CN114705154B - 一种用于室内模型试验的隧道结构变形量测及固定装置 - Google Patents

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Abstract

本申请属于多传感器量测及固定技术领域，具体涉及一种用于室内模型试验的隧道结构变形量测及固定装置。该装置应用于半结构隧道模型，包括导轨、隧道纵向变形量测设备、隧道断面结构变形量测设备。本申请的装置在满足传感器固定的稳定性的同时实现传感器的滑动与可拆卸、自由组装，尽可能地较少占用隧道内部空间，同时可以实现典型断面变形随时间的连续变化数据，以及隧道整体沉降变形曲线的量测。

Description

一种用于室内模型试验的隧道结构变形量测及固定装置
技术领域
本申请属于多传感器量测及固定技术领域，具体涉及一种用于室内模型试验的隧道结构变形量测及固定装置。
背景技术
隧道施工与运营过程中存在结构变形问题，一旦变形达到一定限值将危及施工及运营安全，因此对于其变形影响因素、控制措施的研究极为重要。模型试验通过对原型隧道进行一定相似比例换算，进行小型、可重复的试验分析原型隧道结构及受力规律。隧道结构为纵向长度远大于横向直径，缩尺后隧道模型内部空间狭小，且内部情况不可视，难以进行内部操作。考虑隧道断面为对称结构，在隧道开挖等问题研究逐渐采用半结构隧道模型。半结构隧道模型中为量测不同断面水平及竖向变形情况，目前多采用位移传感器进行数据采集，但由于隧道内空间狭小，内部可能存在开挖设备等其他装置，存在传感器难以合理固定问题。
目前针对模型试验传感器固定装置主要有以下解决方案：
专利号为202110993220.9的中国专利公开了一种用于双传感器连接的组合固定装置，属于双传感器连接技术领域，包括外壳与两个传感器本体，外壳包括上壳体与下壳体，且上壳体通过连接组件与下壳体可拆卸连接，外壳上开设有若干安装孔和凹槽，实现传感器的固定与拆卸。
专利202110337060.2公开了一种隧道模型变形测量用微型位移传感器固定装置，括固定支架、传感器、和传感器固定底盘，微型传感器与传感器固定底盘表面采用环氧树脂粘结，固定支架与模型箱采用环氧树脂粘结，固定支架与传感器之间设置有卡扣进行移动与固定。
隧道在施工和长期运营过程中由于地层条件复杂、邻近施工扰动等因素容易产生水平收敛及纵向不均匀沉降病害，反映在模型试验中即需采集模拟工况下隧道不同断面变形数据及隧道纵向沉降变形曲线，现有技术对于内径狭小的隧道模型适用性不强，由于固定装置复杂、占用空间较大，不适于半结构模型试验的可视化和操作便捷性，且难以获得隧道纵向差异沉降量，需要一种适用于半结构模型不同断面变形数据量测的易于移动拆卸、体积小、稳定性好的多传感器固定装置，实现典型断面变形随时间的连续变化，以及隧道整体沉降曲线的量测。
发明内容
本申请提出一种用于室内模型试验的隧道结构变形量测及固定装置，目的在于提供一种用于多传感器连接的组合固定装置，可用于隧道模型不同位置的水平收敛及竖向变形数据量测，以及隧道纵向通长沉降位移曲线的量测。
本申请在进行半结构隧道模型箱试验时，将传感器通过固定支架、导轨等与箱体连接，保持传感器的稳定，适用于隧道不同断面结构变形数据的获取及隧道纵向整体变形曲线的量测。
本申请技术方案如下：
一种用于室内模型试验的隧道结构变形量测及固定装置，应用于半结构隧道模型，其特征在于，包括导轨、隧道纵向变形量测设备、隧道断面结构变形量测设备；
所述半结构隧道模型包括模型箱1和隧道14；模型箱1右侧设有半圆形的缺口，隧道14架设于该缺口将模型箱1右侧壁分为上、下两部分；
所述导轨包括上导轨3和下导轨4，分别固定于模型箱1右侧壁上部和下部；
