CN106553263A - 一种用于室内试验隧道明洞模型预制与边坡模型成洞的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于室内试验隧道明洞模型预制与边坡模型成洞的施工方法，1)制作内模和外模，内模和外模的结构相同，均为筒状，且均由拱形壁面和平壁面围成，内模的尺寸小于外模的尺寸，内模和外模均可拆卸；2)在内模的外表面和外模的内表面涂抹脱模油；3)将内模套装在外模内部，使内模的拱形壁面与外模的拱形壁面对应安装，调整内模和外模的相对位置，并固定外模和内模；4)向内模和外模之间的筒腔内灌注明洞预制相似材料，并将筒腔内的明洞预制相似材料进行搅拌，去除内部的气泡；5)向筒腔内的明洞预制相似材料中插入环状细钢丝网；6)筒腔内的明洞预制相似材料完全凝固后，拆除内模和外模，得到预制的明洞模型。

Description

一种用于室内试验隧道明洞模型预制与边坡模型成洞的施工 方法

技术领域

本发明涉及一种用于室内试验隧道明洞模型预制与边坡模型成洞的施工方法。

技术背景

伴随着我国经济的高速发展，国家向基础设施建设的投资越来越多，随着西南山区铁路公路的大量修建，存在大量的隧道工程。西南地区地质条件复杂，存在大量高陡边坡和危岩体，由危岩体崩塌造成的灾害事故日趋严重，给交通和人民生命财产安全造成巨大的威胁。明洞主要用于遭受坍方、落石或流石、流泥危害的隧道洞口或路堑地段，有时也作为整治路堑出现落石滑坡等病害的有效手段。在整治路堑病害、保证运营安全方面起到了较好的效果。明洞造价一般比隧道高，应当经过慎重比较后选用。

但是目前明洞的施工过程中一般是根据工作人员的经验进行，并不能对明洞的性能进行合理的预期，这样会导致以下后果：如果明洞的规格较高，如厚度较大，使用材料多，强度高，大大超出环境需求，大大提高了明洞的造价，造成浪费。如果施工完成后的明洞强度无法满足实际的需求，则容易在滚石、泥石流等外力的作用下破损，起不到预期的保护作用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种用于室内试验的隧道明洞模型的制作方法。通过制造室内试验隧道模型来研究滚石对明洞的冲击力，可以通过室内模型试验和数值模拟手段对实际工程中的明洞进行有效的模拟。由于明洞是根据实际工程等比例缩小的模型，大大降低了明洞模型的施工成本和施工周期，更容易实现明洞的相关试验。

本发明的另一个目的是提供一种用于室内试验的边坡模型成洞的施工方法。该施工方法将预制的明洞模型在边坡模型上进行安装，用于进行相关试验，方法简单，成本低。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种用于室内试验的隧道明洞模型的制作模具，包括内模和外模，内模和外模均为三心圆筒状，且两者的形状相同，均由三心圆弧壁面和平壁面围成；内模同轴套装在外模的内部，内模的三心圆弧壁面和外模的三心圆弧壁面相对设置，围成明洞模型的成型腔。

内模的三心圆弧壁面和外模的三心圆弧壁面相对设置，围成明洞模型的成型腔，在成型腔中浇注相似材料时，可以得到三心圆筒状的明洞模型，同时包括三心圆形的弧形部分和明洞模型的底部。由于得到的明洞模型需要吊装到设定的位置，筒状结构的明洞模型具有较高的强度，在吊装和安装过程中不容易损坏或因为碰撞产生裂纹，可以保证试验结果的准确性。

同时，如果明洞模型只有露在外面的弧形部分，而不包括底部时，明洞模型的洞脚埋设在砂浆层中，不会很牢固的固定，在外部作用下，砂浆层可能会产生裂缝，甚至使明洞模型相对于砂浆层产生滑移，影响明洞模型试验的准确性。

明洞模型具有底部，在埋设时，将底部整体埋入砂浆层，此时，明洞模型的上部弧形部分在底部的作用下牢牢固定，更准确模拟外部环境中实际开凿的明洞(外部环境开凿的明洞的底部是与岩石固定在一起的)。

