CN205861003U - 一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，通过将隧道监测断面的横向挤出位移转化为光栅尺位移并测量，该装置包括：模型试验箱：该试验箱为一顶部开口的箱体，内部填充模型土体，箱体侧壁下部还开设有一开挖实验口；位移测量装置：包括依次连接的挤出变形感应头、钢丝线和光栅尺位移传感器；位移传递通道：套设在钢丝线外部，用以避免模型土体对钢丝线的干扰，包括埋设在模型土体内且依次连接的横向塑料细管、PVC弯管接头和竖向PVC管，所述的竖向PVC管的上端伸出模型土体。与现有技术相比，本实用新型具有测量形式明确有效、制作简单、成本低廉、测量精度高、占用空间少等优点。

Description

一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量试验装置，尤其是涉及一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置。

背景技术

如图4所示，图为申请号为CN202255259U的实用新型专利示意图，图中：1、模型体，2、模型材料，3、隧道轮廓，4、多点位移计，5，千斤顶和加压板，6、反力梁，13、光栅尺。该装置将五角形钢片通过钢丝绳的一次变向与竖向设置的光栅尺相连，其中钢丝线途经多个滑块，试验中采用L形聚四氟乙烯管作为保护通道。该装置有下述明显缺陷：(1)测量关键仪器-光栅尺为竖向设置，而光栅尺的测量通过指示光栅的位置移动来测量位移的变化，竖向安装的光栅尺由于重力作用，会极大影响指示光栅的移动，这导致测量结果的准确性及可信度严重下降。(2)钢丝绳在传递位移过程中除了接触滑轮，还接触多个滑块，接触多个滑块在传递过程中增加了摩擦几率，对监测数据影响严重。(3)五角形微型测量锚头，伸展范围较大，对挖掘面土体有较强锚固作用，使挤出变形更加困难。(4)试验中采用的L形通道，横向的聚四氟乙烯管对挖掘面前方土体有加固效应，影响了挖掘面的挤出变形。(5)钢丝绳伸出L形下部通道时，钢丝绳周围没有保护或减摩措施，使钢丝绳运动时受较大阻力，严重影响测量效果。(6)装置设计较复杂，实施较费时费力。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测量形式明确有效、制作简单、成本低廉、测量精度高、占用空间少的测量隧道掌子面挤出变形的试验装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，通过将隧道监测断面的横向挤出位移转化为光栅尺位移并测量，该装置包括：

模型试验箱：该试验箱为一顶部开口的箱体，内部填充模型土体，箱体侧壁下部还开设有一开挖实验口；

位移测量装置：包括依次连接的挤出变形感应头、钢丝线和光栅尺位移传感器，所述的挤出变形感应头埋设在与开挖实验口的开挖方向正对的模型土体内，所述的光栅尺位移传感器固定在箱体顶部的水平台上；

位移传递通道：套设在钢丝线外部，用以避免模型土体对钢丝线的干扰，包括埋设在模型土体内且依次连接的横向塑料细管、PVC弯管接头和竖向PVC管，所述的竖向PVC管的上端伸出模型土体。

所述的钢丝线呈Z字形，并且通过安装在模型试验箱后侧壁上的上导轮和下导轮改变方向，包括水平设置的上段、竖直设置的中段和水平设置的下段，所述的竖向PVC管套设在中段外部，所述的横向塑料细管套设在下段外部。

所述的PVC弯管接头为一直角弯管，上端口与竖向PVC管套接，下端口封闭，并在封闭面上开设与横向塑料细管连接的小孔。

所述的下导轮通过穿孔设置在PVC弯管接头内部，且不与PVC弯管接头的内壁接触。

所述的挤出变形感应头为一圆形金属片，其背面中心处开孔并且通过热熔胶与钢丝线下段连接，正面光滑且与开挖方向正对。

所述的挤出变形感应头与钢丝线下段保持垂直。

所述的横向塑料细管内部涂油。

所述的竖向PVC管通过PVC管固定块固定在模型试验箱后侧壁上。

所述的PVC管固定块设有三个，其中一个设置在竖向PVC管的长度中点，能够更好的固定竖向PVC管。

所述的光栅尺位移传感器采用WTB5-0100光栅尺。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、测量形式明确有效：本实用新型通过将钢丝绳两次变向将模型土中开挖时掌子面前方的挤出变形转化为易于光栅尺量测的水平位移。

