CN211825464U - 一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置，包括反力钢架、盾构隧道和支撑所述盾构隧道的滑动支架，盾构隧道包括多个通过横向连接螺栓沿前后方向首尾顺次连接的管片环，每一个管片环均包括通过环向连接螺栓沿周向顺次连接的隧道管片，滑动支架包括能够左右移动的梯形钢支托，梯形钢支托的下侧设置有滑轮，反力钢架包括位于所述隧道管片上侧的水平反力钢架，盾构隧道与所述水平反力钢架之间设置有用于向对应管片环施加朝下方向作用力的错台液压缸。本实用新型提供了一种可以模拟真实隧道管片并能够产生人为指定错台量的一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及盾构隧道工程领域中一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置。
背景技术
在导致隧道结构病害的诸多因素中，衬砌结构接缝处变形过大是主要成因之一。盾构隧道结构病害与变形密不可分，把握隧道变形规律和分布特征，熟知隧道结构受力特点和损伤后的劣化机理，无论对于优化设计还是修复加固都有着重要的意义。盾构隧道结构是由许多不同型号的管片拼装而成，各管片之间依靠螺栓连接。大量的接缝使得其结构的整体刚度被削弱，同时也是其受力和变形越发复杂，尽管目前国内外对衬砌结构受力进行了大量研究，但是仍没有能够综合结构空间受力和变形特征的计算模型。本方案提供了一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置，通过该试验系统完成相应的试验内容，为盾构隧道结构空间受力和变形特征的计算模型提供科学合理的依据，最重要的是可以为未来大量隧道维护和修复设计与施工提供理论指导。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可以模拟真实隧道管片并能够产生人为指定错台量的一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置，包括反力钢架、盾构隧道和支撑所述盾构隧道的滑动支架，盾构隧道包括多个通过横向连接螺栓沿前后方向首尾顺次连接的管片环，每一个管片环均包括通过环向连接螺栓沿周向顺次连接的隧道管片，滑动支架包括能够左右移动的梯形钢支托，梯形钢支托的下侧设置有滑轮，反力钢架包括位于所述隧道管片上侧的水平反力钢架，盾构隧道与所述水平反力钢架之间设置有用于向对应管片环施加朝下方向作用力的错台液压缸。
所述错台液压缸的前侧和/或后侧均有至少一个所述管片环为试验管片环，试验管片环中的各隧道管片的内部于同一截面处设置有内侧混凝土应变计和外侧混凝土应变计。
试验管片环的隧道管片包括钢筋骨架和与钢筋骨架浇筑成整体结构的混凝土管片本体，内侧混凝土应变计和外侧混凝土应变计固定于所述钢筋骨架上，并随所述钢筋骨架与所述混凝土管片本体浇筑成整体结构。
所述水平反力钢架为长度沿前后方向延伸的纵梁结构，反力钢架还包括设置于水平反力钢架前端和后端的竖向反力钢架，竖向反力钢架和水平反力钢架构成门型结构。
所述错台液压缸与反力钢架、盾构隧道独立设置。
所述盾构隧道的左右两侧设置有用于检测对应管片环椭圆度的激光位移传感器。
竖向反力钢架上设置有用于向盾构隧道前端施加朝后方向作用力的横向液压缸。
错台液压缸沿前后方向导向移动装配于水平反力钢架上。
本实用新型的有益效果为：使用时，先放置滑动支架，在滑动支架上，通过横向连接螺栓和环向连接螺栓完成对盾构隧道的拼装，然后通过错台千斤顶向对应的管片环施加朝下方向的作用力，抽离各管片环下侧的滑动支架，抽离滑动支架后，滑动支架与管片环的底部之间形成变形间隙，在错台千斤顶的加载作用下，盾构隧道会以千斤顶下侧的管片环为中心产生错台变形，相邻两个管片环之间的环缝和每个管片环中的相邻隧道管片之间的纵缝变形形态可以直观的显示出来，而错台量则可以由错台千斤顶控制，从而实现人为对错台量的控制。
附图说明
图1是本实用新型的实施例的结构示意图；
图2是图1中盾构隧道与千斤顶和滑动支架的配合示意图；
图3是图1钢筋混凝土平板底座的结构示意图；
图4是图1中错台千斤顶的结构示意图；
图5是图4中工字形承压钢板与滑轮的配合示意图；
图6是图4中标准管片的结构示意图；
图7是本实用新型一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置的盾构隧道错台过程图。
具体实施方式
一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置的实施例1如图1～7所示：包括反力钢架5、盾构隧道1和滑动支架4。盾构隧道1包括多个沿前后方向通过横向连接螺栓17首尾顺次连接的管片环2，每一个管片环均包括多个通过环向连接螺栓16沿周向顺次连接的隧道管片，两个管片环2之间形成环缝，同一个管片环中的相邻两个隧道管片之间形成纵缝。每个管片环中的一个隧道管片为封口管片14，其余的隧道管片为周向长度一致的标准管片15，封口管片的周向长度小于标准管片的周向长度。图1中仅在其中两个相邻的管片环之间标出了横向连接螺栓和环向连接螺栓。
滑动支架4由滑轮30与梯形钢支托组成，滑轮30安装在梯形钢支托下面，与底座滑槽8接触，可以沿滑槽水平移动。用栓钉销于带有预留孔31的钢筋混凝土平板底座9 上。滑动支架支撑着隧道管片1，每一对滑动支架分别布设于对应隧道管片的左右两侧，左侧的滑动支架可以由隧道管片左侧抽离，右侧的滑动支架可以由隧道管片右侧抽离，在滑动支架抽离后，对应的管片环与反力支架底座之间会形成变形间隙。
