CN111828039B - 用于低真空磁悬浮运输实验隧道的多环原型管片制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于低真空磁悬浮运输实验隧道的多环原型管片制造方法，属于低真空磁悬浮运输隧道领域。步骤如下：步骤1、预埋传感器的管片制作；步骤2、管片环两端封堵；步骤3、管片环拼装装置组装；步骤4、管片环顶推装置组装；步骤5、管片真空和加热装置安装；步骤6、管片结构受力变形数据采集。该方法，针对现有的拼装式盾构隧道管片开展在低真空磁悬浮复杂环境下的室内原型模拟实验，基于对隧道结构在内部低真空、内外温差、外部水土压力耦合工况下的力学行为及密封性能等相关数据采集分析，评价隧道结构在低真空复杂环境下的适用性，判断结构受力及密封的薄弱部位，提出针对性的优化改造方案并验证，为后续隧道结构应用提供数据支撑及技术支持。

Description

用于低真空磁悬浮运输实验隧道的多环原型管片制造方法

技术领域

本发明涉及低真空磁悬浮运输隧道领域，特别是一种用于低真空磁悬浮运输实验隧道的多环原型管片制造方法。

背景技术

低真空管道运输系统作为一种新型交通系统，具有快速、便捷、安全、环保、高效等优势。目前各国研究机构正在对真空管道系统的设计进行不断设计和改良，而管道是整个系统的载体，对系统的安全可靠性有着至关重要的作用，也是低真空运输系统的关键基础设施，管道应满足密封性好，抗压性强的要求。由于隧道式结构可节约稀有的地面土地资源，高效利用地下空间，因此隧道式真空管道运输结构型式更具有可行性，但拼装式隧道管片结构在低真空复杂环境下的密封性能和力学行为有待实验探索。

目前关于低真空管道运输系统的研究多主要集中在运输空气动力学方面，缺少管道结构方面的针对性研究。为了有效模拟低真空环境下隧道管道性能，探索隧道管片结构对低真空管道运输系统的适应性，为低真空管道运输系统的管道选型提供依据。

发明内容

本发明的目的是要提供一种管道密封性好，抗压性强的用于低真空磁悬浮运输实验隧道的多环原型管片制造方法。

本发明的目的是这样实现的：用于低真空磁悬浮运输实验隧道的多环原型管片制造方法的步骤如下：

步骤1、预埋传感器的管片制作；

步骤2、管片环两端封堵；

步骤3、管片环拼装装置组装；

步骤4、管片环顶推装置组装；

步骤5、管片真空和加热装置安装；

步骤6、管片结构受力变形数据采集。

具体步骤如下：

步骤1.预埋传感器的管片制作

根据所模拟的低真空管道尺寸预制隧道管片，确定管片环结构内部的测点布置，预制管片钢筋绑扎完成后，在测点位置固定钢筋计、混凝土应变计、温度传感器，各传感器接线在钢筋笼中沿钢筋汇聚至一处后引出，在此过程中做好传感器接线的保护；之后钢筋笼入模完成管片浇筑并养护，防止管片入模浇筑和养护过程中对接线造成损坏；首环和末环管片一侧端预埋弧形钢板，预埋弧形钢板与管片侧端形状大小相同，拼装完成后各管片侧端的弧形钢板组成完成的圆环钢板。

步骤2.管片环两端封堵

隧道管片环两端进行有效密封，形成抽真空的封闭空间；

在首环管片拼装前，根据管片环尺寸在实验基坑侧墙上通过植筋固定过渡钢环，过渡钢环与首环管片的侧端预埋钢板通过法兰及密封垫进行密封连接；末环管片拼装完成后，采用封堵钢板与末环管片侧端预埋钢板密封连接。

步骤3.管片环拼装装置组装

在管片环内外安装支撑装置，实现管片环向拼装；

管片拼装前，在拼装位置地面安装半圆弧钢板导台，在管片环外部支撑环管片进行下半环管片拼装；钢板导台由钢板托架和半圆弧钢板分三块拼装组合而成，在管片环拼装结束后拆除两侧部分，保留底部约45°的圆弧钢板导台；下半环拼装完成后，安装可移动的管片环内部支撑装置进行上半环管片的拼装；内部支撑装置由底部滑轮、钢架支撑及顶部圆弧定位钢板组成，在下一环管片环下半环拼装完成后，移动内部支撑装置至下一环位置开始下一环管片上半环的拼装。

