[發明專利]一種地質力學模型試驗中隧道襯砌預制預埋裝置與方法

在審

• 申請號: 201711352524.7
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108181145A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 周宗青;高成路;楊為民;石少帥;侯福金;趙然;張猛;丁若松
• 申請（專利權）人: 山東大學;山東高速濟萊城際公路有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明涉及一種地質力學模型試驗中隧道襯砌預制預埋裝置和方法，該裝置包括由上合板與下合板組成的拼接式外框架、中芯板、底板和螺栓組成，該裝置可由鑄鐵材料澆筑而成，也可由通用鋼板切割彎曲而成。該方法為隧道襯砌預埋法，即將隧道襯砌進行預制后，當試驗填料至隧道高程時，將隧道襯砌埋入，并對接縫進行處理后，再進行后續填料、加載、數據監測等工序。本發明研究了一種地質力學模型試驗中隧道襯砌預制預埋裝置和方法，解決了模型試驗中隧道襯砌難以成形及埋入的難題，特別是用于解決運營隧道地質力學模型試驗中襯砌的制作與填埋的問題。

技術領域

本發明屬于地質力學模型試驗領域，具體地指地質力學模型試驗中利用金屬模具澆筑混凝土或相似材料等預制隧道襯砌并埋入試驗體中的裝置與方法。

背景技術

目前，我國隧道處于建設與維修整治并重階段。受地質、地形、氣候條件和建筑材料及勘察、設計、施工、運營等各種因素影響，運營隧道病害問題日益突出。受修建時期的設計與施工技術條件的限制，早期修建的隧道經常出現拱墻開裂、襯砌背后脫空、結構滲漏水、隧道凍害、襯砌厚度不足、混凝土強度低等缺陷或病害。因此，在研究運營隧道缺陷或病害時，對隧道襯砌的研究不可或缺。

運營隧道地質力學模型試驗的特點之一，就是隧道襯砌充許以預制的方式進行生產，并且在試驗填料過程中預埋入試驗體中，減少不必要的開挖支護工序，以及對隧道襯砌做特定的處理，以滿足模擬實際工程的不同要求。

目前，針對隧道襯砌預制成形方法研究較少，且普遍采用3D打印、手工填筑或者在試驗過程中進行支模現澆等方法，缺少成熟的應用體系和技術手段，難以實現簡單高效、批量生產等。

發明內容

本發明要解決的技術問題是地質力學模型試驗中隧道襯砌成形與埋設的裝置與方法，特別是用于解決對隧道襯砌有較高要求的運營隧道病害研究等問題。本發明可用于各類運營隧道地質力學模型試驗及山體隧道、海底隧道、地鐵隧道、水工隧洞等地下管道式結構地質力學模型試驗研究。與前人研究相比，該發明可實現隧道襯砌的快速預制和批量生產，取得了與工程更為接近、適用范圍更廣的成果。

為解決上述問題，本發明研究了地質力學模型試驗中隧道襯砌預制預埋裝置與方法，解決了地質力學模型試驗中隧道襯砌難以成形及埋入的難題。

為實現上述目的，本發明技術方案如下：

一種地質力學模型試驗中隧道襯砌預制預埋裝置，包括上合板與下合板組成的拼裝式框架，在所述的拼裝式框架內設有一個中芯板，且所述芯板和拼裝式框架的底部設有底板；所述的中芯板、拼裝式框架和底板之間形成了用于形成隧道襯砌的空間；該空間的形狀與隧道襯砌的輪廓形狀一致。

進一步的，所述的上合板與下合板上設有耳板，通過連接件連接上合板和下合板的耳板，實現上合板和下合板的連接。

進一步的，在所述的底板上也設有耳板；該耳板通過連接件與上、下合板上的耳板相連。

進一步的，該裝置可由鑄鐵材料澆筑而成，也可由通用鋼板切割彎曲而成。

利用上述裝置制作隧道襯砌的方法，包括以下步驟：

1)制作隧道襯砌模具；

采用現有機械加工方法，如鑄鐵澆筑、鋼板切割彎曲成形等方法制作隧道襯砌模具，該項目屬于機械加工方面，在此不再贅述；

該裝置由包括上合板與下合板組成的拼接式外框架、中芯板、底板和螺栓組成。為了滿足地質力學模型試驗要求，需要按照相似比，對隧道襯砌橫截面進行一定比例的縮放。

該裝置首先需要用三個螺栓將底板與中芯板進行連接，再將上下合板兩端的耳板與底板的耳板用螺栓連接，最后再將上下合板兩端的耳板用螺栓連接。至此，該隧道襯砌澆筑裝置安裝完成。

2)在隧道襯砌模具的隧道襯砌成型面上涂抹潤滑劑；