CN114279837B - 立式真空隧道用管片检测机、翻转机及检测机的安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高铁隧道设备的检测设备领域，具体涉及一种立式真空隧道用管片检测机、翻转机及检测机的安装方法。旨在解决现有技术中管片检测机自身体积大重量大调整困难的问题。本发明包括叠合安装成被测隧道柱以模拟隧道结构的被测管片，检测被测管片受力情况的力学检测装置，隧道柱自下而上依次包括下盖板、多个筒状层和上盖板，筒状层包括多个抱和成圆柱环的被测管片，同层的管片间设有抱箍以实现周向压紧，上盖板和下盖板间设有纵向压紧机构，隧道柱底部设有翻转机。优点在于：整体结构便于操作，极大节省占地面积，与翻转机的结合使用便于设备的调节和多种情况的模拟。

Description

立式真空隧道用管片检测机、翻转机及检测机的安装方法

技术领域

本发明涉及交通运输前沿领域中的低真空管道磁悬浮运输系统，适用于低真空盾构隧道结构的多工况室内模拟，以及管片结构、接缝处的力学行为和密封特性研究，具体涉及一种立式真空隧道用管片检测机、翻转机及检测机的安装方法。

背景技术

在地表稠密大气中运行的高速交通工具，最高经济速度不宜超过400 km/h。真空管道系统的基本原理是建立密闭管道，利用抽气设备降低管道内压强，创造出低介质密度的运行环境，减小了列车的气动阻力，因此列车运行速度有了大幅度的提升，现阶段的目标时速保守估计可达到600~1000km/h，后期目标速度将超过4000km/h。借助于已有的轨道交通系统进行真空管道运输系统的建设，可节约稀有的地面土地资源，高效利用地下空间，而隧道结构在强度、密封性能等各方面能否满足低真空运输的复杂工况要求都亟待实验探索。

在已经公开的中国专利文献中，就可以找到申请人曾经申请过名为真空隧道的整环管片原型试验装置、和名为真空隧道的单片管片原型试验装置的专利，通过建立一套卧式的模拟设备实现对真空隧道环境的模拟。

然而，卧式的设备，首先由于各个管片受重力影响的方向不同，其测量结果也可能会带来不同，影响测量精度，而不采用卧式的装配形式，则面临装配困难，自身装配精度受限的问题，辅助定位材料多，检测成本高。

发明内容

本发明的目的就是提出一种用于真空隧道的整环管片原型试验装置，进行隧道拼装式管片的低真空工况室内模拟，基于室内试验进行管片力学和密封可靠性的验证及改进。同时解决现阶段技术中卧式测量器具辅助定位材料多，加工组装困难的问题。

本发明的具体方案是：设计一种立式真空隧道用管片检测机用配套的翻转机，包括叠合安装成被测隧道柱以模拟隧道结构的被测管片，检测被测管片受力情况的力学检测装置，所述隧道柱自下而上依次包括下盖板、多个筒状层和上盖板，所述筒状层包括多个抱和成圆柱环的被测管片，同层的管片间设有抱箍以实现周向压紧，上盖板和下盖板间设有纵向压紧机构，所述隧道柱的内腔连通真空加载装置，所述力学检测装置包括设置在抱箍的连接件上测量连接件拉力的力学检测元件，所述力学检测元件与控制台电路连接，所述控制台的输入端连接所述力学检测元件，所述控制台的输出端连接真空加载装置的驱动元件。

具体实施中，所述抱箍多根得以拼装为圆环的圆弧，所述圆弧之间设有定位螺栓，所述定位螺栓上设有拉力测量机构。

具体实施中，所述纵向压紧机构包括螺柱和螺柱两端的卡紧螺栓。

一种立式真空隧道用管片检测机用的配套的翻转机，所述翻转机包括V字形支架和安置在所述V字形支架上方的转动台，所述转动台包括两块横向安装的圆柱体形状板，所述圆柱体形状板上设有长方体状的切割面以安装所述隧道柱，所述圆柱体形状板卡装所述隧道柱，所述V字形支架的底部设有动力源带动的驱动轮以带动所述转动台转动，驱动轮位置处于转动台的重心下方，所述切割面的侧面和隧道柱间还设有三角状限位块以实现翻转后的自由度约束。