一种用于室内试验的隧道明洞模型的制作方法，包括如下步骤：

1)制作内模和外模，内模和外模的结构相同，均为三心圆筒状，且均由拱形壁面和平壁面围成，内模的尺寸小于外模的尺寸，内模和外模均可拆卸；

2)在内模的外表面和外模的内表面涂抹脱模油；

3)将内模套装在外模内部，使内模的拱形壁面与外模的拱形壁面对应安装，调整内模和外模的相对位置，并固定外模和内模；

4)向内模和外模之间的筒腔内灌注明洞预制相似材料，并将筒腔内的明洞预制相似材料进行搅拌，去除内部的气泡；

5)向筒腔内的明洞预制相似材料中插入环状细钢丝网；

6)筒腔内的明洞预制相似材料完全凝固后，拆除内模和外模，得到预制的明洞模型。

优选的，步骤1)中，所述内模和外模均为对称结构，且内模和外模沿其对称面可拆卸。

优选的，步骤2)中，所述内模的外表面和外模的内表面涂满脱模油。

此处的脱模油为混凝土脱模剂，即为油性混凝土脱模剂的简称，是指在混凝土浇筑前涂抹在施工用模板上的一种物质，以使浇筑后模板不致粘在混凝土表面上，不易拆模，或影响混凝土表面的光洁度。其主要作用为在模板与混凝土表面形成一层膜，将两者隔离开，故又称隔离剂。

优选的，步骤3)中，调整内模和外模的相对位置，使内模的拱形壁面与外模的拱形壁面之间的距离基本处处相等，且内模和外模的平壁面之间留有一定间隙。

内模和外模对应安装，向内模的拱形壁面和外模的拱形壁面之间的筒腔内灌注明洞相似材料得到的结构应该是明洞模型的拱形结构，内模的拱形壁面与外模的拱形壁面之间的距离处处相等时，施工得到的明洞模型的拱形结构的壁的厚度也是基本均匀的。在进行滚石试验时，得到的数据更具有代表性。

同时，内模和外模的平壁面之间也会留有一定的间隙，该处间隙灌注成型后为明洞模型的底面，底面的存在提高了明洞的整体强度，方便后续的吊装安装工作。

环状细铁丝网用于模拟实际明洞工程中的钢筋网。

优选的，步骤6)中，筒腔内的明洞预制相似材料的凝固方法，包括如下步骤：

将模具连同筒腔内的明洞预制相似材料晾晒，待明洞预制相似材料完全凝固后，拆下外模，继续晾晒1-2天，即可。

此处晾晒是为了进一步让材料失水固结，当预制明洞强度达到要求后即可安装，晾晒不需要特殊的条件。

优选的，步骤6)中，将成型的明洞模型进行打磨、刷漆，得到预制的明洞模型。

明洞模型通过模具预制，相似材料固结完成拆除模具后，打磨明洞使其表面光滑，利于均匀刷涂涂料。刷漆可以使得明洞与周围颜色反差较大，利于观察试验过程，并使得试验装置兼具美观性。

一种用于室内试验的边坡模型成洞的施工方法，包括如下步骤：

1)在边坡模型的边脚处沿隧道方向开挖，达到试验设计深度后，在开挖处的底部填铺水泥浆砂，得到砂浆层；

2)将预制好的明洞模型吊装至边坡模型的开挖处，并整体嵌入砂浆层，进行固定，完成明洞模型的安装。

边坡是指为了保证路基稳定，在路基两侧做成的具有一定坡度的侧面。边坡模型是指根据实际工程等比例缩小的模型，边坡模型与边坡的材料相似，用于模拟边坡进行相关试验。边脚是指边坡模型的最低点。

优选的，步骤1)中，所述砂浆层的厚度为3-5cm。

由于在进行相关试验时，如滚石试验，需要在不同的方向、不同位置释放滚石，如果明洞模型不进行固定，明洞模型会在滚石的冲击力的作用下发生偏移，影响试验效果。所以需要对明洞模型进行固定。