所述隧道纵向变形量测设备包括测距仪11、测距仪固定夹板15、测距仪支架9、测距仪支架底板16和滑块10；测距仪支架底板16固定于滑块10上，滑块10可以沿下导轨滑动；测距仪11采用两块测距仪固定夹板15固定于测距仪支架9，测距仪支架9与测距仪支架底板16及滑块10连接；
所述隧道断面结构变形量测设备包括位移传感器13、传感器固定套筒8和固定支架；传感器固定套筒8固定于固定支架，位移传感器13设置于传感器固定套筒8，固定支架可以沿导轨移动。
进一步地，所述上导轨3、下导轨4分别采用螺丝12固定于模型箱右侧壁上部和下部；所述上导轨3、下导轨4为L形，下导轨4水平段表面设置有凸起的轨道。
进一步地，所述隧道纵向变形量测设备，测距仪支架9为L形，竖向段和水平段均设有滑槽；测距仪固定夹板15设有若干螺孔，两块测距仪固定夹板15将测距仪11夹在中间并通过螺丝12固定，采用羊角螺丝2将测距仪11及测距仪固定夹板15固定于测距仪支架9，可沿竖向段滑槽调节位置；测距仪支架底板16设置有滑槽和若干螺丝孔，通过螺丝固定于滑块10上；测距仪支架9水平段通过羊角螺丝2与测距仪支架底板16以及滑块10固定，并可沿水平段滑槽调节位置；滑块10底部设有凹槽，外套于下导轨4水平段表面设置的凸起的轨道，可沿下导轨4沿隧道14水平移动。
进一步地，所述隧道断面结构变形量测设备，固定支架包括竖向支架4和水平支架5，竖向支架4侧壁的上下端设置滑动凹槽，通过滑动凹槽与上导轨3和下导轨4相结合，竖向支架4可沿导轨水平移动，竖向支架4顶部和底部分别采用羊角螺丝2与上导轨3和下导轨4水平段固定；水平支架5中间设置有滑槽7，采用羊角螺丝2与竖向支架4固定，可沿滑槽7方向调整羊角螺丝2的位置，从而改变水平支架5的水平位置。
进一步地，所述隧道断面结构变形量测设备，传感器固定套筒8固定于水平支架5前端；传感器固定套筒8设置有上、中、下三个方向的套筒，用来设置三个位移传感器13，传感器固定套筒8设置有若干螺孔，位移传感器13采用螺丝12固定在传感器固定套筒8上，保持传感器的稳定。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
本申请的装置在满足传感器固定的稳定性的同时实现传感器的滑动与可拆卸、自由组装，尽可能地较少占用隧道内部空间，同时可以实现典型断面变形随时间的连续变化数据，以及隧道整体沉降变形曲线的量测。
附图说明
图1为本申请装置工作示意图
图2为本申请装置结构示意图
图3为本申请装置的隧道纵向变形量测设备(测距仪及固定设备)示意图1
图4为本申请装置的隧道纵向变形量测设备(测距仪及固定设备)示意图2
图5为本申请装置的隧道断面结构变形量测设备(位移传感器及固定设备)示意图附图标记：
1-模型箱，2-羊角螺丝，3-上导轨，4-竖向支架，5-水平支架，6-下导轨，7-滑槽，8-传感器固定套筒，9-测距仪支架，10-滑块，11-测距仪，12-螺丝，13-位移传感器，14-隧道，15-测距仪固定夹板，16-测距仪支架底板
具体实施方式
下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。
本申请为一种用于室内模型试验的隧道结构多传感器变形量测及固定装置，应用于半结构隧道模型，其特征在于，包括导轨、隧道纵向变形量测设备、隧道断面结构变形量测设备，完成对隧道变形数据的多传感器组合采集，用于隧道模型不同位置的水平收敛及竖向变形数据量测，以及隧道通长沉降位移曲线的量测,可用于指导隧道结构检查工作。该装置工作示意图如图1所示。
