CN111811951A - 隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置及应用方法，包括多套横向排布的测试箱体及位于各个测试箱体内部内部的加锚岩土体，所述的加锚岩土体包括长条形岩土体和内部可回收锚杆；所述回收锚杆由多段回收杆体构成，所述测试箱体内包括前部及后部敞口的箱体，所述箱体内布设有气囊，所述气囊联通有充气口，本发明取隧道掌子面的锚杆周围的一小部分进行原尺寸模拟试验，同样可以测得隧道掌子面分段可回收锚杆的承载特性，免去了缩尺面临的棘手问题。本发明通过套装式测试箱体，实现隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试。气囊式加载结构操作方便，实用安全；套装式测试箱体可以循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置及应用方法。
背景技术
在高应力散碎围岩条件下进行隧道施工时，高应力和围岩本身破碎都是导致围岩大变形的重要因素，在高应力叠加围岩严重破碎区域，常规方法难以保证掌子面稳定。目前缺乏有效的掌子面变形控制理论和方法，掌子面失稳风险较大，带来较高的拆换成本并延误工期，并威胁施工安全。针对此问题，发明人提出了一种隧道掌子面分段可回收锚杆。但是，此类锚杆的支护效果、以及应用于隧道掌子面时自身受力特性尚不明确。由于工程现场试验成本高、条件复杂，不易展开大规模试验。因此，需要开发相应的试验装置，以进行室内试验研究。现有技术未见此类试验装置。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是针对分段可回收锚杆目前受限于成本不易展开大规模试验。
本发明的具体实施方案是：一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置，包括多套横向排布的测试箱体及位于各个测试箱体内部内部的加锚岩土体，所述的加锚岩土体包括长条形岩土体和内部可回收锚杆；所述回收锚杆由多段回收杆体构成，所述测试箱体内包括前部及后部敞口的箱体，所述箱体内布设有气囊，所述气囊联通有充气口。
进一步的，所述测试箱体由下侧钢板、位于下侧钢板上部两侧的左侧加载护板、右侧加载护板及固定于左侧加载护板及右侧加载护板上方的上侧加载护板构成。
进一步的，所述下侧钢板上部两侧的左侧加载护板、右侧加载护板与下侧钢板经螺栓固定连接，左侧加载护板、右侧加载护板与上部的上侧加载护板经螺栓固定连接，所述左侧加载护板、右侧加载护板内衬凹陷形成第一气囊腔，所述上侧加载护板下表面与左侧加载护板、右侧加载护板之间形成第二气囊腔。
进一步的，所述气囊包括第一气囊腔内固定的两个第一气囊及所述第二气囊腔内固定的第二气囊，所述左侧加载护板、右侧加载护板具有与第一气囊的充气口联通的注气孔，所述上侧加载护板中部具有与第二气囊的充气口联通的注气孔。
进一步的，各个测试箱体的长度与隧道单次开挖长度及多段回收杆体长度一致，相邻左侧加载护板之间通过螺栓连接；相邻右侧加载护板之间通过螺栓连接。
进一步的，所述下侧钢板侧部螺栓连接孔；所述的左侧加载护板及右侧加载护板包括侧部平面钢板及与侧部平面钢板螺栓连接位于侧部平面钢板两侧的侧部连接肋，所述的上侧加载护板侧部开设有螺栓连接孔。
本发明还包括一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置的应用方法，包括以下步骤：
1）制作长条形岩土体，安装分段可回收锚杆形成加锚岩土体, 所述回收锚杆由多段回收杆体构成，长条形岩土分段可回收锚杆外侧安装有锚杆托盘；
2）将加锚岩土体包裹安装到测试箱体内，相邻左侧加载护板之间通过螺栓连接；相邻右侧加载护板之间通过螺栓连接；
3）通过空气压缩机通过左侧加载护板、右侧加载护板、上侧加载护板的注气孔向加锚岩土体两侧的第一气囊及加锚岩土体顶部的第二气囊充气，使加锚岩土体达到工程现场所处的应力状态，测量锚杆受力状态、变形状态、长条形岩土体变形状态；
4）依据排列顺序解除长度方向第一套测试箱体中气囊的压力，然后拆除第一套测试箱体，卸下锚杆托盘，将第一套测试箱体包裹部分的长条形岩土体挖除，回收该段回收杆体，然后重新安装锚杆托盘，测量锚杆受力状态、变形状态、长条形岩土体变形状态；
5）将剩下测试装置重复上述步骤4）直至逐次将所有的测试箱体拆除。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：传统试验通常采用按比例尺缩小的隧道整体试件进行试验，缩尺过程中岩土体、锚杆强度很难实现等比例要求。本发明取隧道掌子面的锚杆周围的一小部分进行原尺寸模拟试验，同样可以测得隧道掌子面分段可回收锚杆的承载特性，免去了缩尺面临的棘手问题。本发明首次通过套装式测试箱体，实现隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试。气囊式加载结构操作方便，实用安全；套装式测试箱体可以循环利用。
附图说明
图1为本发明的加锚岩土体与隧道掌子面的相对位置示意图；
图2为本发明整体结构示意图；
图3为本发明单套测试箱体示意图；
图4为本发明测试箱体截面示意图；
图5为本发明右侧加载护板结构示意图；
图6为本发明上侧加载护板结构示意图。
图中，1-岩土体，2-锚杆，3-下侧钢板，4-左侧加载护板，5-上侧加载护板，6-注气孔，7-气囊，a-第一气囊腔，b-第二气囊腔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1～2所示，一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置，包括：加锚岩土体和多套测试箱体；所述的加锚岩土体包括长条形岩土体1和分段可回收锚杆2；所述各个测试箱体的长度等于隧道单次开挖长度，即锚杆单次回收长度，设置多套测试箱体的目的在于便于模拟隧道开挖和锚杆回收；每一套测试箱体包括下侧钢板3、左侧加载护板、右侧加载护板4、上侧加载护板5；其中左侧加载护板与右侧加载护板4结构相同对称设置。