具体实施中，所述V字形支架包括安装在滑轨上方的两个三角形支撑，所述三角形支撑与所述滑轨间移动副连接且设有锁定原件。

具体实施中，所述转动台上设有水平支撑原件。

具体实施中，所述圆柱体形状板间设有限位连接杆。

本发明还涉及立式真空隧道用管片检测机的安装方法，包括如下步骤：

（1）固定支墩：拼装前在地面或翻转机的水平面上放样，在合理位置布设承载支墩，对承载支墩进行整体水平校准，调整所有支墩上平面在同一水平面。

（2）下盖板安装：用吊车将下盖板按预先设定位置，水平放置在承载支墩上，再采用调平斜铁对承载支墩和密封钢盖板底板做总体水平校准，确保钢盖板保持一个水平，安放管片与下盖板接触面之间的密封圈，安装到位后对密封垫预先固定。

（3）管片拼装：提前标记好首环各块管片的放置点位，采用定制的吊环的弯曲螺栓穿入管片环缝螺栓孔，做为管片吊点。用吊车按顺序将管片垂直放置在钢盖板相应位置，并对管片姿态、垂直度，角度，按预设位置调整，确保相邻管片接缝对齐，管片环缝与下盖板密封垫位置对应，然后预紧固管片间连接螺栓，其余管片依次进行，安装周圈脚手架之后，根据预设点位安装上层管片，同样通过吊车将管片逐块吊装到相应位置，对管片进行姿态调整至设计位置，并确保上下环管片环间密封圈位置相对，然后预紧上下管片连接螺栓，支撑上环管片保持垂直，待管片姿态稳定后，吊装第二块管片，并预紧固管片块间连接螺栓，重复该操作流程依次吊装其余各块管片；

（4）管片抱箍安装：将定制的管片抱箍在地面上预先拼成整圆，接头留一定的空隙余量，采用特制的伞状铰链结构将装圈抱箍水平吊起并套入管片环，之后进行抱箍接头螺栓的预紧；

（5）上盖板安装：将上盖板与管片接触面处的密封垫平整的铺设在第二环管片环缝处，并标定上盖板吊放位置，确保上下盖板螺栓孔位对齐，之后用吊车将上盖板吊放至预设位置；

（6）螺杆安装：提前固定螺杆上端螺母垫片，通过吊车将连接螺杆由上部垂直放入螺栓孔，初拧上下螺母，管片安装现场全程放置水平仪，以便对拼装过程中的水平与垂直度进行监测。拼装工作完成后，现场进行各连接部位逐一检查，包括管片接缝，抱箍接头，螺杆、密封垫部位，确保安装到位，并满足管片拼装精度要求。

（7）数据采集系统安装：管片环拼装完成后，在管片结构表面贴应变片，在接缝处安装位移计，在抱箍和螺杆的螺母处安装压力传感器，预埋钢筋计、混凝土应变计在管片厂内预先完成安装，具体再钢筋笼制作完成后，混凝土浇筑前进行，所有传感器均接入到相应的数据采集仪上。

（8）真空泵管路连接：将真空泵的管路连接到上侧盖板的抽气孔，启动真空泵进行抽真空。

申请人认为，通过以上技术方案，优点在于：

整体结构便于操作，极大节省占地面积，与翻转机的结合使用便于设备的调节和多种情况的模拟；

工作过程可以是卧式测量，也可以是立式测量，没有直接安装在地面上，利用翻转台实现了找平的过程；

管片环整体垂直拼装操作方便，安装效率高；翻转机通过齿轮驱动将管片环整体翻转，不需要吊装，节省人力物力；翻转过程中结构处于相对静止的状态，操作安全有保障，翻转台的设计实现了转动而重心不动，同时卡装稳固，对隧道柱只有限位效果，设备可以稳定的实现翻转；

