CN107121342B - 一种用于输水隧道结构模型试验的内水压加载装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于输水隧道结构模型试验的内水压加载装置，包括橡胶气囊加压装置和供气及保压装置两部分，其中：所述的橡胶气囊加压装置的构成是：由外侧的橡胶壁、内侧的不锈钢壁、和上、下两端的不锈钢法兰环密封构成圆环柱状的气囊；所述的不锈钢法兰环上设有输气孔；所述的供气及保压装置的构成是：CO2气源、三位转阀、气压表和输气孔依次通过气管相连。该装置能对隧道模型进行内水压加载，模拟内水压对隧道结构的作用和影响，配合已有的隧道外水土压加载装置，可以模拟隧道衬砌在不同内水压、外水土压荷载作用下的输水隧道的力学特性及破坏形态，从而对输水隧道的结构设计和施工，提供科学、可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。

Description

一种用于输水隧道结构模型试验的内水压加载装置
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，特别涉及输水隧道模型试验技术领域。
背景技术
近年来众多城市出现的污水管网长期带压运行，污水严重溢流污染以及频繁发生的洪涝灾害问题，突显出我国大多数城市的排水管网已经不能满足城市发展需求，改建、扩建和新建排水系统迫在眉睫。城市深隧排水在一些国家已经应用很多年，例如日本东京圈排水系统、法国巴黎城市排水系统、新加坡深隧污水系统等，充分发挥了防洪排涝和控制溢流污染的功能，而国内目前除香港荔枝角雨水深隧系统外，尚没有深隧排水工程，近年来伴随着我国海绵城市理念的提出，广州、武汉和成都等城市的排水深邃正在规划和设计建设中。
区别于交通隧道，输水隧道突出的特点是在承受外部高水土荷载作用的同时，还要承受内部高水压力。内部高水压力会使输水隧道结构受拉，易使输水隧道结构开裂以至于破坏。因此，需要进行内部水压试验用来模拟输水隧道在实际工作状态下所处的水压环境，以确定所修建输水隧道在工作过程中能否承受来自内部的水压，并发挥隧道的预定性能，达到预定寿命的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于输水隧道结构模型试验的内水压加载装置,该装置能对隧道模型进行内水压加载，能较真实地模拟内水压对隧道结构的作用和影响，配合已有的隧道外水土压加载装置，可以模拟隧道衬砌在不同内水压和不同的外水土压荷载作用下的输水隧道的力学特性及破坏形态，从而对输水隧道的结构设计和施工，提供科学、可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种用于输水隧道结构模型试验的内水压加载装置，包括橡胶气囊加压装置和供气及保压装置两部分，其中：
所述的橡胶气囊加压装置的构成是：由外侧的橡胶壁、内侧的不锈钢壁、和上、下两端的不锈钢法兰环密封构成圆环柱状的气囊；所述的不锈钢法兰环上设有输气孔；
所述的供气及保压装置的构成是：CO2气源、三位转阀、气压表和输气孔依次通过气管相连。
本发明装置的工作过程和原理是：
将输水隧道结构模型的内壁套合于本发明装置的橡胶壁上，开启CO2气源向橡胶气囊加压装置充气，当气压表上显示的气压达到设定的气压时，进行保压，即完成对隧道结构模型的内水压加载。同时，用现有的隧道外水土压加载装置，对隧道结构模型进行设定的外水土荷载的加载。随即进行输水隧道结构的模型试验，在试验过程中，观察记录模型衬砌的变形状态、并读取模型衬砌的应变、位移读数。直至试验完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、如直接往隧道衬砌模型内腔充液、充气进行内水压加载，需要对隧道衬砌模型的端口进行密封，会改变隧道衬砌模型的材料特性，同时隧道衬砌模型本身的密封性差，会漏液、漏气，都会导致试验的误差大，可靠性低；如改善隧道衬砌模型本身的密封性，又会改变隧道衬砌模型的材料特性，仍会使得试验的误差大，可靠性低。本发明则通过向内不锈钢壁、外橡胶壁构成的夹层橡胶气囊内充气，使得气囊产生径向的外侧变形，将压力传递于外侧紧贴的隧道衬砌模型的内壁表面，能保证气压无泄漏的、均匀、稳定、安全的传递到隧道衬砌模型的内壁；且不改变隧道衬砌模型本身的材料特性，其试验结果准确、误差小，可靠性高。
二、本发明装置配合现有的隧道外水土压加载装置(如，一种能够模拟盾构隧道外部水土压力的试验装置)可以对隧道结构模型进行设定的内水压和外水土荷载的加载，从而更真实的模拟出输水隧道衬砌主体结构的实际环境，其得出的试验数据更真实、可靠，从而对输水隧道的结构设计和施工，提供科学、可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。
进一步，本发明的不锈钢法兰环的外缘凸出于橡胶壁的外表面，位于橡胶壁外侧的不锈钢弧形板的上下侧固定有弧形法兰环，弧形法兰环通过螺栓连接于不锈钢法兰环的外缘部位。
这样，外套不锈钢弧形板部位的橡胶壁被箍住，此处的气囊压力不能传递到相应位置的输水隧道模型的内壁，模拟出水位(内水压)没有到达输水隧道相应位置的状态，从而模拟出非满水状态下不同水位时的内水压。得出不同水位时输水隧道的力学特性，从而更真实的模拟出输水隧道衬砌主体结构不同水位的实际环境，其得出的试验数据更全面、真实、可靠。
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明实施例装置的立体结构示意图；
图2是本发明实施例橡胶气囊加压装置内套于输水隧道结构模型时的剖视结构示意图。图中标号为10的是输水隧道结构模型的隧道内壁。
具体实施方式
实施例
图1-2示出，本发明的一种具体实施方式为，一种用于输水隧道结构模型试验的内水压加载装置，包括橡胶气囊加压装置和供气及保压装置两部分，其中：
所述的橡胶气囊加压装置的构成是：由外侧的橡胶壁1、内侧的不锈钢壁2、和上、下两端的不锈钢法兰环3密封构成圆环柱状的气囊；所述的不锈钢法兰环3上设有输气孔5；
所述的供气及保压装置的构成是：CO2气源8、三位转阀7、气压表6和输气孔5依次通过气管相连。
本例的不锈钢法兰环3的外缘凸出于橡胶壁1的外表面，位于橡胶壁1外侧的不锈钢弧形板9的上下侧固定有弧形法兰环9a，弧形法兰环9a通过螺栓连接于不锈钢法兰环3的外缘部位。

Claims (1)

1.一种用于输水隧道结构模型试验的内水压加载装置，包括橡胶气囊加压装置和供气及保压装置两部分，其中：
所述的橡胶气囊加压装置的构成是：由外侧的橡胶壁(1)、内侧的不锈钢壁(2)、和上、下两端的不锈钢法兰环(3)密封构成圆环柱状的气囊；所述的不锈钢法兰环(3)上设有输气孔(5)；
所述的供气及保压装置的构成是：CO2气源(8)、三位转阀(7)、气压表(6)和输气孔(5)依次通过气管相连；
所述的不锈钢法兰环(3)的外缘凸出于橡胶壁(1)的外表面，位于橡胶壁(1)外侧的不锈钢弧形板(9)的上下侧固定有弧形法兰环(9a)，弧形法兰环(9a)通过螺栓连接于不锈钢法兰环(3)的外缘部位。
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