所述的下侧钢板为平面的钢板两侧带有螺栓连接孔；所述的左侧加载护板及右侧加载护板包括侧部平面钢板及位于侧部平面钢板两侧的外侧连接肋、侧部平面钢板与两侧的外侧连接肋之间形成第一气囊腔，第一气囊腔内置有第一气囊，侧部平面钢板上预留有能与第一气囊联通的注气孔，外侧连接肋上预留螺栓连接孔与侧部平面钢板螺栓连接；
下侧钢板和左侧加载护板通过螺栓连接；下侧钢板和右侧加载护板通过螺栓连接；
上侧加载护板侧部两侧部开设有螺栓连接孔，上侧加载护板和左侧加载护板通过螺栓连接；上侧加载护板和右侧加载护板通过螺栓连接；上侧加载护板下表面与左侧加载护板、右侧加载护板之间形成第二气囊腔，第二气囊腔内放置有第二气囊，上侧加载护板中部开设有与第二气囊联通的注气孔。
相邻左侧加载护板之间通过螺栓连接；相邻右侧加载护板之间通过螺栓连接。
使用时，一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置的应用方法，包括以下步骤：
1）制作长条形岩土体，安装分段可回收锚杆形成加锚岩土体, 所述回收锚杆由多段回收杆体构成，长条形岩土分段可回收锚杆外侧安装有锚杆托盘；
2）将加锚岩土体包裹安装到测试箱体内，相邻左侧加载护板之间通过螺栓连接；相邻右侧加载护板之间通过螺栓连接；
3）通过空气压缩机通过左侧加载护板、右侧加载护板4、上侧加载护板5的注气孔向加锚岩土体两侧的第一气囊及加锚岩土体顶部的第二气囊充气，使加锚岩土体达到工程现场所处的应力状态，测量锚杆受力状态、变形状态、长条形岩土体变形状态；
4）依据排列顺序解除长度方向第一套测试箱体中气囊的压力，然后拆除第一套测试箱体，卸下锚杆托盘，将第一套测试箱体包裹部分的长条形岩土体挖除，回收该段回收杆体，然后重新安装锚杆托盘，测量锚杆受力状态、变形状态、长条形岩土体变形状态；
5）将剩下测试装置重复上述步骤4）直至逐次将所有的测试箱体拆除。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (7)
1.一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置，其特征在于，包括多套横向排布的测试箱体及位于各个测试箱体内部内部的加锚岩土体，所述的加锚岩土体包括长条形岩土体和内部可回收锚杆；所述回收锚杆由多段回收杆体构成，所述测试箱体内包括前部及后部敞口的箱体，所述箱体内布设有气囊，所述气囊联通有充气口。
2.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置，其特征在于，所述测试箱体由下侧钢板、位于下侧钢板上部两侧的左侧加载护板、右侧加载护板及固定于左侧加载护板及右侧加载护板上方的上侧加载护板构成。
3.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置，其特征在于，所述下侧钢板上部两侧的左侧加载护板、右侧加载护板与下侧钢板经螺栓固定连接，左侧加载护板、右侧加载护板与上部的上侧加载护板经螺栓固定连接，所述左侧加载护板、右侧加载护板内衬凹陷形成第一气囊腔，所述上侧加载护板下表面与左侧加载护板、右侧加载护板之间形成第二气囊腔。
4.根据权利要求3所述的一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置，其特征在于，所述气囊包括两个第一气囊腔内固定的第一气囊及所述第二气囊腔内固定的第二气囊，所述左侧加载护板、右侧加载护板具有与第一气囊的充气口联通的注气孔，所述上侧加载护板中部具有与第二气囊的充气口联通的注气孔。
5.根据权利要求1~3任一所述的一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置，其特征在于，各个测试箱体的长度与隧道单次开挖长度及多段回收杆体长度一致，相邻左侧加载护板之间通过螺栓连接；相邻右侧加载护板之间通过螺栓连接。
6.根据权利要求1~3任一所述的一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置，其特征在于，所述下侧钢板侧部螺栓连接孔；所述的左侧加载护板及右侧加载护板包括侧部平面钢板及与侧部平面钢板螺栓连接位于侧部平面钢板两侧的侧部连接肋，所述的上侧加载护板侧部开设有螺栓连接孔。
7.本发明还包括一种隧道掌子面分段可回收锚杆承载特性测试装置的应用方法，包括以下步骤：
1）制作长条形岩土体，安装分段可回收锚杆形成加锚岩土体, 所述回收锚杆由多段回收杆体构成，长条形岩土分段可回收锚杆外侧安装有锚杆托盘；
2）将加锚岩土体包裹安装到测试箱体内，相邻左侧加载护板之间通过螺栓连接；相邻右侧加载护板之间通过螺栓连接；
3）通过空气压缩机通过左侧加载护板、右侧加载护板、上侧加载护板的注气孔向加锚岩土体两侧的第一气囊及加锚岩土体顶部的第二气囊充气，使加锚岩土体达到工程现场所处的应力状态，测量锚杆受力状态、变形状态、长条形岩土体变形状态；
4）依据排列顺序解除长度方向第一套测试箱体中气囊的压力，然后拆除第一套测试箱体，卸下锚杆托盘，将第一套测试箱体包裹部分的长条形岩土体挖除，回收该段回收杆体，然后重新安装锚杆托盘，测量锚杆受力状态、变形状态、长条形岩土体变形状态；
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