通过螺杆装置施加管片环间压力，通过环向抱箍施加管片周圈水土压力，通过抽真空装置进行管片环内部真空度调整， 从而进行不同外力及压差条件下结构的密封及力学性能研究；

V字形支架的间距可以调节，以适应多种不同型号的管片形成的不同直径的隧道柱。

附图说明

图1是本发明结构的立体图；

图2是图1所示结构的主视图；

图3是图1所示结构的俯视图；

图4是图1所示结构的左视图；

图5是图1所示结构的右视图；

图6是本发明图5所示结构的剖视图；

图7是本发明转向后结构示意图；

图中各部件名称：1.控制台；2. 被测管片；3. 上盖板；4. 下盖板；5. 抱箍；6. 连接件；7. 螺柱；8. 卡紧螺栓；9. 转动台；10. 驱动轮；11. 动力源；12. 三角状限位块；13.滑轨；14. 三角形支撑；15.限位连接杆；16. 水平支撑原件；除图6外控制台省略，图中管箍连接件及对应力学检测元件未画出。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种立式真空隧道用管片检测机，参见图1至图6，包括叠合安装成被测隧道柱以模拟隧道结构的被测管片2，检测被测管片2受力情况的力学检测装置，隧道柱自下而上依次包括下盖板4、多个筒状层和上盖板3，筒状层包括多个抱和成圆柱环的被测管片2，同层的管片间设有抱箍5以实现周向压紧，上盖板3和下盖板4间设有纵向压紧机构，隧道柱的内腔连通真空加载装置，力学检测装置包括设置在抱箍5的连接件6上测量连接件6拉力的力学检测元件，力学检测元件与控制台1电路连接，控制台1的输入端连接力学检测元件，控制台1的输出端连接真空加载装置的驱动元件。测量过程中，保证轴向力和周向力的稳固，之后抽真空模拟高速铁路的隧道情况，根据各个紧固点设置的力学原件的数据反馈，得出受力最大的部分，评估管片在真空条件下的受力情况，力学性能，那里最容易发生泄漏，管片是否合格。

抱箍5为多根得以拼装为圆环的圆弧，所述圆弧之间设有定位螺栓，所述定位螺栓上设有拉力测量机构。

纵向压紧机构包括螺柱7和螺柱7两端的卡紧螺栓8。

一种立式真空隧道用管片检测机用的配套的翻转机，翻转机包括V字形支架和安置在V字形支架上方的转动台9，转动台9包括两块横向安装的圆柱体形状板，圆柱体形状板上设有长方体状的切割面以安装隧道柱，圆柱体形状板卡装隧道柱，V字形支架的底部设有动力源11带动的驱动轮10以带动转动台9转动，驱动轮10位置处于转动台9的重心下方，切割面的侧面和隧道柱间还设有三角状限位块12以实现翻转后的自由度约束。当计划立式测量时，翻转机可以实现提前找平的功能，使立式真空隧道用管片检测机的测量部分更接近在水平面进行测量，保证测量精度。当需要实现卧式模拟的时候， 转动台9在保证立式真空隧道用管片检测机重心不变的情况下稳定转动，同时三角铁支撑其前后不发生摆动，实现卧式测量条件的模拟

V字形支架包括安装在滑轨13上方的两个三角形支撑14，三角形支撑14与滑轨13间移动副连接且设有锁定原件。

圆柱体形状板间设有限位连接杆15。

转动台9上设有水平支撑原件16。起到调平的作用。也为拉力感应元器件提供安装空间。在具体实施中，上盖板3顶部也可以安装同样的水平支撑原件16，此处的支撑原件起到压装的作用。

翻转机平台侧面锁上一边为圆弧的三角铁，挡住管片环和盖板，保证翻转过程中结构的整体稳定。

还涉及到立式真空隧道用管片检测机的安装方法，包括如下步骤：

（1）固定支墩：拼装前在地面或翻转机的水平面上放样，在合理位置布设承载支墩，对承载支墩进行整体水平校准，调整所有支墩上平面在同一水平面。

（2）下盖板安装：用吊车将下盖板4按预先设定位置，水平放置在承载支墩上，再采用调平斜铁对承载支墩和密封钢盖板底板做总体水平校准，确保钢盖板保持一个水平，安放管片与下盖板4接触面之间的密封圈，安装到位后对密封垫预先固定。

