[發明專利]一種模擬環形隧道胎式襯砌支護結構受力的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810145901.8
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108344640B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 劉杰;蘭俊;燕波;高素芳;高進;張羅送;王飛;陽菲;黎照;孫濤;蔣旭
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

1.一種模擬環形隧道胎式襯砌支護結構受力的裝置，其特征在于：它包括矩形反力框架（1），所述矩形反力框架（1）的內部設置有千斤頂（2），所述千斤頂（2）的底座與矩形反力框架（1）的內側壁相接觸，其活塞桿的頂部通過傳力裝置（3）與半圓形輪廓模具（10）相接觸，所述半圓形輪廓模具（10）共有兩個，對稱焊接固定在矩形反力框架（1）的內部，所述半圓形輪廓模具（10）的內壁上緊貼設置有胎式襯砌（4）；

所述胎式襯砌（4）的內部均布安裝有多個位移計（9），在胎式襯砌（4）上連接有充氣管，所述充氣管上安裝有自動卸壓閥（7）和數顯氣壓表（8）；

所述自動卸壓閥（7）包括螺母套（15），所述螺母套（15）的一端設置有進氣口（17），所述進氣口（17）與胎式襯砌（4）的胎體連接，在螺母套（15）的側壁上加工有出氣口（16）；所述螺母套（15）內部靠近進氣口（17）的一端設置有止塞球（18），所述止塞球（18）通過限位彈簧（19）封堵進氣口（17），所述限位彈簧（19）通過安裝在螺母套（15）尾部的螺栓（14）限位固定。

2.根據權利要求1所述的一種模擬環形隧道胎式襯砌支護結構受力的裝置，其特征在于：所述矩形反力框架（1）采用鋼板焊接而成。

3.根據權利要求1所述的一種模擬環形隧道胎式襯砌支護結構受力的裝置，其特征在于：所述傳力裝置（3）包括兩塊滑動鋼板（5），在滑動鋼板（5）端面上設置有多個凸點（11），所述凸點（11）之間定位安裝有多根彈簧（6）。

4.根據權利要求3所述的一種模擬環形隧道胎式襯砌支護結構受力的裝置，其特征在于：所述矩形反力框架（1）沿其兩內側長邊設置滑條（12），所述滑條（12）與設置在滑動鋼板（5）兩側的滑槽（13）構成滑動配合，并對其限位。

5.根據權利要求1所述的一種模擬環形隧道胎式襯砌支護結構受力的裝置，其特征在于：所述胎式襯砌（4）內部可填充流體。

6.根據權利要求3所述的一種模擬環形隧道胎式襯砌支護結構受力的裝置，其特征在于：所述彈簧（6）包括多種不同的規格，其位置、數量和長度均可調節。

7.根據權利要求1所述的一種模擬環形隧道胎式襯砌支護結構受力的裝置，其特征在于：所述位移計（9）的數量為四個，上下左右各一個，并測量試驗過程中胎式襯砌（4）的徑向變形位移。

8.采用權利要求4所述模擬環形隧道胎式襯砌支護結構受力的 裝置的試驗方法，其特征在于，它包括以下步驟：

Step1：胎式襯砌（4）的制備，胎體制作材料經過多次調整由普通PVC改成硅橡膠制作；

Step 2：將自動卸壓閥（7）和數顯氣壓表（8）與胎式襯砌（4）的胎體連接為一個整體，并將密閉胎體內充入氣體；

Step 3：制作半圓形輪廓模具（10）作為襯砌拱圈，采用鋼板，將其卷兩個拱圈；

Step 4：粘貼應變片，將制作好的襯砌拱圈表面打磨并用酒精擦拭干凈，粘貼應變片，用錫焊將應變片引線與導線焊接，涂上封閉膠水，并用絕緣膠布包扎后，最后進行應變片電阻測量，以檢測應變片的粘貼效果，并與應變采集儀連接讀取各監測點應變值；

Step 5：組裝傳力裝置（3），試驗前根據試驗需要選用合適的彈簧規格及數量，利用鋼板處的凸點（11）將兩塊滑動鋼板（5）進行連接組裝；

Step 6：安裝整體試驗裝置，按照千斤頂（2）、傳力裝置（3）、胎式襯砌（4）的順序進行安裝，調試好其相對位置，保證滑動鋼板（5）能夠在滑槽（13）中自由滑動；

Step 7：安裝位移計（9），將四個位移計（9）分別安裝在胎式襯砌（4）內側上下左右位置，位移計（9）的探頭應與胎式襯砌（4）支護結構相接觸，準確測量讀數；

Step 8：設定自動卸壓閥（7）的卸壓閾值P，根據實際工程情況通過擰動螺栓（14）改變限位彈簧（19）伸長長度，來改變止塞球（18）所能承受壓強值來設定卸壓閾值P；

Step 9：進行試驗，利用千斤頂（2）施加不同等級荷載模擬圍巖蠕變變形作用在胎式襯砌（4）支護結構上，進行加載、卸壓試驗，通過數顯氣壓表（8）監測胎體內氣壓，當胎式襯砌（4）胎體內壓強達到設計自動卸壓閥（7）的卸壓閾值時，利用自動卸壓閥（7）對整體支護結構進行卸壓，同時讀取記錄荷載值、應變值、位移值；

Step 10：計算，通過記錄的荷載值、應變值、位移值計算彎矩、應變、撓度和剪力值，從而利用該裝置定量研究實際工程中胎式襯砌支護結構整體支護效果和變形規律，為隧洞支護技術提供理論支撐。