所述的施工方法施工得到的用于室内试验的边坡明洞模型。

本发明的有益效果为：

1、本发明的内模和外模都包括平壁面，内模和外模配合，灌注得到的明洞模型为由拱形结构和平面结构围成的筒体，筒体一般具有较高的强度，在固化、吊装和安装过程中都能使明洞模型保持完整性，避免了明洞模型局部的损坏，进行试验时，能得到更准确的数据。

2、本发明中预制明洞模型进行相关试验，对实际工程起到较大的指导意义。且明洞模型大大提高了试验施工效率，节省了试验成本，提高了实际工程中明洞的施工准确性。

附图说明

图1为本发明的方法的工作流程图；

图2和图3为内外三心圆筒模具示意图；

图4为明洞安装完成后的结构示意图。

其中，1、外模，2、内模，3、边坡模型，4、明洞模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种用于室内试验的隧道明洞模型的制作方法，包括如下步骤：

预制内外三心圆筒模具；固定内外三心圆筒位置，用钢筋条箍紧外筒壁，将预先调配好的明洞相似材料注入筒腔，搅拌均匀插入环状钢丝网；将模具连同材料晾晒2-3个工作日，待材料凝固后拆下模具，继续晾晒1-2个工作日；将明洞表面打磨刷漆；钻头开挖边坡坡脚至一定深度，在洞凹槽底部铺设一定水泥砂浆，预制好的明洞整体嵌入砂浆层固定；完成模型隧道明洞预制和边坡成洞与明洞安装。

隧道断面并非圆形，而是三心圆，是隧道设计里的专业名词，本文采用模具预制明洞模型，因此选用内外两个三心圆筒。

具体步骤如下：

1)制作如图2和图3所示的内模2和外模1，内模2和外模1的结构相同，均为筒状，且均由拱形壁面和平壁面围成，内模2的尺寸小于外模1的尺寸，内模2和外模1均可拆卸；作为一种优选的实施方式，所述内模2和外模1均为对称结构，且内模2和外模1沿其对称面可拆卸。

2)在内模2的外表面和外模1的内表面涂抹脱模油；此处的脱模油为混凝土脱模剂，即为油性混凝土脱模剂的简称，是指在混凝土浇筑前涂抹在施工用模板上的一种物质，以使浇筑后模板不致粘在混凝土表面上，不易拆模，或影响混凝土表面的光洁度。其主要作用为在模板与混凝土表面形成一层膜，将两者隔离开，故又称隔离剂。

3)将内模2套装在外模1内部，使内模2的拱形壁面与外模的拱形壁面对应安装，调整内模2和外模1的相对位置，并固定外模1和内模2；调整内模和外模的相对位置，使内模的拱形壁面与外模的拱形壁面之间的距离基本处处相等，且内模和外模的平壁面之间留有一定间隙。

内模和外模对应安装，向内模的拱形壁面和外模的拱形壁面之间的筒腔内灌注明洞相似材料得到的结构应该是明洞模型的拱形结构，内模的拱形壁面与外模的拱形壁面之间的距离处处相等时，施工得到的明洞模型的拱形结构的壁的厚度也是基本均匀的。在进行滚石试验时，得到的数据更具有代表性。

同时，内模和外模的平壁面之间也会留有一定的间隙，该处间隙灌注成型后为明洞模型的底面，底面的存在提高了明洞的整体强度，且在吊装过程中，灌注得到的底面会对拱形侧壁产生一定的拉力，减小了明洞模型的拱形侧壁的变形，避免明洞模型变形过大产生裂缝或造成局部损坏，保证了明洞吊装过程中的完整性。

