除了新建重载铁路线外，在既有线开行大轴重重载列车对于降低线路建设成本、节约土地有着重要意义。扩能已经成为重载铁路主要出路之一。要在既有线开行大轴重重载列车，就需对路基、隧道等相关的基础设施进行适应性检测与评估，根据评估结果判断扩能的可行性、以及将应采取的措施。一般说来，既有线由于设计标准较低，隧道仰拱往往是无筋设计，随着轴重的增加，仰拱处极易发生危害，因此对既有线隧道进行评估的一个重要环节就是对仰拱力学性能的评估。评价仰拱力学性能最直接、最常用的方法就是应力测试方法，所述方法是将多个不同轴向的应变片依次粘贴在仰拱上，组成应变花，由这些应变片测量仰拱在不同方向上的应变，并进而进行数据分析。然而，既有线中仰拱上有约1米多厚的道碴，道碴挖开后，由于轨枕、钢轨的影响，操作空间极小，同时由于长期运营，道碴中有大量的煤灰、尘土，甚至地下水，给现场布置和粘贴应变片以及应变片的防护造成很大困难。另外，重载铁路运营非常繁忙，允许操作的窗口时间很短，因此，探索一种快速测试隧道仰拱应变的方法对于研究仰拱受力机理有着极为重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种操作速度快且能保证应变测试精度的既有线隧道仰拱应变测试方法。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种既有线隧道仰拱应变测试方法，所述方法首先将组成应变花的多个应变片按不同角度粘贴在PVC玻璃贴膜上并焊接引出导线，制成应变片模块；然后清除隧道仰拱上的道碴，用环氧树脂将应变片模块粘贴在隧道仰拱上，并用硅胶将PVC玻璃贴膜四周密封，最后在应变片模块外部固定好防护罩，回填道碴，将应变片的引出导线接入动态应变仪进行测试。
上述既有线隧道仰拱应变测试方法，隧道仰拱应变的测试步骤如下：
①制备应变片模块
a.将PVC玻璃贴膜裁成设定尺寸（20cm×20cm）；
b.用油性笔在PVC玻璃贴膜没有防护纸的一面绘制组成应变花的三个应变片的定位线，三个应变片按45°应变花的形式布置，它们与基准方向的夹角分别为0°、45°、90°；
c.揭下PVC玻璃贴膜的防护纸，按照定位线的位置，将应变片基底朝外逐个粘贴在PVC玻璃贴膜上；
d.在PVC玻璃贴膜上与每个应变片的引线端相对应的部位分别钻两个引线孔，每个应变片的两根引线穿过两个对应的引线孔并通过固定在PVC玻璃贴膜上的端子与引出导线焊接，利用强力胶带将引出导线固定于PVC玻璃贴膜上；
e.粘贴PVC玻璃贴膜的防护纸，完成应变片模块的制作；
②固定应变片模块
a.清除隧道仰拱上的道碴，钻制防护罩固定螺栓孔，打磨整平仰拱表面，并涂抹环氧树脂；
b.揭下PVC玻璃贴膜的防护纸，使其粘有应变片的一面朝下，将应变片模块粘贴在隧道仰拱上；
c.在PVC玻璃贴膜的四周及引线孔处涂抹防水硅胶；将引出导线成束引至防护罩出口处；
d.在应变片模块外部安装防护罩，用膨胀螺栓将防护罩固定在隧道仰拱上；
e.回填道碴；完成应变片模块的固定；
③将各应变片的引出导线与动态应变仪连接；
④仰拱应变的测试
列车通过时，利用动态应变仪采集应变片模块中三个应变片的动力响应，得到与基准方向成0°夹角的应变片的最大应变值、与基准方向成45°夹角的应变片的最大应变值及与基准方向成90°夹角的应变片的最大应变值，则测试点主应力轴的方向由公式确定，测试点主应力的大小由公式确定，其中，为主应力轴与基准方向的夹角，X方向主应力，为Y方向主应力。
上述既有线隧道仰拱应变测试方法，所述应变片模块设置三个，其中两个应变片模块分别位于两条铁轨下方，另一个应变片模块位于两条铁轨中间。
本发明利用PVC玻璃贴膜将多个应变片预先连接成应变片模块，使多个应变片能够同时快速粘贴在仰拱上，极大地节省了现场布置应变片的时间，同时PVC玻璃贴膜还可以防止煤灰、尘土、地下水对应变片的侵蚀。本方法操作简便、快捷，可保证应变片的密封性能，提高仰拱应变的测试精度，为研究既有线路隧道仰拱的受力机理提供了分析依据。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明所用测试装置的结构示意图；
图2是应变片在PVC玻璃贴膜上的布置示意图；
图3是引线连接部位的局部放大视图。
图中各标号清单为：1、硅胶，2、PVC玻璃贴膜，3、应变片，4、防护罩，5、仰拱，6、环氧树脂，7、引线，8、端子，9、导线，10、强力胶带。
文中各符号清单为：为与基准方向成0°夹角的应变片的最大应变值、为与基准方向成45°夹角的应变片的最大应变值，为与基准方向成90°夹角的应变片的最大应变值，为主应力轴与基准方向的夹角，X方向主应力，为Y方向主应力。
具体实施方式
粘贴应变片所需的物品包括PVC玻璃贴膜2、硅胶1、防护罩4和膨胀螺栓；
将PVC玻璃贴膜2裁成合理尺寸，揭开防护纸，利用PVC玻璃贴膜2的黏性，将应变片3按着设计要求反面粘贴在PVC玻璃贴膜2上（基底向外），分别按着角度组成应变花；
