[發明專利]一種適用于室內隧道模型試驗的襯砌支護模具

在審

• 申請號: 201710597725.7
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107167355A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 李又云;李佳;王會濤;劉黎明;安鑫厚;程振威
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 王艾華

技術領域

本發明屬于隧道工程、地下工程領域，具體涉及一種適用于室內隧道模型試驗的新型襯砌支護模具。

背景技術

近些年來，由于西部大開發戰略決策的實施，促進了西部地區高等級公路和鐵路的發展，穿越黃土地區的隧道越來越多，隧道工程的建設規模也空前擴大，隧道工程等相關領域的研究也越來越多。雖然國內外在隧道工程方面的技術已趨于成熟，但是實際施工經常會出現一些襯砌漏水，裂縫，局部塌陷等問題。室內隧道模型試驗為實際隧道施工提供了更加有力的參考，隧道襯砌模型的制作在室內隧道模型試驗中至關重要。目前常見的隧道襯砌模型是預埋式隧道襯砌模型，但這種方法與實際施工方法不相符，并且模具中預先布設的測試儀器在堆載及隧道開挖過程中容易遭到破壞。因此制作一種操作方便、快捷、便于推廣、更貼合實際施工方法的隧道襯砌支護模具是至關重要的。

發明內容

本發明目的在于克服現有室內隧道襯砌支護模型試驗中存在的問題，提供一種可以循環使用、方便、安全、更真實地模擬實際隧道襯砌支護的模具。

為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種適用于室內隧道模型試驗的新型襯砌支護模具，包括拱頂模塊、拱腰模塊二、拱腰模塊三、仰拱模塊四、仰拱模塊五、仰拱模塊六，拱頂模塊和拱腰模塊二、拱腰模塊三相連，拱腰模塊二、拱腰模塊三和仰拱模塊四、仰拱模塊五、仰拱模塊六相連，達到封閉成環，形成一個整體單元；該整體單元為三心圓結構。

拱頂模塊和拱腰模塊二用塑料膠連接，形成一個組合，拱腰模塊三和仰拱模塊四、仰拱模塊四和仰拱模塊五分別用塑料膠連接，形成一個組合，其中，拱腰模塊二和拱腰模塊三通過榫頭相連，仰拱模塊五和仰拱模塊六通過榫頭相連。

拱頂模塊由三心圓部分圓弧組成，外輪廓角度約為160°，仰拱模塊四也由三心圓部分圓弧組成，外輪廓總角度約為80°，其中，內輪廓半徑均小于外輪廓半徑，兩者之間厚度約為15mm。

拱腰模塊二、拱腰模塊三和仰拱模塊五、仰拱模塊六為矩形方塊組合，中間連接是通過凹槽和凸楞搭接而成榫頭結構。

各個整體單元搭接而形成隧道襯砌模具，且各個整體單元為條狀圓弧形。

與現有試驗模具相比，本發明具有以下有益的技術效果：

與現有室內隧道襯砌支護模具相比，它是由亞克力塑料厚板加工制作圓弧狀的模具及由3D打印機制作的榫頭構成。兩者之間通過塑料膠相互連接，再通過榫頭將其拼接一個完整隧道襯砌支護模型單元。

這種室內隧道襯砌支護模具構造比較簡單，市場取材加工制作快捷，試驗操作簡便，可進行現場組裝拆卸，也可重復使用，更符合實際施工開挖情況，排除了預埋式測試儀器遭受破壞的狀況，大大提高了試驗數據的準確性，降低試驗施工難度，節省時間和資金。

附圖說明

圖1為本發明隧道襯砌支護模具平面示意圖；

圖2為本發明隧道襯砌支護模具結構示意圖；

圖3為本發明拱頂模塊、仰拱模塊的結構示意圖；

圖4為本發明拱腰模塊、拱腰模塊的結構示意圖；

圖5為本發明仰拱模塊、仰拱模塊的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

參考圖1，本發明包括襯砌支護模具拱頂模塊1、拱腰模塊二2、拱腰模塊三3、仰拱模塊四4、仰拱模塊五5、仰拱模塊六6，襯砌支護模具拱頂模塊1和拱腰模塊二2、拱腰模塊三3相連，拱腰模塊二2、拱腰模塊三3和仰拱模塊四4、仰拱模塊五5、仰拱模塊六6相連，其中，拱腰模塊二2和拱腰模塊三3通過榫頭相連，仰拱模塊五5和仰拱模塊六6通過榫頭相連，使其封閉成環，形成一個完整的隧道襯砌支護模型單元，以達到與現場施工襯砌封閉成環相符的目的。

本發明主要的工作原理及過程：使用時，首先將拱頂模塊1與拱腰模塊二2通過塑料膠相連，仰拱模塊四4分別與拱腰模塊三3和仰拱模塊五5通過塑料膠相連，然后開挖隧道。第一步，開挖上側位置，形成一個臺階，將拱頂模塊1和拱腰模塊二2固定到隧道中；第二步，開挖左下側隧道位置，通過左側拱腰模塊二2和拱腰模塊三3形成的榫頭相連，將左下側仰拱模塊四4、仰拱模塊五5、拱腰模塊三3固定在隧道中；第三步，開挖右下側隧道位置，通過右側拱腰模塊二2和拱腰模塊三3形成的榫頭相連，將右下側仰拱模塊四4、仰拱模塊五5、拱腰模塊三3固定在隧道中。最后，插入仰拱模塊六6即可形成一個完整的隧道襯砌支護模型單元；以此類推，根據試驗要求可進行延伸。

本模具結構與隧道圍巖相似材料結為一體，作為共同承受荷載的隧道結構體系，荷載主要是開挖洞室后由松動的相似材料圍巖的自重所產生，襯砌支護模型是直接承載單元，是用來約束圍巖相似材料的變形與位移。在襯砌周邊預埋設測試元件，可對襯砌受力變形進行分析，從而模擬得出隧道受力變形規律，對隧道施工提供有力依據。