4)将对应安装好的内模2和外模1竖立起来，向内模2和外模1之间的筒腔内灌注明洞预制相似材料，并将筒腔内的明洞预制相似材料进行搅拌，去除内部的气泡；

相似材料中出现较多的气泡时，由于气泡较大，减少了相似材料的断面体积，致使相似材料内部不密实，会降低预制的明洞模型的强度；还会对明洞模型的外观产生一定的影响。

在相似材料的灌注过程中，容易混进空气，相似材料中的气泡既不能自行逸出，也不会靠自身的重量将气泡挤出，所以需要通过搅拌和振捣的方式将相似材料密实、排出气泡。

5)向筒腔内的明洞预制相似材料中插入环状细钢丝网；环状细铁丝网是用于模拟实际明洞工程中的钢筋网，便于加固相似材料。

6)筒腔内的明洞预制相似材料完全凝固后，拆除内模和外模，得到预制的明洞模型。

步骤6)中，筒腔内的明洞预制相似材料的凝固方法，包括如下步骤：

将模具连同筒腔内的明洞预制相似材料晾晒，待明洞预制相似材料完全凝固后，拆下外模，继续晾晒固化，将成型的明洞模型进行打磨、刷漆，得到预制的明洞模型。

一种用于室内试验的边坡模型成洞的施工方法，包括如下步骤：

1)在边坡模型的边脚处沿隧道方向开挖，达到试验设计深度后，在开挖处的底部填铺水泥浆砂，得到砂浆层，所述砂浆层的厚度为4cm。

2)将预制好的明洞模型吊装至边坡模型的开挖处，并整体嵌入砂浆层，进行固定，完成明洞模型的安装。

边坡是指为了保证路基稳定，在路基两侧做成的具有一定坡度的侧面。边坡模型是指根据实际工程等比例缩小的模型，边坡模型与边坡的材料相似，用于模拟边坡进行相关试验。边脚是指边坡模型的最低点。

由于在进行相关试验时，如滚石试验，需要在不同的方向、不同位置释放滚石，如果明洞模型不进行固定，明洞模型会在滚石的冲击力的作用下发生偏移，影响试验效果。所以需要对明洞模型进行固定。

所述的施工方法施工得到的用于室内试验的边坡明洞模型。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于室内试验的隧道明洞模型的制作模具，其特征在于：包括内模和外模，内模和外模均为三心圆筒状，且两者的形状相同，均由三心圆弧壁面和平壁面围成；内模同轴套装在外模的内部，内模的三心圆弧壁面和外模的三心圆弧壁面相对设置，围成明洞模型的成型腔。

2.一种用于室内试验的隧道明洞模型的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)制作内模和外模，内模和外模的结构相同，均为三心圆筒状，且均由拱形壁面和平壁面围成，内模的尺寸小于外模的尺寸，内模和外模均可拆卸；

2)在内模的外表面和外模的内表面涂抹脱模油；

3)将内模套装在外模内部，使内模的拱形壁面与外模的拱形壁面对应安装，调整内模和外模的相对位置，并固定外模和内模；

4)向内模和外模之间的筒腔内灌注明洞预制相似材料，并将筒腔内的明洞预制相似材料进行搅拌，去除内部的气泡；

5)向筒腔内的明洞预制相似材料中插入环状细钢丝网；

6)筒腔内的明洞预制相似材料完全凝固后，拆除内模和外模，得到预制的明洞模型。

3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于：步骤1)中，所述内模和外模均为对称结构，且内模和外模沿其对称面可拆卸。

4.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于：步骤2)中，所述内模的外表面和外模的内表面涂满脱模油。

5.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于：步骤3)中，调整内模和外模的相对位置，使内模的拱形壁面与外模的拱形壁面之间的距离基本处处相等，且内模和外模的平壁面之间留有一定间隙。

6.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于：步骤6)中，筒腔内的明洞预制相似材料的凝固方法，包括如下步骤：

将模具连同筒腔内的明洞预制相似材料晾晒，待明洞预制相似材料完全凝固后，拆下外模，继续晾晒1-2天，即可。

7.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于：步骤6)中，将成型的明洞模型进行打磨、刷漆，得到预制的明洞模型。

8.一种用于室内试验的边坡模型成洞的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)在边坡模型的边脚处沿隧道方向开挖，达到试验设计深度后，在开挖处的底部填铺水泥浆砂，得到砂浆层；

2)将预制好的明洞模型吊装至边坡模型的开挖处，并整体嵌入砂浆层，进行固定，完成明洞模型的安装。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于：步骤1)中，所述砂浆层的厚度为3-5cm。

10.权利要求8或9所述的施工方法施工得到的用于室内试验的边坡明洞模型。