在靠近应变片3两引线7处的PVC玻璃贴膜2上开两个引线孔，分别让引线7穿过，在PVC玻璃贴膜2的防护面（没有防护纸的一面）上，通过由502固定的端子8与引出导线9相连，引出导线9在PVC玻璃贴膜2防护面上用强力胶带10固定。重新盖上防护纸，形成了应变片模块；
现场道碴扒开后，钻防护罩固定螺栓孔，用打磨机按应变花形式将仰拱5打磨整平；涂抹环氧树脂6，一次性粘贴应变片模块；
粘贴完成后，在PVC玻璃贴膜2四周用硅胶1密封，将导线9引致防护罩4出口固定，安装防护罩4，用膨胀螺栓固定。
本发明具有如下特点：
1.PVC玻璃贴膜容易采购，利用其胶层方便固定应变花，一次性在室内按角度精确固定应变片，避免了现场定位误差；同时应变片引线反穿PVC玻璃贴膜与焊接导线均在室内完成，现场可以一次性安装应变花，大大节约了安装时间；
2.PVC玻璃贴膜有较好的防水性能，现场只需用硅胶防护贴膜边缘四周，就可以保证密封质量，无需对应变片逐个进行防护，大大节省了安装时间。
3.防护罩固定方便成本低，可有效防止道碴对应变片的破坏。
本方法的详细步骤如下：
一准备：
1）室内裁剪PVC玻璃贴膜，一般为正方形，边长由应变花大小决定，保证应变片边缘有5CM空隙；
2）在PVC玻璃贴膜反面用油性笔根据设计角度要求，绘制粘贴应变片的定位线；
3）揭下防护纸，待用。
二、应变片模块组装：
1）根据定位线，将应变片基底朝外粘贴在PVC玻璃贴膜上；
2）在PVC玻璃贴膜上距离应变片引线端5mm处分别钻两个引线孔，引线穿过引线孔；通过固定在PVC玻璃贴膜另外一侧的端子与引出导线焊接；导线通过强力胶带固定于PVC玻璃贴膜上；
3）粘回防护纸，应变片模块制作完成。
三、现场安装：
1）道碴开挖，钻制防护罩固定螺栓孔，打磨整平仰拱表面，并涂抹环氧树脂；
2）揭下应变片模块的防护纸，由一个方向压实终端；
3）在PVC玻璃贴膜四周、引线孔附近涂抹硅胶防水；将导线成束引致防护罩出口。
4）安装防护罩，用膨胀螺栓固定。
5）回填道碴；安装完毕。
四、动态测试
1）分别将每组应变花中各个应变片与动态应变仪连接。
2）列车通过时，采集各个应变片的动力响应，并记录各应变片的最大应变值，及。
3）由公式可以确定主应力轴的方向。
4）由公式可以确定主应力的大小。

Claims (2)

1.一种既有线隧道仰拱应变测试方法，其特征是，所述方法首先将组成应变花的多个应变片(3)按不同角度粘贴在PVC玻璃贴膜(2)上并焊接引出导线(9)，制成应变片模块；然后清除隧道仰拱上的道碴，用环氧树脂(6)将应变片模块粘贴在隧道仰拱(5)上，并用硅胶(1)将PVC玻璃贴膜(2)四周密封，最后在应变片模块外部固定好防护罩(4)，回填道碴，将应变片(3)的引出导线(9)接入动态应变仪进行测试；
隧道仰拱应变的测试步骤如下：
①应变片模块的制作
a.将PVC玻璃贴膜(2)裁成设定尺寸20cm×20cm；
b.用油性笔在PVC玻璃贴膜(2)没有防护纸的一面绘制组成应变花的三个应变片(3)的定位线，三个应变片按45°应变花的形式布置，它们与基准方向的夹角分别为0°、45°、90°；
c.揭下PVC玻璃贴膜(2)的防护纸，按照定位线的位置，将应变片(3)基底朝外逐个粘贴在PVC玻璃贴膜(2)上；
d.在PVC玻璃贴膜(2)上与每个应变片(3)的引线端相对应的部位分别钻两个引线孔，每个应变片(3)的两根引线(7)穿过两个对应的引线孔并通过固定在PVC玻璃贴膜(2)上的端子(8)与引出导线(9)焊接，利用强力胶带(10)将引出导线(9)固定于PVC玻璃贴膜(2)上；
e.粘贴PVC玻璃贴膜(2)的防护纸，完成应变片模块的制作；
②固定应变片模块
a.清除隧道仰拱上的道碴，钻制防护罩(4)固定螺栓孔，打磨整平仰拱(5)表面，并涂抹环氧树脂(6)；
b.揭下PVC玻璃贴膜(2)的防护纸，使其粘有应变片(3)的一面朝下，将应变片模块粘贴在隧道仰拱(5)上；
c.在PVC玻璃贴膜(2)的四周及引线孔处涂抹防水硅胶(1)；将引出导线(9)成束引至防护罩(4)出口处；
d.在应变片模块外部安装防护罩(4)，用膨胀螺栓将防护罩(4)固定在隧道仰拱(5)上；
e.回填道碴；完成应变片模块的固定；
③将各应变片(3)的引出导线(9)与动态应变仪连接；
④仰拱应变的测试
列车通过时，利用动态应变仪采集应变片模块中三个应变片的动力响应，得到与基准方向成0°夹角的应变片的最大应变值ε0、与基准方向成45°夹角的应变片的最大应变值ε45及与基准方向成90°夹角的应变片的最大应变值ε90，
则测试点主应力轴的方向由公式确定，
测试点主应力的大小为
其中，α为主应力轴与基准方向的夹角，ε1为X方向主应力，ε2为Y方向主应力。
2.根据权利要求1所述的一种既有线隧道仰拱应变测试方法，其特征是，所述应变片模块设置三个，其中两个应变片模块分别位于两条铁轨下方，另一个应变片模块位于两条铁轨中间。
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