CN220581048U - 一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，包括前板、后板、第一侧板、第二侧板、底板、加压单元和加热单元。前板、后板、第一侧板、第二侧板和底板共同形成一个顶部开口的矩形框体以容纳混凝土。加压单元驱动前板相对于后板移动以对矩形框体中的混凝土进行加压，并通过加热单元对矩形框体中的混凝土进行加热来实现热力耦合。本实用新型能够模拟地温隧道衬砌混凝土养护龄期内的热‑力耦合复杂养护环境，解决了现有试验装置无法考虑实现混凝土早龄期的热‑力耦合养护状态的问题，为真实、精准地分析高地温隧道衬砌混凝土性能及演化规律提供了支撑和依据。

Description

一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置

技术领域

本实用新型涉及高地温隧道工程建设领域，特别涉及一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置。

背景技术

随着基础设施建设的发展，在工程建设中，长大、深埋、穿越地质构造活跃地区的隧道越来越多，遇到高地温的情况也越来越多。高地温深埋环境下导致隧道衬砌结构处于热-力耦合的建设环境，对隧道衬砌结构具有不同程度热-力耦合损伤效应。同时，建设期的热力耦合养护环境产生的材料劣损初始效应直接影响衬砌结构的长期服役寿命。

目前虽然也有部分用于高地温隧洞的模拟试验装置，可以实现模拟高地温环境下不同温度对岩石-混凝土界面变形情况，温度变化作用对支护结构温度场等变化规律研究。但实际上，高地温隧道衬砌施作期间长期处于热力耦合的承载的状态，而现有试验装置无法考虑高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护环境，模拟高温隧道衬砌混凝土不同梯度温度养护条件下的材料性能变化。

因此，针对隧道衬砌结构在热力耦合实际养护条件的热力损伤劣化机理研究，研制一种符合现场实际承载条件的混凝土材料养护环境模拟的装置，已成为便于规模性地开展混凝土材料试验研究的必须。

发明内容

为了解决目前缺少对于热力耦合实际养护条件下热力损伤劣化机理研究的试验装置，本实用新型提供一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，能够通过装置的加载模块来模拟隧道衬砌在热力耦合条件下的施工养护环境，通过控制试模的加荷、持荷能力，并放置在加热单元上实现不同荷载、不同温度作用下的材料养护。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是，

一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，包括前板1、后板2、第一侧板3、第二侧板10、底板5、加压单元和加热单元。

所述的前板1和后板2互相平行设置。所述的第一侧板3和第二侧板10平行地设置于前板1和后板2之间且与前板1和后板2垂直，所述的底板5通过底板固定单元固定于后板2、第一侧板3和第二侧板10的底部，从而共同形成一个顶部开口的矩形框体以容纳混凝土。

所述的加压单元的两端分别连接前板1和后板2，且加压单元处于矩形框体外，从而能够驱动前板1相对于后板2移动以对矩形框体中的混凝土进行加压，加热单元对矩形框体中的混凝土进行加热。

所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，所述的前板1和后板2上分别开有两个侧板孔16。所述的第一侧板3和第二侧板10均在两端设有与侧板孔16相匹配的突起，并通过将突起穿入至侧板孔16中来将第一侧板3和第二侧板10连接到前板1和后板2之间。

所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，所述的加压单元包括至少一根加压螺杆8和用于旋入至同一根加压螺杆两端的一对加压螺母。所述的前板1和后板2上还分别开有与加压螺杆数量相匹配的螺杆孔17，所述的螺杆孔17处于侧板孔16外侧从而使加压螺杆处于矩形框体外。所述的加压螺杆同时穿过前板1和后板2上的螺杆孔17。所述的一对加压螺母分别旋入至加压螺杆的两端，并通过旋紧加压螺母来使前板1朝向后板2运动以对矩形框体中的混凝土进行加压。

所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，所述的底板固定单元包括固定于后板2、第一侧板3和第二侧板10底部的边条、多个竖直固定于底板上的固定螺杆11和数量与固定螺杆相同的固定螺母。所述的边条为与底板平行的朝向矩形框体外延伸的长条，从而使后板2、第一侧板3和第二侧板10的截面呈“L”形，且边条上设有与底板5上固定螺杆相匹配的固定孔。所述的多个固定螺杆分别穿过对应的固定孔，并由固定螺母旋入至固定螺杆中从而使底板5固定于后板2、第一侧板3和第二侧板10的底部。

所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，所述的后板2底部的边条上还设有至少一块加强块12，所述的加强块12包括两个互相垂直的侧壁，所述的两个侧壁分别固定于后板2和后板2底部的边条上，以使后板与后板2底部的边条维持互相垂直。