步骤4.管片环顶推装置组装

安装可移动、可固定的钢制反力架，保证管片环间密封条达到设计挤压力；

管片环顶推装置为可移动的钢制反力架，反力架通过螺栓与预埋于基坑底板的预埋件固定，反力架上安装固定圆形阵列的千斤顶油缸，油缸位置与管片环侧端对应，并通过圆弧撑靴将力均匀传导至管片环侧；一环管片拼装完成后，通过反力架将管片环向密封垫挤压至设计值，并拧紧环缝螺栓，完成管片环缝的顶紧并安装环缝处螺栓；然后再顶紧环管片两两侧的注浆孔位置安装止退销，止退销通过止退三脚架固定，完成环管片的拼装顶紧后，移动反力架至下一环顶紧位置并固定，开始下一环管片的拼装，止退销在管片环全部拼装完毕并顶紧后拆除。

步骤5.管片真空和加热装置安装

安装真空和加热设备，模拟隧道结构内部的低真空环境，以及由于运输高速运行引起的隧道结构内外温差；

通过抽真空设备控制隧道腔内真空度，真空设备包括功率型号匹配的真空泵、连接隧道腔体和真空泵的真空泵管路、进行真空度加载设定的控制器，其中真空泵管路通过各管片的注浆孔连接隧道腔体内部；加热设备由放置于轻型支架上的透明短波孪管组成，通过透明短波孪管对隧道腔内进行加热，加热电源线通过管片注浆孔引出至加热控制器；末环管片拼装完成后，进行隧道内部加热短波孪管的安装接线，加热设备安装调试完成后封堵隧道末端，并通过各管片的注浆孔安装真空泵管路。

步骤6.管片结构受力变形数据采集

数据采集传感器包括：预埋于管片内部的钢筋计、混凝土应变计和温度传感器，还包括：管片外贴的应变片、管片接头处的差动式位移计、接头螺栓嵌入的光纤光栅传感器、埋置于隧道外侧土体中的水压计和土压计；

在管片结构内外安装传感器，实时感知隧道结构在不同的低真空工况耦合作用下的状态；嵌入步骤1所述的钢筋计、混凝土应变计、温度传感器，同时预先嵌入接头螺栓处的光纤光栅传感器；管片环拼装完成后，在未封堵末端钢板前，进行管片应变片的外贴，管片接头处的差动式位移计的安装；管片末端钢板封堵后，进行基坑内部填土，营造隧道结构的水土环境，分层填土夯实的过程中，在设计位置埋置水压计和土压计；各传感器均通过接线连至相应的数据采集仪器上，在实验过程中进行实时采集。

有益效果，由于采用了上述方案，该方法针对现有的拼装式盾构隧道管片开展在低真空磁悬浮复杂环境下的室内原型模拟实验，基于对隧道结构在内部低真空、内外温差、外部水土压力耦合工况下的力学行为及密封性能等相关数据采集分析，评价隧道结构在低真空复杂环境下的适用性，判断结构受力及密封的薄弱部位，提出针对性的优化改造方案并验证，为后续隧道结构应用于低真空磁悬浮管道交通提供基础数据支撑及技术支持。

通过采用此实验方法有效模拟隧道结构的水土环境、内部低真空负压工况及行车引起的结构内外温差情况，获取低真空复杂环境下隧道结构的力学行为和密封性能，为隧道结构在低真空运输系统中的适应性研究提供了一种实验方法。

