CN106017961A - 一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型 - Google Patents

一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型 Download PDF

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高继锦
陈锦剑
李明广
王建华
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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Abstract

本发明公开了一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型：由一个起始模型节、多个中间模型节和一个末尾模型节拼接而成。所有模型节均包括内衬环、多块管片和应变传感器，所述的管片均匀粘贴在所述的内衬环的外圆面的一周，所述的应变传感器位于内衬环与管片之间，两两管片之间纵向空隙形成纵缝，所有的管片构成片状面层，两两内衬环之间和两两管片之间环向空隙形成环缝。本发明能很好的模拟盾构隧道管片街头的存在，并且对应变传感器提供保护。

Description

一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型
技术领域
本发明涉及土木建筑领域的隧道工程模型试验，具体为一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型。
背景技术
目前，盾构隧道由于其自身的优点，在轨道交通以及市政管道等的建设中得到了越来越广泛的应用。由于工程水文地质情况的复杂性，隧道规模和隧道组成情况的差异，以及盾构隧道对于工程安全的高要求，通常需要通过模型试验来模拟盾构隧道的受力变形情况。
实际的盾构隧道管片结构是由混凝土管片通过螺栓连接成管片环，再通过环间接头将管片环以通缝或错缝方式拼装成盾构隧道。因此在盾构隧道模型试验中，如何模拟隧道管片之间的连接情况是一个重要的问题。
经对现有的技术文献检索发现，模拟盾构隧道结构常用的试验模型主要有以下两种：
第一种采用均匀的金属管、有机材料管或其他均质材料管来模拟。以修正惯用法作为理论依据，用整体抗弯刚度的降低等效管片接头部位抗弯刚度的降低，来考虑盾构隧道管片衬砌结构力学特性的影响。但是由于没有模拟实际隧道上管片形成的纵缝和环缝，无法考虑隧道管片接头的影响，因此模型试验得到的隧道管片的内力和变形规律与原型隧道差别较大。
第二种模型是余占奎在《软土盾构隧道纵向设计方法研究》中采用有机材料制作的小型管片来模拟实际管片，采用螺栓来模拟实际接头，通过手工拼装形成隧道模型。但是由于采用螺栓进行拼装，在管片环上布置应变传感器存在困难，而且缺乏对应变传感器的保护。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型，可以更好的模拟管片接头的存在，同时对于模型上布置的传感器提供保护。
本发明要解决其技术问题所采用的技术方案：
一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型，：由一个起始模型节、多个中间模型节和一个末尾模型节拼接而成。
所有模型节均包括内衬环、多块管片和应变传感器，所述的管片均匀粘贴在所述的内衬环的外圆面的一周，所述的应变传感器位于内衬环与管片之间，两两管片之间纵向空隙形成纵缝，所有的管片构成片状面层，两两内衬环之间和两两管片之间环向空隙形成环缝。
所述的起始模型节和中间模型节还包括定位块，该定位块为正方形，定位块的边长与环缝宽度相同，定位块安装在内衬环的外圆面，数量与管片的数量相同，且定位块的中心线与内衬环的长度方向中心线重合。
所述的中间模型节的片状面层的厚度与内衬环的厚度相同，片状面层的宽度与内衬环的宽度相同，管片的数量根据所需模拟隧道的环管片数量确定，多块管片相互之间的间距为纵缝的宽度，片状面层的环向边缘与定位块边缘对齐。
所述的起始模型节片状面层的高度比所述的中间模型节片状面层的高度小，且中间模型节的环向外边缘与起始模型节片状面层的边缘对齐。
所述的末尾模型节内衬环的高度比中间模型节内衬环的高度小，且中间模型节的环向外边缘与末尾模型节内衬环的边缘对齐。
所述管片的内部具有凹槽，该凹槽的作用为保护应变传感器，并将应变传感器的导线引出。
所述的应变传感器的数量与管片相同，应变传感器布置在中间模型节的内衬环的外圆面上，且位于凹槽与内衬环重叠部分的中心。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：考虑了盾构隧道上管片之间的纵缝和环缝，模拟了隧道管片接头的影响，简化了隧道模型的制作安装并且增加了对应变传感器的保护。
附图说明
图1为盾构隧道模型试验模型节中间模型节的剖面图。
图2为盾构隧道模型试验模型节中间模型节的侧视图。
图3为盾构隧道模型试验模型节起始模型节的侧视图
图4为盾构隧道模型试验模型节末尾模型节的侧视图
图5为盾构隧道模型试验的纵缝、环缝组成示意图
图6为盾构隧道模型通缝拼装后的三维示意图
图7为盾构隧道模型错缝拼装后的三维示意图
具体实施方式
隧道模型是由模型节拼接组成。模型节是由内衬层、片状面层、应变传感器组成，模型节分为起始模型节、中间模型节和末尾模型节三种。
一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型，由一个起始模型节1、多个中间模型节2和一个末尾模型节3拼接而成，所有模型节均包括内衬环4、多块管片5和应变传感器6，所述的管片5均匀粘贴在所述的内衬环4的外圆面的一周，所述的应变传感器6位于内衬环4与管片5之间，两两管片5之间纵向空隙形成纵缝8，所有的管片5构成片状面层，两两内衬环4之间和两两管片5之间环向空隙形成环缝9。
所述的起始模型节1和中间模型节2还包括定位块7，该定位块7为正方形，定位块7的边长与环缝9宽度相同，定位块7安装在内衬环的外圆面，数量与管片5的数量相同，且定位块7的中心线与内衬环4的长度方向中心线重合。如图1、图2和图3所示。
所述的中间模型节2的片状面层的厚度与内衬环的厚度相同，片状面层的宽度与内衬环的宽度相同，管片5的数量根据所需模拟隧道的环管片数量确定，多块管片相互之间的间距为纵缝9的宽度，片状面层的环向边缘与定位块边缘对齐。
所述的起始模型节1片状面层的高度比所述的中间模型节2片状面层的高度小，且中间模型节2的环向外边缘与起始模型节1片状面层的边缘对齐。
所述的末尾模型节3内衬环的高度比中间模型节2内衬环的高度小，且中间模型节2的环向外边缘与末尾模型节3内衬环的边缘对齐。
所述管片5的内部具有凹槽10，该凹槽10的作用为保护应变传感器6，并将应变传感器6的导线引出。
所述的应变传感器6的数量与管片5相同，应变传感器6布置在中间模型节2的内衬环4的外圆面上，且位于凹槽10与内衬环4重叠部分的中心。
本发明组成盾构隧道的方式是将模型节之间相互拼接。通过拼接时将模型节上的纵向薄弱处对齐，形成纵向上的连续强度薄弱处来模拟实际工程中盾构隧道的通缝拼装隧道，如图6。实际工程中盾构隧道的错缝拼装可以通过拼装时旋转环形模型节来模拟，旋转的角度根据实际隧道错缝拼装的角度确定。这样就形成了纵向的间隔交替强度薄弱处，这种薄弱处的交替出现的规律可以按照盾构隧道管片的实际拼装情况确定，如图7。