二、测量精度高：本实用新型的光栅尺采用WTB5-0100光栅尺，其分辨率为0.005mm，经模型试验实际使用，本装置测量精度可达0.01mm。

三、试验装置制作简单、成本低廉：所用材料易于购买。

四、试验装置占用空间少：埋设紧贴试验箱后壁，最大限度地减少了试验装置对试验土体的加固效应，经实际试验使用取得了满意的效果。该装置是类似试验的推荐选择。

附图说明

图1为实施例中试验装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的下导轮的结构示意图。

图3为本实用新型实施例的挤出变形感应头的结构示意图。

其中，1、光栅尺位移传感器，2、钢丝线，3、上导轮，4、模型土体，5、模型试验箱，6、PVC管固定块，7、竖向PVC管，8、PVC弯管接头，9、下导轮，10、横向塑料细管，11、挤出变形感应头，12、开挖方向。

图4为背景技术中的试验装置结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

实施例：

图1所示，图为本实用新型所涉及的一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置及应用场景示意图，包括一个模型试验箱5、模型土体4和土体的开挖方向12，在土体开挖方向12正前方埋设微型挤出变形感应头11，挤出变形感应头11连接钢丝线2，钢丝线2进入PVC弯管接头8通过下导轮9，变为竖向进入竖向PVC管7，到达模型试验箱5顶部的上导轮3，变为水平方向连接到光栅尺位移传感器1上。钢丝线2在微型挤出变形感应头11和PVC弯管接头8下部口之间的部分有横向塑料细管10作保护套，以减少试验土体4对量测效果影响。钢丝线2在下导轮9和上导轮装置3之间，保持垂直度；钢丝线2在上导轮3和光栅尺位移传感器1之间保持水平等措施，降低了装置的测量误差，竖向PVC管7通过PVC管固定块6安装在模型试验箱5的后壁上，对模型试验的影响亦是降低至最小。

在模型土体4开挖距微型挤出变形感应头11一定范围内，掌子面前方土体发生挤出变形，引起感应头11的同向移动，同时带动钢丝线2移动，通过钢丝线2位移传递到末端光栅尺位移传感器1处，从而量测并记录变形值。位移在传递过程中，钢丝线2的“横平竖直”布置、横向塑料细管10内壁涂抹润滑油等措施最大限度的减少了传递阻力和测量精度。

如图2所示，下导轮9由固定轴91和滑轮92构成，且滑轮92位于固定轴91中间，固定轴91通过钻孔，埋设至弯管接头8的弯曲中部。

横向塑料细管10埋设时内壁均匀涂抹润滑油以减少摩擦，且钢丝线2测量前调试拉紧时，横向塑料细管10平行于隧道开挖方向12，垂直于弯管接头8下口，亦垂直于微型挤出变形感应头11，保证测量的可靠性。

如图3所示，挤出变形感应头11通过热熔胶将钻孔的微型圆状金属片与钢丝线2固定连接，且保持固定后钢丝线2垂直于金属片，另金属片硬度不应太小。

本实用新型的一般使用方法如下：

1.实验前装置准备。先将下导轮9安装入PVC弯管接头8中部，如图2所示，并将PVC弯管接头8下口封闭，只留一孔，同时用热熔胶把钢丝线2和挤出变形感应头11垂直连接固定，将钢丝线2穿过横向塑料细管10至挤出变形感应头11处，并在横向塑料细管10与钢丝绳2接触部分涂抹润滑油，以减少摩擦。

