[發明專利]一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法

有效

• 申請號: 200810045614.6
• 申請日: 2008-07-22
• 公開（公告）號: CN101319941A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 何川;封坤;晏啟祥;張志強;楊雄;何應道
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 成都博通專利事務所
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明涉及一種盾構隧道結構的室內模擬方法，尤其涉及一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法。

背景技術

海底、江底的水下盾構隧道結構在外靜水壓力作用下，其承受的水壓的分布形態為頂部小底部大的“燈泡”形狀，如圖3所示。在施工和運營期間，隧道承受的水壓變化非常大，加之目前隧道斷面大型化的趨勢，水下盾構隧道在施工期和運營期承受的非均勻水壓對隧道結構的作用不可忽略。通過模擬燈泡形水壓對隧道結構的作用和影響，能夠對水下盾構隧道結構的設計和施工給出科學可靠的試驗依據，以保證隧道的建設和營運安全。盾構隧道結構模型是對盾構隧道結構進行研究的一種有用方法，因此也需要研究盾構隧道結構模型在水壓作用下的表現。目前尚無有效方法能夠對隧道結構模型所受到的水壓進行模擬的方法，這就制約了水下盾構隧道的建設和應用。

發明內容

本發明的目的就是提供一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法，該方法實現了對盾構隧道結構模型在水壓下所受到的燈泡形水壓的模擬，可方便實現不同斷面結構形式盾構隧道在不同水位條件下的研究，為水下盾構隧道結構的設計和施工提供科學可靠的試驗依據，以保證隧道的建設和營運安全。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種盾構隧道結構模型的水壓模擬方法，其作法是：

A、布置均勻壓力加載裝置將盾構隧道的結構模型水平放置于地面，二條以上的環箍鋼絞線的一端固定在加力臺座的豎板上，另一端繞結構模型外表面一周后，固定在加力轉軸上，該加力轉軸穿過加力臺座的頂板和底板，加力轉軸的上端連接加力橫梁，環箍鋼絞線上串接測力計。

B、布置非均勻壓力加載裝置兩條絞線固定梁之間連接二條以上的長度為結構模型周長一半或接近一半的張拉鋼絞線，再將兩條絞線固定梁及張拉鋼絞線全部貼放于結構模型的表面的同一側，結構模型表面另一側的二個加力裝置分別通過加力鋼纜與對應的絞線固定梁相連，張拉鋼絞線上串接測力計。

C、測試儀器的布置將多個應變片貼放于盾構隧道的結構模型內、外表面上，多個位移計安裝于盾構隧道的結構模型的內表面。

D、壓力加載轉動加力橫梁帶動加力轉軸旋轉，旋緊環箍鋼絞線對結構模型施加壓力；同時，通過二個加力裝置對張位鋼絞線施以拉力，加力鋼繩沿加力裝置方向向兩側對稱張開，呈0°-60°夾角；獲取應變片、位移計的數據，送計算機進行處理。

本發明的工作原理和工作過程是：沿隧道結構模型外表面布設多組環箍鋼絞線，通過加力橫梁的轉動將環箍鋼絞線拉緊，而對結構模型外表面施加接觸壓力。由于環箍鋼絞線均勻地分布在結構外表面，因此對結構模型產生均勻分布的徑向壓力；同時，沿盾構隧道的結構模型外表面一側布設的半圓弧狀的多組張拉鋼絞線，當加力裝置對張拉鋼絞線從結構模型的另一側施加拉力時，由張拉鋼絞線的兩端部的拉力與該處的半徑方向夾角最大，作用在結構模型半徑方向上的徑向壓力最小；而從張拉鋼絞線的端部向中間逐步靠近，則其對結構模型的徑向壓力逐步增大，在張拉鋼絞線的中間部位，張拉鋼絞線對結構模型的徑向壓力達到最大值。因此，由環箍鋼絞線形成的對整個結構模型的均勻壓力與張拉鋼絞線形成的半圓弧狀張拉鋼絞線中間向兩端遞減的壓力的迭加，就在結構模型上產生了張拉鋼絞線部分壓力大、無張拉鋼絞線部分壓力小，呈燈泡形變化的壓力分布，這樣的壓力較好地模擬出結構模型在水下所受上小下大的壓力分布情況。通過環箍鋼絞線及張拉鋼絞線上串接的測力計可以讀出各自施力的大小；結構模型各處所受壓力及相關力學參數，則通過設置在結構模型表面的應變片、位移計分別測出結構模型的內力、結構模型的變形；這些數據再送計算機進行處理，即得到隧道結構模型在水壓作用下的力學性能參數值。

調整環箍鋼鉸線的拉緊度及張拉鋼鉸線的張拉角及張拉力，可以調整非均勻水壓力的量值，從而模擬出在不同水深處，結構模型所受到的水壓情況。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一、能對盾構隧道的結構模型施加燈泡形水壓，較真實地試驗測出環境水壓對隧道的結構模型的作用和影響，從而對水下盾構隧道結構的設計和施工給出更科學可靠的試驗依據，以保證隧道的建設和營運安全。

二、通過調整環箍鋼鉸線的拉緊度及張拉鋼絞線的張拉力張開角的調整，從而調整接觸壓力及其變化，進而對于結構模型的加載量值進行控制，模擬出在不同水位條件下的水壓對于結構模型的作用及影響，使本發明方法適用性強，可用于各種水下盾構隧道結構的試驗。