反力钢架5包括竖向反力钢架6和水平反力钢架7，水平反力钢架为长度沿前后方向延伸的纵梁结构，其正下方为U型滑槽12，工字形承压钢板23上安装有滑轮28，滑轮可以沿滑槽水平移动，在工字形承压钢板中心预留有1个螺栓孔，采用螺栓可以将错台千斤顶11与工字形承压钢板相连在一起；在工字形承压钢板周边预留有4个螺栓孔，采用螺栓可以将工字形承压钢板固定在水平反力钢架上，以确保竖向加载时错台千斤顶不会水平移动；错台千斤顶由液压千斤顶和伺服系统组成，千斤顶数量和量程根据原型试验需求而定，伺服系统可以控制千斤顶顶进实现竖向加载。
本实施例中错台千斤顶11的后侧有四个管片环为试验管片环，四个管片环距离错台千斤顶11的前后距离不同，试验管片环24的隧道管片包括轴线沿前后方向延伸的弧形的混凝土管片本体25，混凝土管片本体内设有与混凝土管片本体浇筑成整体结构的钢筋骨架，钢筋骨架包括多条沿前后方向延伸的轴向钢筋和多条沿混凝土管片本体周向延伸的周向钢筋。试验管片环中的各隧道管片的内部于同一横截面处设置有内侧混凝土应变计26-2和外侧混凝土应变计26-1，外侧混凝土应变计26-1置于内侧混凝土应变计26-2的径向外侧，一个内侧混凝土应变计和一个外侧混凝土应变计形成一组。本实施例中，内侧混凝土应变计 26-2、外侧混凝土应变计26-1均固定于钢筋骨架上，混凝土管片本体25与钢筋骨架、内侧混凝土应变计26-2、外侧混凝土应变计26-1浇筑成整体结构。
根据公式换算相应位置处的轴力N，
根据公式换算相应位置处的弯矩M，
其中E为混凝土弹性模量，A为试验管片环的隧道管片的截面面积，I为试验管片环的隧道管片的惯性矩，d为内侧混凝土应变计、外侧混凝土应变计之间的间距，ε1表示内侧混凝土应变计的示值，ε2表示外侧混凝土应变计的示值。
竖向反力钢架设置有用于向盾构隧道前端施加朝后方向作用力的横向千斤顶10。横向千斤顶连接圆形承压钢板3。支撑架底座纵轴线方向设置有用于检测对应隧道管片的底部沉降位移的底部位移传感器18，顶部反力梁上设置有用于检测对应隧道管片的顶部沉降位移的顶部位移传感器20。盾构隧道的左右两侧设置有用于检测对应隧道管片椭圆度的激光位移传感器19。
本实用新型中的一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置可以完成以下试验：在保持千斤顶加载量不变的情况下，以千斤顶下侧的管片环为中心，依次对称撤出两侧管片环下侧的支撑垫块，在千斤顶作用下，盾构隧道产生纵向不均匀变形。轴向千斤顶对盾构隧道尾端挡止，模拟土层阻力，轴向千斤顶对盾构隧道前端加载，模拟盾构机的顶推千斤顶，错台千斤顶加载，直至盾构隧道产生错台变形，可以模拟盾构机的顶推千斤顶的顶推力对管片环错台的影响，对横向螺连接螺栓施加预紧力，可以研究螺栓预紧力对管片环错台的影响。
在本实用新型的其它实施例中：试验管片环的个数也可以根据需要进行设置，比如说一个、两个或其它个数；也可以在错台千斤顶的两侧有试验管片环；每个管片环也可以仅对应一对滑动支架；每个实试验管片环的隧道管片上的混凝土应变计也可以不止有一组，比如说两组或三组，各组分布于隧道管片的不同轴向位置上，以获得更多位置处的数据。
Claims (8)
1.一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置，其特征在于，包括反力钢架、盾构隧道和支撑所述盾构隧道的滑动支架，盾构隧道包括多个通过横向连接螺栓沿前后方向首尾顺次连接的管片环，每一个管片环均包括通过环向连接螺栓沿周向顺次连接的隧道管片，滑动支架包括能够左右移动的梯形钢支托，梯形钢支托的下侧设置有滑轮，反力钢架包括位于所述隧道管片上侧的水平反力钢架，盾构隧道与所述水平反力钢架之间设置有用于向对应管片环施加朝下方向作用力的错台液压缸。
2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置，其特征在于：所述错台液压缸的前侧和/或后侧均有至少一个所述管片环为试验管片环，试验管片环中的各隧道管片的内部于同一截面处设置有内侧混凝土应变计和外侧混凝土应变计。
3.根据权利要求2所述的一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置，其特征在于：试验管片环的隧道管片包括钢筋骨架和与钢筋骨架浇筑成整体结构的混凝土管片本体，内侧混凝土应变计和外侧混凝土应变计固定于所述钢筋骨架上，并随所述钢筋骨架与所述混凝土管片本体浇筑成整体结构。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置，其特征在于：所述水平反力钢架为长度沿前后方向延伸的纵梁结构，反力钢架还包括设置于水平反力钢架前端和后端的竖向反力钢架，竖向反力钢架和水平反力钢架构成门型结构。
5.根据权利要求4所述的一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置，其特征在于：所述错台液压缸与反力钢架、盾构隧道独立设置。
6.根据权利要求1所述的一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置，其特征在于：所述盾构隧道的左右两侧设置有用于检测对应管片环椭圆度的激光位移传感器。
7.根据权利要求4所述的一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置，其特征在于：竖向反力钢架上设置有用于向盾构隧道前端施加朝后方向作用力的横向液压缸。
8.根据权利要求1所述的一种盾构隧道管片环缝错台多功能试验装置，其特征在于：错台液压缸沿前后方向导向移动装配于水平反力钢架上。
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