如图1所示，所述半结构隧道模型包括模型箱1和隧道14；模型箱1右侧设有半圆形的缺口，隧道14架设于该缺口将模型箱1右侧壁分为上、下两部分。
如图2所示，所述导轨包括上导轨3和下导轨4，分别固定于模型箱1右侧壁上部和下部。
具体地，所述上导轨3、下导轨4分别采用螺丝12固定于模型箱右侧壁上部和下部；所述上导轨3、下导轨4为L形，下导轨4水平段表面设置有凸起的轨道。
如图3、图4所示，所述隧道纵向变形量测设备(测距仪及固定设备)包括测距仪11、测距仪固定夹板15、测距仪支架9、测距仪支架底板16和滑块10，用于实现隧道纵向整体变形曲线的量测；测距仪支架底板16固定于滑块10上，滑块10可以沿下导轨滑动；测距仪11采用两块测距仪固定夹板15固定于测距仪支架9，测距仪支架9与测距仪支架底板16及滑块10连接。
具体地，测距仪支架9为L形，竖向段和水平段均设有滑槽；测距仪固定夹板15设有若干螺孔，两块测距仪固定夹板15将测距仪11夹在中间并通过螺丝12固定，采用羊角螺丝2将测距仪11及测距仪固定夹板15固定于测距仪支架9，可沿竖向段滑槽调节位置；测距仪支架底板16设置有滑槽和若干螺丝孔，通过螺丝固定于滑块10上；测距仪支架9水平段通过羊角螺丝2与测距仪支架底板16以及滑块10固定，并可沿水平段滑槽调节位置；滑块10底部设有凹槽，外套于下导轨4水平段表面设置的凸起的轨道，可沿下导轨4沿隧道14水平移动。
如图5所示，所述隧道断面结构变形量测设备(位移传感器及固定设备)包括位移传感器13、传感器固定套筒8和固定支架，用于隧道不同断面结构变形数据的量测；传感器固定套筒8固定于固定支架，位移传感器13设置于传感器固定套筒8，固定支架可以沿导轨移动。
具体地，固定支架包括竖向支架4和水平支架5，竖向支架4侧壁的上下端设置滑动凹槽，通过滑动凹槽与上导轨3和下导轨4相结合，竖向支架4可沿导轨水平移动，竖向支架4顶部和底部分别采用羊角螺丝2与上导轨3和下导轨4水平段固定；水平支架5中间设置有滑槽7，采用羊角螺丝2与竖向支架4固定，可沿滑槽7方向调整羊角螺丝2的位置，从而改变水平支架5的水平位置；传感器固定套筒8固定于水平支架5前端；传感器固定套筒8设置有上、中、下三个方向的套筒，用来设置三个位移传感器13，传感器固定套筒8设置有若干螺孔，位移传感器13采用螺丝12固定在传感器固定套筒8上，保持传感器的稳定。
该装置适用于半结构隧道模型，易于组装，既可以进行隧道模型不同位置的水平收敛及竖向变形数据量测，也可以进行隧道通长沉降位移曲线的量测。
1、隧道不同断面结构变形数据的量测：
按照图5所示组装隧道断面结构变形量测设备：通过竖向支架4上下端滑槽分别将竖向支架4与上导轨3和下导轨4相结合，沿导轨滑动至所需要测试的断面处，通过两个羊角螺丝2将竖向支架4的上下端分别固定于上导轨3和下导轨4；将三个位移传感器13安装于水平支架5端部的传感器固定套筒8；将水平支架5通过羊角螺丝2固定于竖向支架4。
测试时，三个位移传感器分别顶在隧道管片的上、中、下三个位置，则可以测量该方向的变形量。
2、隧道纵向整体变形曲线的量测：
按照图2、图3所示组装隧道纵向变形量测设备：将测距仪支架底板16固定于滑块10上，并采用羊角螺丝将测距仪支架9水平段与测距仪支架底板16及滑块10固定；将测距仪11和测距仪固定夹板15固定，并采用羊角螺丝固定于测距仪支架9竖向段；滑块10置于下导轨水平段表面凸起的轨道。
测试时，滑动滑块10带着测距仪11沿导轨滑动，导轨作为水平基准线，测距仪采集沿纵向数据，可以得到完整沉降曲线，采集时间间隔不同可以采集不同密度数据，如每秒50个激光点，这样隧道纵向上数据量可以达到数万个数据。通过调节测距仪支架9水平段和竖向段的滑槽和羊角螺丝位置改变测距仪的位置，开始新一轮的沿纵向数据采集。