解决了实验管片两端头的密封问题、管片水平拼装成环以及密封垫顶推挤压力控制问题，达到了本发明的目的。

优点在于可模拟低真空管道的负压工况，内部列车高速运行引起的温度升高工况以及隧道结构外侧的水土环境。

附图说明

图1为本发明的用于低真空磁悬浮运输实验隧道的多环原型管片制造方法流程图。

具体实施方式

用于低真空磁悬浮运输实验隧道的多环原型管片制造方法的步骤如下：

步骤1、预埋传感器的管片制作；

步骤2、管片环两端封堵；

步骤3、管片环拼装装置组装；

步骤4、管片环顶推装置组装；

步骤5、管片真空和加热装置安装；

步骤6、管片结构受力变形数据采集。

具体步骤如下：

步骤1.预埋传感器的管片制作

根据所模拟的低真空管道尺寸预制隧道管片，确定管片环结构内部的测点布置，预制管片钢筋绑扎完成后，在测点位置固定钢筋计、混凝土应变计、温度传感器，各传感器接线在钢筋笼中沿钢筋汇聚至一处后引出，在此过程中做好传感器接线的保护；之后钢筋笼入模完成管片浇筑并养护，防止管片入模浇筑和养护过程中对接线造成损坏；首环和末环管片一侧端预埋弧形钢板，预埋弧形钢板与管片侧端形状大小相同，拼装完成后各管片侧端的弧形钢板组成完成的圆环钢板。

步骤2.管片环两端封堵

隧道管片环两端进行有效密封，形成抽真空的封闭空间；

在首环管片拼装前，根据管片环尺寸在实验基坑侧墙上通过植筋固定过渡钢环，过渡钢环与首环管片的侧端预埋钢板通过法兰及密封垫进行密封连接；末环管片拼装完成后，采用封堵钢板与末环管片侧端预埋钢板密封连接。

步骤3.管片环拼装装置组装

在管片环内外安装支撑装置，实现管片环向拼装；

管片拼装前，在拼装位置地面安装半圆弧钢板导台，在管片环外部支撑环管片进行下半环管片拼装；钢板导台由钢板托架和半圆弧钢板分三块拼装组合而成，在管片环拼装结束后拆除两侧部分，保留底部约45°的圆弧钢板导台；下半环拼装完成后，安装可移动的管片环内部支撑装置进行上半环管片的拼装；内部支撑装置由底部滑轮、钢架支撑及顶部圆弧定位钢板组成，在下一环管片环下半环拼装完成后，移动内部支撑装置至下一环位置开始下一环管片上半环的拼装。

步骤4.管片环顶推装置组装

安装可移动、可固定的钢制反力架，保证管片环间密封条达到设计挤压力；

管片环顶推装置为可移动的钢制反力架，反力架通过螺栓与预埋于基坑底板的预埋件固定，反力架上安装固定圆形阵列的千斤顶油缸，油缸位置与管片环侧端对应，并通过圆弧撑靴将力均匀传导至管片环侧；一环管片拼装完成后，通过反力架将管片环向密封垫挤压至设计值，并拧紧环缝螺栓，完成管片环缝的顶紧并安装环缝处螺栓；然后再顶紧环管片两两侧的注浆孔位置安装止退销，止退销通过止退三脚架固定，完成环管片的拼装顶紧后，移动反力架至下一环顶紧位置并固定，开始下一环管片的拼装，止退销在管片环全部拼装完毕并顶紧后拆除。

步骤5.管片真空和加热装置安装

安装真空和加热设备，模拟隧道结构内部的低真空环境，以及由于运输高速运行引起的隧道结构内外温差；

通过抽真空设备控制隧道腔内真空度，真空设备包括功率型号匹配的真空泵、连接隧道腔体和真空泵的真空泵管路、进行真空度加载设定的控制器，其中真空泵管路通过各管片的注浆孔连接隧道腔体内部；加热设备由放置于轻型支架上的透明短波孪管组成，通过透明短波孪管对隧道腔内进行加热，加热电源线通过管片注浆孔引出至加热控制器；末环管片拼装完成后，进行隧道内部加热短波孪管的安装接线，加热设备安装调试完成后封堵隧道末端，并通过各管片的注浆孔安装真空泵管路。

步骤6.管片结构受力变形数据采集

数据采集传感器包括：预埋于管片内部的钢筋计、混凝土应变计和温度传感器，还包括：管片外贴的应变片、管片接头处的差动式位移计、接头螺栓嵌入的光纤光栅传感器、埋置于隧道外侧土体中的水压计和土压计；