Claims (7)

1.一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型，其特征在于：由一个起始模型节(1)、多个中间模型节(2)和一个末尾模型节(3)拼接而成，
所有模型节均包括内衬环(4)、多块管片(5)和应变传感器(6)，所述的管片(5)均匀粘贴在所述的内衬环(4)的外圆面的一周，所述的应变传感器(6)位于内衬环(4)与管片(5)之间，两两管片(5)之间纵向空隙形成纵缝(8)，所有的管片(5)构成片状面层，两两内衬环(4)之间和两两管片(5)之间环向空隙形成环缝(9)。
2.根据权利要求1所述的模拟盾构隧道管片接头的试验模型，其特征在于：所述的起始模型节(1)和中间模型节(2)还包括定位块(7)，该定位块(7)为正方形，定位块(7)的边长与环缝(9)宽度相同，定位块(7)安装在内衬环的外圆面，数量与管片(5)的数量相同，且定位块(7)的中心线与内衬环(4)的长度方向中心线重合。
3.根据权利要求1所述的模拟盾构隧道管片接头的试验模型，其特征在于：所述的中间模型节(2)的片状面层的厚度与内衬环的厚度相同，片状面层的宽度与内衬环的宽度相同，管片(5)的数量根据所需模拟隧道的环管片数量确定，多块管片相互之间的间距为纵缝(9)的宽度，片状面层的环向边缘与定位块边缘对齐。
4.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型，其特征在于：所述的起始模型节(1)片状面层的高度比所述的中间模型节(2)片状面层的高度小，且中间模型节(2)的环向外边缘与起始模型节(1)片状面层的边缘对齐。
5.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型，其特征在于：所述的末尾模型节(3)内衬环的高度比中间模型节(2)内衬环的高度小，且中间模型节(2)的环向外边缘与末尾模型节(3)内衬环的边缘对齐。
6.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型，其特征在于：所述管片(5)的内部具有凹槽(10)，该凹槽(10)的作用为保护应变传感器(6)，并将应变传感器(6)的导线引出。
7.根据权利要求6所述的一种模拟盾构隧道管片接头的试验模型，其特征在于：所述的应变传感器(6)的数量与管片(5)相同，应变传感器(6)布置在中间模型节(2)的内衬环(4)的外圆面上，且位于凹槽(10)与内衬环(4)重叠部分的中心。
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