2.再将钢丝线2穿过PVC弯管接头8和下导轮9，同时竖向PVC管7套入PVC弯管接头8，再将钢丝绳2穿过竖向PVC管7，后根据模型试验隧洞开挖位置，将竖向PVC管7通过PVC管固定块6安装在模型试验箱5后壁上的适当位置，钢丝线2通过上导轮3，水平地与光栅尺1连接，拉紧钢丝线2，调整下导轮9使钢丝绳2下部横向部分达到水平，调整下导轮9和上导轮3，使钢丝绳2中部竖向部分达到竖直；调整上导轮3和光栅尺1，使钢丝绳2上部横向部分达到水平，挤出变形的测量装置预安装完毕。

3.在模型土体4填埋前，详细标记好竖向PVC管7的安装位置，解除钢丝绳2与光栅尺1的连接，竖向PVC管7的PVC管固定块6，将测量装置整体移走，减少填埋土体4时，对测量装置的损坏和影响，保证测量精度。

4.往试验模型箱5内分层填埋模型土体4，每层压实并用环刀取样检验土体参数。当模型土体4到达预定标高时，将测量装置整体通过PVC管固定块6安装在模型试验箱5后壁上的标记位置，连接光栅尺1，并拉紧钢丝线2，继续填埋土体 4时，保持横向塑料细管10与开挖方向12平行，挤出变形感应头11垂直面向开挖方向12。

5.直至模型土体4填埋至设计高度。静置一天后开始隧洞开挖并测量。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，通过将隧道监测断面的横向挤出位移转化为光栅尺位移并测量，其特征在于，该装置包括：

模型试验箱(5)：该试验箱为一顶部开口的箱体，内部填充模型土体(4)，箱体侧壁下部还开设有一开挖实验口；

位移测量装置：包括依次连接的挤出变形感应头(11)、钢丝线(2)和光栅尺位移传感器(1)，所述的挤出变形感应头(11)埋设在与开挖实验口的开挖方向(12)正对的模型土体(4)内，所述的光栅尺位移传感器(1)固定在箱体顶部的水平台上；

位移传递通道：套设在钢丝线(2)外部，用以避免模型土体(4)对钢丝线(2)的干扰，包括埋设在模型土体(4)内且依次连接的横向塑料细管(10)、PVC弯管接头(8)和竖向PVC管(7)，所述的竖向PVC管(7)的上端伸出模型土体(4)。

2.根据权利要求1所述的一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，其特征在于，所述的钢丝线(2)呈Z字形，并且通过安装在模型试验箱(5)后侧壁上的上导轮(3)和下导轮(9)改变方向，包括水平设置的上段、竖直设置的中段和水平设置的下段，所述的竖向PVC管(7)套设在中段外部，所述的横向塑料细管(10)套设在下段外部。

3.根据权利要求1所述的一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，其特征在于，所述的PVC弯管接头(8)为一直角弯管，上端口与竖向PVC管(7)套接，下端口封闭，并在封闭面上开设与横向塑料细管(10)连接的小孔。

4.根据权利要求2所述的一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，其特征在于，所述的下导轮(9)通过穿孔设置在PVC弯管接头(8)内部，且不与PVC弯管接头(8)的内壁接触。

5.根据权利要求1所述的一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，其特征在于，所述的挤出变形感应头(11)为一圆形金属片，其背面中心处开孔并且通过热熔胶与钢丝线(2)下段连接，正面光滑且与开挖方向(12)正对。

6.根据权利要求5所述的一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，其特征在于，所述的挤出变形感应头(11)与钢丝线(2)下段保持垂直。

7.根据权利要求1所述的一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，其特征在于，所述的横向塑料细管(10)内部涂油。

8.根据权利要求1所述的一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，其特征在于，所述的竖向PVC管(7)通过PVC管固定块(6)固定在模型试验箱(5)后侧壁上。

9.根据权利要求8所述的一种测量隧道掌子面挤出变形的试验装置，其特征在于，所述的PVC管固定块(6)设有三个，其中一个设置在竖向PVC管(7)的长度中点。