本装置用于室内模型试验的隧道结构变形量测，适用于半结构隧道模型不同断面变形数据量测，易于移动拆卸、体积小、稳定性好，实现典型断面变形随时间的连续变化，以及隧道整体沉降曲线的量测。
上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本申请技术方案保护的范围。

Claims (5)

1.一种用于室内模型试验的隧道结构变形量测及固定装置，应用于半结构隧道模型，其特征在于，包括导轨、隧道纵向变形量测设备、隧道断面结构变形量测设备；
所述半结构隧道模型包括模型箱(1)和隧道(14)；模型箱(1)右侧设有半圆形的缺口，隧道(14)架设于该缺口将模型箱(1)右侧壁分为上、下两部分；
所述导轨包括上导轨(3)和下导轨(4)，分别固定于模型箱(1)右侧壁上部和下部；
所述隧道纵向变形量测设备包括测距仪(11)、测距仪固定夹板(15)、测距仪支架(9)、测距仪支架底板(16)和滑块(10)；测距仪支架底板(16)固定于滑块(10)上，滑块(10)沿下导轨滑动；测距仪(11)采用两块测距仪固定夹板(15)固定于测距仪支架(9)，测距仪支架(9)与测距仪支架底板(16)及滑块(10)连接；
所述隧道断面结构变形量测设备包括位移传感器(13)、传感器固定套筒(8)和固定支架；传感器固定套筒(8)固定于固定支架，位移传感器(13)设置于传感器固定套筒(8)，固定支架沿导轨移动。
2.如权利要求1所述的用于室内模型试验的隧道结构变形量测及固定装置，其特征在于，所述上导轨(3)、下导轨(4分)别采用螺丝(12)固定于模型箱右侧壁上部和下部；所述上导轨(3)、下导轨(4)为L形，下导轨(4)水平段表面设置有凸起的轨道。
3.如权利要求1所述的用于室内模型试验的隧道结构变形量测及固定装置，其特征在于，所述隧道纵向变形量测设备，测距仪支架(9)为L形，竖向段和水平段均设有滑槽；测距仪固定夹板(15)设有若干螺孔，两块测距仪固定夹板(15)将测距仪(11)夹在中间并通过螺丝(12)固定，采用羊角螺丝(2)将测距仪(11)及测距仪固定夹板(15)固定于测距仪支架(9)，沿竖向段滑槽调节位置；测距仪支架底板(16)设置有滑槽和若干螺丝孔，通过螺丝固定于滑块(10)上；测距仪支架(9)水平段通过羊角螺丝(2)与测距仪支架底板(16)以及滑块(10)固定，沿水平段滑槽调节位置；滑块(10)底部设有凹槽，外套于下导轨(4)水平段表面设置的凸起的轨道，沿下导轨(4)沿隧道(14)水平移动。
4.如权利要求1所述的用于室内模型试验的隧道结构变形量测及固定装置，其特征在于，在隧道断面结构变形量测设备中，所述固定支架包括竖向支架(4)和水平支架(5)，竖向支架(4)侧壁的上下端设置滑动凹槽，通过滑动凹槽与上导轨(3)和下导轨(4)相结合，竖向支架(4)沿导轨水平移动，竖向支架(4)顶部和底部分别采用羊角螺丝(2)与上导轨(3)和下导轨(4)水平段固定；水平支架(5)中间设置有滑槽(7)，采用羊角螺丝(2)与竖向支架(4)固定，沿滑槽(7)方向调整羊角螺丝(2)的位置，从而改变水平支架(5)的水平位置。
5.如权利要求4所述的用于室内模型试验的隧道结构变形量测及固定装置，其特征在于，所述传感器固定套筒(8)固定于水平支架(5)前端；传感器固定套筒(8)设置有上、中、下三个方向的套筒，用来设置三个位移传感器(13)，传感器固定套筒(8)设置有若干螺孔，位移传感器(13)采用螺丝(12)固定在传感器固定套筒(8)上，保持传感器的稳定。
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