（3）管片拼装：提前标记好首环各块管片的放置点位，采用定制的吊环的弯曲螺栓穿入管片环缝螺栓孔，做为管片吊点。用吊车按顺序将管片垂直放置在钢盖板相应位置，并对管片姿态、垂直度，角度，按预设位置调整，确保相邻管片接缝对齐，管片环缝与下盖板4密封垫位置对应，然后预紧固管片间连接螺栓，其余管片依次进行，安装周圈脚手架之后，根据预设点位安装上层管片。同样通过吊车将管片逐块吊装到相应位置，对管片进行姿态调整至设计位置，并确保上下环管片环间密封圈位置相对，然后预紧上下管片连接螺栓，支撑上环管片保持垂直，待管片姿态稳定后，吊装第二块管片，并预紧固管片块间连接螺栓，重复该操作流程依次吊装其余各块管片；

（4）管片抱箍安装：将定制的管片抱箍5在地面上预先拼成整圆，接头留一定的空隙余量，采用特制的伞状铰链结构将装圈抱箍5水平吊起并套入管片环，之后进行抱箍5接头螺栓的预紧；

（5）上盖板安装：将上盖板3与管片接触面处的密封垫平整的铺设在第二环管片环缝处，并标定上盖板3吊放位置，确保上下盖板4螺栓孔位对齐，之后用吊车将上盖板3吊放至预设位置；

（6）螺杆安装：提前固定螺杆上端螺母垫片，通过吊车将连接螺杆由上部垂直放入螺栓孔，初拧上下螺母，管片安装现场全程放置水平仪，以便对拼装过程中的水平与垂直度进行监测。拼装工作完成后，现场进行各连接部位逐一检查，包括管片接缝，抱箍5接头，螺杆、密封垫部位，确保安装到位，并满足管片拼装精度要求；

（7）数据采集系统安装：管片环拼装完成后，在管片结构表面贴应变片，在接缝处安装位移计，在抱箍5和螺杆的螺母处安装压力传感器，预埋钢筋计、混凝土应变计在管片厂内预先完成安装，具体再钢筋笼制作完成后，混凝土浇筑前进行，所有传感器均接入到相应的数据采集仪上；

（8）真空泵管路连接：将真空泵的管路连接到上侧盖板的抽气孔，启动真空泵进行抽真空。

设计加工双环管片整体翻转机，翻转机由底部支座、齿轮驱动、直角钢板拼装工作台组成。工作台由被直角大面积切掉的圆钢板和工字钢底座组成。翻转机主要通过底部的齿轮驱动，带动翻转机和垂直拼装好的双环管片，以相对静止的状态旋转90°至水平。整个设备的空间尺寸： 6000（长）*4500（宽）*6700（高）。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种立式真空隧道用管片检测机用的配套的翻转机，立式真空隧道用管片检测机包括叠合安装成被测隧道柱以模拟隧道结构的被测管片，检测被测管片受力情况的力学检测装置，所述隧道柱自下而上依次包括下盖板、多个筒状层和上盖板，所述筒状层包括多个抱合成圆柱环的被测管片，同层的管片间设有抱箍以实现周向压紧，上盖板和下盖板间设有纵向压紧机构，所述隧道柱的内腔连通真空加载装置，所述力学检测装置包括设置在抱箍的连接件上测量连接件拉力的力学检测元件，所述力学检测元件与控制台电路连接，所述控制台的输入端连接所述力学检测元件，所述控制台的输出端连接真空加载装置的驱动元件，其特征在于：所述翻转机包括V字形支架和安置在所述V字形支架上方的转动台（9），所述转动台（9）包括两块横向安装的圆柱体形状板，所述圆柱体形状板上设有长方体状的切割面以安装所述隧道柱，所述圆柱体形状板卡装所述隧道柱，所述V字形支架的底部设有动力源（11）带动的驱动轮（10）以带动所述转动台（9）转动，驱动轮（10）位置处于转动台（9）的重心下方，所述切割面的侧面和隧道柱间还设有三角状限位块（12）以实现翻转后的自由度约束。

2.如权利要求1所述的立式真空隧道用管片检测机用配套的翻转机，其特征在于：所述V字形支架包括安装在滑轨（13）上方的两个三角形支撑（14），所述三角形支撑（14）与所述滑轨（13）间移动副连接且设有锁定元件。

3.如权利要求1所述的立式真空隧道用管片检测机用配套的翻转机，其特征在于：所述转动台（9）上设有水平支撑元件（16）。

4.如权利要求1所述的立式真空隧道用管片检测机用配套的翻转机，其特征在于：所述圆柱体形状板间设有限位连接杆（15）。