在管片结构内外安装传感器，实时感知隧道结构在不同的低真空工况耦合作用下的状态；嵌入步骤1所述的钢筋计、混凝土应变计、温度传感器，同时预先嵌入接头螺栓处的光纤光栅传感器；管片环拼装完成后，在未封堵末端钢板前，进行管片应变片的外贴，管片接头处的差动式位移计的安装；管片末端钢板封堵后，进行基坑内部填土，营造隧道结构的水土环境，分层填土夯实的过程中，在设计位置埋置水压计和土压计；各传感器均通过接线连至相应的数据采集仪器上，在实验过程中进行实时采集。

下面结合附图和具体实施案例，对本发明实施方式做进一步的说明：

实施例1：如图1，开展多环原型管片在低真空复杂环境下原型实验包括预埋传感器的管片制作、管片环两端封堵设计、管片环拼装装置设计组装、管片环顶推装置设计组装、管片真空和加热装置设计安装、管片结构受力变形数据采集分析等。

根据所模拟的低真空管道尺寸预制隧道管片，实验拼装管片环内径5.7m，管片厚度300mm，环宽1500mm，管片设计为通用楔形环，K块错缝拼装于左右水平位置，共拼装10环管片。实验中共监测中间位置的两环管片，每环管片各有八个等角度布置监测点，每个监测点位有两个钢筋计，两个混凝土应变计，以及三个温度传感器。根据管片设计拼装点位，确定元器件布置在各管片的位置和数量。钢筋计及混凝土应变计水平安装在管片内外侧的受力主筋上，温度传感器安装在管片内部箍筋级内外侧受力主筋上。测试元件位置固定后，测试专用电缆全部导入专用走线孔，并将出线管用胶带密封好后，再进行盾构隧道管片混凝土浇筑。管片拼装后应对管片外部电缆线进行安装保护，以免损坏电缆线。首环和末环管片一侧端预埋一定厚度的弧形钢板，预埋弧形钢板与管片侧端形状大小相同，拼装完成后各管片侧端的弧形钢板组成完成的圆环钢板。

在首环管片拼装前，根据管片环尺寸在实验基坑侧墙上通过植筋固定过渡钢环，安装首环管片的半圆弧钢板导台，下半环拼装完成后，安装可移动的管片环内部支撑装置进行上半环管片的拼装，首环拼装完成后，将过渡钢环与首环管片的侧端预埋钢板通过法兰及密封垫进行密封连接。之后进行安装第二环管片的圆弧导台，并重复上述步骤完成第二环管片的拼装，安装固定反力架，通过反力架将管片环向密封垫挤压至设计值，并拧紧环缝螺栓，然后在该环管片两侧的注浆孔位置安装固定在三脚架上的止退销，移动反力架至下一环顶紧位置并固定，重复上述步骤开始下一环管片的拼装顶紧。

末环管片拼装完成后，进行隧道内部加热短波孪管的安装接线，

并完成结构外置传感器的安装，采用封堵钢板与末环侧端预埋钢板密封连接后，通过各管片的注浆孔安装真空泵管路。之后拆除管片环两侧的止退销，并拆除半圆弧导台两侧部分，保留底部约45°的圆弧导台。管片环内部加载的极限真空度为0.2atm，温度为60℃。

最后进行基坑内部填土，营造隧道结构的水土环境，分层填土夯实的过程中，在设计位置埋置相应的水压计和土压计。各传感器均通过接线连至相应的数据采集仪器上，在实验过程中进行实时采集。实验结束后，进行不同低真空工况下结构力学行为和密封性能相关的数据分析，得到隧道结构在对低真空管道运输系统的适应性评价，根据分析结果针对性的进行隧道结构的优化改进方案，并进行实验验证。

Claims (1)

1.一种用于低真空磁悬浮运输实验隧道的多环原型管片制造方法，其特征是：用于低真空磁悬浮运输实验隧道的多环原型管片制造方法的步骤如下：

步骤1、预埋传感器的管片制作；

步骤2、管片环两端封堵；

步骤3、管片环拼装装置组装；

步骤4、管片环顶推装置组装；

步骤5、管片真空和加热装置安装；

步骤6、管片结构受力变形数据采集 ；

步骤1.预埋传感器的管片制作的具体步骤是：

根据所模拟的低真空管道尺寸预制隧道管片，确定管片环结构内部的测点布置，预制管片钢筋绑扎完成后，在测点位置固定钢筋计、混凝土应变计、温度传感器，各传感器接线在钢筋笼中沿钢筋汇聚至一处后引出，在此过程中做好传感器接线的保护；之后钢筋笼入模完成管片浇筑并养护，防止管片入模浇筑和养护过程中对接线造成损坏；首环和末环管片一侧端预埋弧形钢板，预埋弧形钢板与管片侧端形状大小相同，拼装完成后各管片侧端的弧形钢板组成完成的圆环钢板；