所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，还包括设置于矩形框体内的隔板4，所述的隔板4包括至少一块与侧板平行的纵向板13和至少一块与后板2平行的横向板14，所述的纵向板13和横向板14交叉连接设置，从而将矩形框体内部分隔为多个相对独立的空间。所述的后板上设有数量与纵向板13相等并用于容纳纵向板13端部的后板凹槽，所述的第一侧板3和第二侧板10上设有数量与横向板14相等并用于容纳横向板14端部的侧板凹槽。所述的侧板凹槽的宽度大于横向板14的厚度，所述的后板凹槽的深度不小于侧板凹槽的宽度。

所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，还包括压力传感器6、传感器固定板7和反力板15。所述的传感器固定板7设置于前板1的一侧并处于矩形框体内，且宽度与第一侧板3和第二侧板10之间的间距相同。所述的压力传感器6设置于前板1和传感器固定板7之间，且一端接触传感器固定板7，另一端接触前板1。所述的反力板15的形状与横向板14相同，并固定于纵向板13的端部且接触传感器固定板7未设置压力传感器6的一侧，第一侧板3和第二侧板10上设有用于容纳反力板15端部的反力板凹槽。

所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，所述的传感器固定板7上设有与压力传感器6的大小相匹配的盲孔，所述的压力传感器6嵌入至盲孔内。

所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，所述的侧板凹槽、后板凹槽和反力板凹槽内均填充有软质材料垫9。

所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，所述的加热单元为能够容纳整个矩形框体的发热炉体。

本实用新型的技术效果在于，本实用新型能够模拟地温隧道衬砌混凝土养护龄期内的热-力耦合复杂养护环境，解决了现有试验装置无法考虑实现混凝土早龄期的热-力耦合养护状态的问题，为真实、精准地分析高地温隧道衬砌混凝土性能及演化规律提供了支撑和依据。

下面结合附图对本实用新型作出进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的前板示意图。

图3为本实用新型的后板示意图。

图4为本实用新型的第一侧板示意图。

图5为本实用新型的隔板示意图。

图6为本实用新型的底板示意图。

图7为本实用新型的传感器固定板示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型实施例的技术方案进行进一步描述，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得所有实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1-7，本实施例包括前板1、后板2、第一侧板3、第二侧板10、底板5、加压单元和加热单元。其中加热单元未在图1中绘出，本实施例中的加热单元采用的是能够容纳整个矩形框体的发热炉体，发热炉体采用内壁设置发热电阻丝来进行加热，实际使用中可控制六面内壁中的其中一面或多面发热。在具体使用时，也可采用如可控温电炉等其他发热源来进行单面或多面加热，可根据实际使用条件或试验要求进行选择。

本实施例中的前板1和后板2互相平行设置。第一侧板3和第二侧板10平行地设置于前板1和后板2之间且与前板1和后板2垂直，底板5通过底板固定单元固定于后板2、第一侧板3和第二侧板10的底部，从而共同形成一个顶部开口的矩形框体以容纳混凝土。其中本实施例的前板1和后板2上分别开有两个侧板孔16。第一侧板3和第二侧板10均在两端设有与侧板孔16相匹配的突起，并通过将突起穿入至侧板孔16中来将第一侧板3和第二侧板10连接到前板1和后板2之间。其中突起的高度要小于第一侧板3和第二侧板10的高度。

本实施例的底板固定单元包括固定于后板2、第一侧板3和第二侧板10底部的边条、多个竖直固定于底板上的固定螺杆11和数量与固定螺杆相同的固定螺母。边条为与底板平行的朝向矩形框体外延伸的长条，从而使后板2、第一侧板3和第二侧板10的截面呈“L”形，且边条上设有与底板5上固定螺杆相匹配的固定孔。多个固定螺杆分别穿过对应的固定孔，并由固定螺母旋入至固定螺杆中从而使底板5固定于后板2、第一侧板3和第二侧板10的底部。在本实施例中，底板5在其对应后板2、第一侧板3和第二侧板10的边条处一共设有8个竖直的固定螺杆，其中后板2的边条处设有两个固定螺杆，并与后板2的边条上的两个固定孔对应，第一侧板3和第二侧板10处则是分别设有三个固定螺杆来与边条上的三个固定孔对应。在实际使用时也可根据具体需要设置更多或者更少的固定螺杆及对应的固定孔来进行固定。

