[實用新型]一種隧道掌子面約束壓力與擠出變形關系的試驗設備

有效

• 申請號: 201420255992.8
• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN203870102U
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 張志強;李化云;闞呈;陳禮明;盛越
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01B5/30
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本實用新型涉及一種隧道掌子面約束壓力與擠出變形關系試驗裝置及試驗方法。

背景技術

在隧道施工過程中，尤其是在軟弱圍巖的開挖中，掌子面(隧道的開挖面)的后方臨空、而前方受圍巖擠壓，失去平衡，掌子面會產生向后凸起的擠出變形。當擠出變形過大(大于經驗控制值7cm)時，會導致前方圍巖破壞，掌子面崩坍，隧道失穩，影響施工進程，甚至造成事故。為確保隧道快速安全施工，需保證掌子面穩定，通常通過在掌子面注漿、打錨桿、分部開挖-留核心土等方法來增加掌子面(后方)的約束壓力，以控制掌子面的擠出變形。目前的隧道施工中，掌子面的擠出變形與圍巖及其施加的約束壓力的關系靠經驗估計，也即打錨桿的數量、長度，注漿量的多少，留核心土的面積大多靠經驗得出；使得施加的約束壓力要么過大、增加不必要的施工成本，減低施工速度；要么約束壓力過小，不能有效保證掌子面的穩定，隧道施工的安全得不到保障。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種隧道掌子面的約束壓力與擠出變形關系的試驗設備，該設備能較準確地測試出不同圍巖條件下，隧道掌子面的約束壓力與隧道掌子面的擠出變形量的關系，從而為隧道的設計與施工提供可靠的試驗數據，在有效保證掌子面的穩定的前提下，降低施工成本，提高施工速度。

本實用新型實現其發明目的所采用的技術方案是，一種隧道掌子面約束壓力與擠出變形關系的試驗設備，其特征在于：

側壁與上蓋及底座密封嵌置構成圓筒狀的壓力室；所述的上蓋與底座的外側還通過拉桿螺紋連接，底座上表面中部的凹槽中固定有油缸，油缸的活塞向上伸入壓力室，油缸的進出油接頭穿出底座；上蓋的靠近側壁處設有排氣閥；上蓋底面中部的氣缸槽上密封嵌置有直徑小于油缸的氣缸筒，所述的氣缸槽設有穿出上蓋的通氣孔，氣缸筒的活塞連有位移測量桿，位移測量桿的上端伸出上蓋，且位移測量桿的上端與位移百分表相連；底座位于壓力室內腔與油缸之間的部位設有進水閥。

本實用新型的使用方法是：

A.將氣缸筒從上蓋氣缸槽中取出，然后將氣缸筒的氣缸槽以下部位預埋入隧道土中制樣，制得上部預埋氣缸筒的試樣，試樣的高度等于壓力室的高度，試樣直徑等于油缸的活塞直徑；再將試樣裝入乳膠膜中并扎緊乳膠膜；隨后取出上蓋、將試樣及乳膠膜放入壓力室中，再將上蓋的氣缸槽與氣缸筒的上部對中嵌置密封連接，同時使上蓋與側壁嵌置密封連接；然后，通過通氣孔向氣缸筒通氣，使氣缸筒的活塞運動到氣缸筒的底部；

B.擰緊拉桿螺母，松開上蓋的排氣閥，水壓系統通過進水閥向壓力室注水，當排氣閥處有水溢出時擰緊排氣閥，隨后關閉進水閥；

C.由油壓裝置通過進出油接頭、油缸的活塞向試樣施加設定的軸向壓力以模擬隧道的軸向圍巖壓力；由水壓裝置通過進水閥、壓力室向試樣施加設定的徑向壓力以模擬隧道的徑向圍巖壓力；隨后由氣壓裝置通過通氣孔、氣缸筒的活塞向試樣的凹面施加動態的壓力以模擬隧道掌子面約束壓力的變化，并同步記錄位移百分表的位移數值；即得到設定的軸向圍巖壓力和徑向圍巖壓力下，擠出壓力與擠出變形的關系。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

通過向壓力室注水，在壓力室內試樣四周形成水壓以模擬隧道圍巖的徑向壓力；通過油缸向試樣的端面施加壓力以模擬隧道圍巖的軸向壓力；并在試樣的另一端，通過氣缸筒向嵌入氣缸筒形成的試樣凹槽的底面(凹面)施加動態的氣壓以模擬開挖過程中隧道掌子面的約束壓力；并由位移百分表測出試樣凹槽的底面(凹面)的變形數值。試驗時，試樣的形狀、構造及其受力、變形與實際隧道的非常貼近。從而通過室內試驗，可以較準確地得到設定軸向圍巖壓力和徑向圍巖壓力下，掌子面約束壓力與擠出位移量(變形)的對應關系，掌子面約束壓力與擠出位移量(變形)的對應關系從而為隧道的設計與施工提供可靠的試驗數據，在有效保證掌子面穩定，施工安全的前提下，降低施工成本，提高施工速度。

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進行進一步的詳細說明。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的結構示意圖。

具體實施方式

圖1示出，一種隧道掌子面約束壓力與擠出變形關系的試驗設備，其組成是：