步骤2.管片环两端封堵的具体步骤是：

隧道管片环两端进行有效密封，形成抽真空的封闭空间；

在首环管片拼装前，根据管片环尺寸在实验基坑侧墙上通过植筋固定过渡钢环，过渡钢环与首环管片的侧端预埋钢板通过法兰及密封垫进行密封连接；末环管片拼装完成后，采用封堵钢板与末环管片侧端预埋钢板密封连接；

步骤3.管片环拼装装置组装的具体步骤是：

在管片环内外安装支撑装置，实现管片环向拼装；

管片拼装前，在拼装位置地面安装半圆弧钢板导台，在管片环外部支撑环管片进行下半环管片拼装；钢板导台由钢板托架和半圆弧钢板分三块拼装组合而成，在管片环拼装结束后拆除两侧部分，保留底部约45°的圆弧钢板导台；下半环拼装完成后，安装可移动的管片环内部支撑装置进行上半环管片的拼装；内部支撑装置由底部滑轮、钢架支撑及顶部圆弧定位钢板组成，在下一环管片环下半环拼装完成后，移动内部支撑装置至下一环位置开始下一环管片上半环的拼装；

步骤4.管片环顶推装置组装的具体步骤是：

安装可移动、可固定的钢制反力架，保证管片环间密封条达到设计挤压力；

管片环顶推装置为可移动的钢制反力架，反力架通过螺栓与预埋于基坑底板的预埋件固定，反力架上安装固定圆形阵列的千斤顶油缸，油缸位置与管片环侧端对应，并通过圆弧撑靴将力均匀传导至管片环侧；一环管片拼装完成后，通过反力架将管片环向密封垫挤压至设计值，并拧紧环缝螺栓，完成管片环缝的顶紧并安装环缝处螺栓；然后在 顶紧环管片两侧的注浆孔位置安装止退销，止退销通过止退三脚架固定，完成环管片的拼装顶紧后，移动反力架至下一环顶紧位置并固定，开始下一环管片的拼装，止退销在管片环全部拼装完毕并顶紧后拆除；

步骤5.管片真空和加热装置安装的具体步骤是：

安装真空和加热设备，模拟隧道结构内部的低真空环境，以及由于运输高速运行引起的隧道结构内外温差；

通过抽真空设备控制隧道腔内真空度，真空设备包括功率型号匹配的真空泵、连接隧道腔体和真空泵的真空泵管路、进行真空度加载设定的控制器，其中真空泵管路通过各管片的注浆孔连接隧道腔体内部；加热设备由放置于轻型支架上的透明短波孪管组成，通过透明短波孪管对隧道腔内进行加热，加热电源线通过管片注浆孔引出至加热控制器；末环管片拼装完成后，进行隧道内部加热短波孪管的安装接线，加热设备安装调试完成后封堵隧道末端，并通过各管片的注浆孔安装真空泵管路；

步骤6.管片结构受力变形数据采集的具体步骤是：

数据采集传感器包括：预埋于管片内部的钢筋计、混凝土应变计和温度传感器，还包括：管片外贴的应变片、管片接头处的差动式位移计、接头螺栓嵌入的光纤光栅传感器、埋置于隧道外侧土体中的水压计和土压计；

在管片结构内外安装传感器，实时感知隧道结构在不同的低真空工况耦合作用下的状态；嵌入步骤1所述的钢筋计、混凝土应变计、温度传感器，同时预先嵌入接头螺栓处的光纤光栅传感器；管片环拼装完成后，在未封堵末端钢板前，进行管片应变片的外贴，管片接头处的差动式位移计的安装；管片末端钢板封堵后，进行基坑内部填土，营造隧道结构的水土环境，分层填土夯实的过程中，在设计位置埋置水压计和土压计；各传感器均通过接线连至相应的数据采集仪器上，在实验过程中进行实时采集。

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