本实施例的加压单元的两端分别连接前板1和后板2，且加压单元处于矩形框体外，从而能够驱动前板1相对于后板2移动以对矩形框体中的混凝土进行加压，并通过加热单元对矩形框体中的混凝土进行加热，以实现热力耦合。其中本实施例的加压单元包括两根加压螺杆8，每根加压螺杆都配有用于旋入至这一根加压螺杆两端的一对加压螺母。前板1和后板2上还分别开有两个螺杆孔17，如图2和图3所示，螺杆孔17处于侧板孔16外侧从而使加压螺杆处于矩形框体外。加压螺杆同时穿过前板1和后板2上的螺杆孔17。一对加压螺母分别旋入至加压螺杆的两端，并通过旋紧加压螺母来使前板1朝向后板2运动以对矩形框体中的混凝土进行加压。在具体使用时可根据需要来调整加压螺杆的数量以及相匹配的螺杆孔17数量。

为了防止在加压时后板出现变形，本实施例的后板2底部的边条上还设有两块加强块12，其中加强块12包括两个互相垂直的侧壁，两个侧壁分别固定于后板2和后板2底部的边条上，以使后板与后板2底部的边条维持互相垂直。

为了制作各种不同大小的试块以符合试验要求，本实施例还包括设置于矩形框体内的隔板4，隔板4包括至少一块与侧板平行的纵向板13和至少一块与后板2平行的横向板14，纵向板13和横向板14交叉连接设置，从而将矩形框体内部分隔为多个相对独立的空间。后板上设有数量与纵向板13相等并用于容纳纵向板13端部的后板凹槽，第一侧板3和第二侧板10上设有数量与横向板14相等并用于容纳横向板14端部的侧板凹槽。其中侧板凹槽的宽度大于横向板14的厚度，后板凹槽的深度不小于侧板凹槽的宽度，从而使隔板能够在各凹槽内具有一定的移动空间以避免对混凝土施加的压力被隔板承担。

为了监测压力的大小，本实施例还包括压力传感器6、传感器固定板7和反力板15。传感器固定板7设置于前板1的一侧并处于矩形框体内，且宽度与第一侧板3和第二侧板10之间的间距相同。压力传感器6设置于前板1和传感器固定板7之间，且一端接触传感器固定板7，另一端接触前板1。反力板15的形状与横向板14相同，并固定于纵向板13的端部且接触传感器固定板7未设置压力传感器6的一侧，第一侧板3和第二侧板10上设有用于容纳反力板15端部的反力板凹槽。其中传感器固定板7上设有与压力传感器6的大小相匹配的盲孔，压力传感器6嵌入至盲孔内以进行更好的固定。

为了使隔板能够相对稳定地固定，同时又能够让隔板具有一定的位移能力，本实施例的侧板凹槽、后板凹槽和反力板凹槽内均填充有软质材料垫9。本实施例中采用的是橡胶垫，根据需要也可采用其他材料来制作软质材料垫9。

在具体使用时，可参考以下步骤来实现高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护：

(1)模具快速组装与预紧。

首先准备隔板，然后将橡胶垫粘连到用于固定隔板的各个凹槽内，或者直接粘连到隔板的端部。

然后进行快速组装，将后板2、侧板3及隔板4进行快速组装，确保隔板4完全嵌入到后板2与侧板3的凹槽内后，整体放置于底板5上，并进行固定螺栓的对孔安装，使其形成整体结构。

再安装传感器，安装传感器前首先需要将前板1快速安装，并通过预紧螺杆8进行限位，并将压力传感器安装在传感器固定板7上，置于隔板4与前板1之间预留空间位置。调整预紧螺杆8两端螺帽，两根螺杆预紧速度一致，以旋紧丝扣数量作为参考，直到压力传感器出现预紧力。从而完成快速组装与预紧。

(2)材料拌合与注模。

材料浇筑前将脱模剂均匀的刷涂在整个矩形框体的内壁上，将拌合好的混凝土材料按照试验规范进行注模，材料的浇筑采用两次浇筑，浇筑的高度为距离模具顶部1～2公分，并使用小型振动泵振捣，然后浇筑至试模顶部，利用振捣细棍人工振捣后抹平后置于养护箱内，进入养护状态。

(3)热力耦合。

注模后的试样在养护箱内养护后，通过拧前板侧的螺栓，将养护的初始荷载边界条件施加到设定数值，根据试验条件的设定，在不同的硬化龄期内施加预定荷载。并对试块进行加热。

(4)试样制样。

试块达到养护龄期后，将试块取出，检查试样的尺寸公差，根据需要对制取的试样上、下表面打磨，直至试样尺寸与精度要求。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，其特征在于，包括前板(1)、后板(2)、第一侧板(3)、第二侧板(10)、底板(5)、加压单元和加热单元；

所述的前板(1)和后板(2)互相平行设置；所述的第一侧板(3)和第二侧板(10)平行地设置于前板(1)和后板(2)之间且与前板(1)和后板(2)垂直，所述的底板(5)通过底板固定单元固定于后板(2)、第一侧板(3)和第二侧板(10)的底部，从而共同形成一个顶部开口的矩形框体以容纳混凝土；

所述的加压单元的两端分别连接前板(1)和后板(2)，且加压单元处于矩形框体外，从而能够驱动前板(1)相对于后板(2)移动以对矩形框体中的混凝土进行加压，加热单元对矩形框体中的混凝土进行加热。

2.根据权利要求1所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，其特征在于，所述的前板(1)和后板(2)上分别开有两个侧板孔(16)；所述的第一侧板(3)和第二侧板(10)均在两端设有与侧板孔(16)相匹配的突起，并通过将突起穿入至侧板孔(16)中来将第一侧板(3)和第二侧板(10)连接到前板(1)和后板(2)之间。

3.根据权利要求2所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，其特征在于，所述的加压单元包括至少一根加压螺杆(8)和用于旋入至同一根加压螺杆两端的一对加压螺母；所述的前板(1)和后板(2)上还分别开有与加压螺杆数量相匹配的螺杆孔(17)，所述的螺杆孔(17)处于侧板孔(16)外侧从而使加压螺杆处于矩形框体外；所述的加压螺杆同时穿过前板(1)和后板(2)上的螺杆孔(17)；所述的一对加压螺母分别旋入至加压螺杆的两端，并通过旋紧加压螺母来使前板(1)朝向后板(2)运动以对矩形框体中的混凝土进行加压。

4.根据权利要求1所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，其特征在于，所述的底板固定单元包括固定于后板(2)、第一侧板(3)和第二侧板(10)底部的边条、多个竖直固定于底板上的固定螺杆(11)和数量与固定螺杆相同的固定螺母；所述的边条为与底板平行的朝向矩形框体外延伸的长条，从而使后板(2)、第一侧板(3)和第二侧板(10)的截面呈“L”形，且边条上设有与底板(5)上固定螺杆相匹配的固定孔；所述的多个固定螺杆分别穿过对应的固定孔，并由固定螺母旋入至固定螺杆中从而使底板(5)固定于后板(2)、第一侧板(3)和第二侧板(10)的底部。

5.根据权利要求4所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，其特征在于，所述的后板(2)底部的边条上还设有至少一块加强块(12)，所述的加强块(12)包括两个互相垂直的侧壁，所述的两个侧壁分别固定于后板(2)和后板(2)底部的边条上，以使后板与后板(2)底部的边条维持互相垂直。

6.根据权利要求1所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，其特征在于，还包括设置于矩形框体内的隔板(4)，所述的隔板(4)包括至少一块与侧板平行的纵向板(13)和至少一块与后板(2)平行的横向板(14)，所述的纵向板(13)和横向板(14)交叉连接设置，从而将矩形框体内部分隔为多个相对独立的空间；所述的后板上设有数量与纵向板(13)相等并用于容纳纵向板(13)端部的后板凹槽，所述的第一侧板(3)和第二侧板(10)上设有数量与横向板(14)相等并用于容纳横向板(14)端部的侧板凹槽；所述的侧板凹槽的宽度大于横向板(14)的厚度，所述的后板凹槽的深度不小于侧板凹槽的宽度。

7.根据权利要求6所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，其特征在于，还包括压力传感器(6)、传感器固定板(7)和反力板(15)；所述的传感器固定板(7)设置于前板(1)的一侧并处于矩形框体内，且宽度与第一侧板(3)和第二侧板(10)之间的间距相同；所述的压力传感器(6)设置于前板(1)和传感器固定板(7)之间，且一端接触传感器固定板(7)，另一端接触前板(1)；所述的反力板(15)的形状与横向板(14)相同，并固定于纵向板(13)的端部且接触传感器固定板(7)未设置压力传感器(6)的一侧，第一侧板(3)和第二侧板(10)上设有用于容纳反力板(15)端部的反力板凹槽。

8.根据权利要求7所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，其特征在于，所述的传感器固定板(7)上设有与压力传感器(6)的大小相匹配的盲孔，所述的压力传感器(6)嵌入至盲孔内。

9.根据权利要求7所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，其特征在于，所述的侧板凹槽、后板凹槽和反力板凹槽内均填充有软质材料垫(9)。

10.根据权利要求7所述的一种高地温隧道衬砌混凝土热力耦合养护装置，其特征在于，所述的加热单元为能够容纳整个矩形框体的发热炉体。