[发明专利]一种水下盾构隧道结构的水压原型试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道结构的试验方法，尤其涉及一种水下盾构隧道结构的水压原型试验方法。

背景技术

海底、江底的水下盾构隧道结构在外静水压力作用下，其承受的水压的分布形态为顶部小底部大的“灯泡”形状。在施工和运营期间，隧道承受的水压变化非常大，加之目前隧道断面大型化的趋势，水下盾构隧道在施工期和运营期承受的非均匀水压对隧道结构的作用不可忽略。通过模拟灯泡形水压对隧道结构的作用和影响，能够对水下盾构隧道结构的设计和施工给出科学可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。目前尚无有效方法能够在隧道结构的原型试验时，对隧道结构施加灯泡形水压，这是当前隧道设计与建设中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种水下盾构隧道结构水压的原型试验方法，该方法能对盾构隧道结构施加顶部大底部小的灯泡形水压，能较真实地模拟环境水压对隧道结构的作用和影响，从而对水下盾构隧道结构的设计和施工给出更科学可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：

一种水下盾构隧道结构的水压原型试验方法，其作法是：

A、安装环箍锚索将预埋有应变计、钢筋计的盾构隧道管片拼装成短圆筒状隧道结构，然后将隧道结构置于地面，其中轴线垂直于地面；竖直的前、后两个环箍梁对称地设置于隧道结构的外表面，竖向分布的二根以上的带载荷计的环箍锚索交替地锚固在前、后环箍梁上，环箍锚索绕隧道结构表面一周后的另一端则固定在对应环箍梁的千斤顶的顶杆上。

B、垫设减摩层在隧道结构与环箍锚索之间垫设弧度为250-290°圆弧形的聚四氟乙烯减摩层，该圆弧形减摩层对称地分布于前、后环箍梁之间，所述减摩层从位于前环箍梁处的部分起至所述减摩层的两端部止各分为摩擦系数递减的3-5段。

C、测试仪器的布置将多个应变片粘贴于管片的内表面及外表面上，测缝计安装在管片连接处的内表面及外表面上，位移计安装于隧道结构的内表面。

D、测试使千斤顶的顶杆向外顶出，将环箍锚索拉紧，对隧道结构施以径向压力，同时通过应变片、位移计、测缝计和应变计、钢筋计对加载的载荷量及隧道结构的力学性能参数进行测试，并将测试数据输入计算机分析计算，得到测试结果。

本发明的试验方法及原理是：将真实盾构隧道管片构成的短圆筒状原型隧道结构水平地放置于地面，由于管片混凝土的泊松比很小，所以可以保持隧道结构体与真实的长筒状隧道结构的处于相同的平面应变状态。采用环箍加载方式，利用静力千斤顶对安装在前、后环箍梁上的环箍锚索施加张拉力，而对隧道结构产生径向接触压力。由于各处环箍锚索对盾构隧道结构外表面的接触压力，与该处锚索所受的摩擦力成负相关的关系，因此在环箍锚索与隧道结构之间部分位置设置的减摩层，可改变环箍锚索与隧道结构外表面的摩擦阻力，进而改变接触压力，从而模拟真实水压对隧道结构的作用。由于减摩层从前环箍梁处起至端部止分隔为摩擦系数递增的3-5段，因此锚索所受的摩擦力也从前环箍梁处、减摩层端部、后环箍梁处逐步递增，使得环箍锚索对盾构隧道结构外表面的接触压力则依次递减，实现了隧道结构顶部(后环箍梁处)压力小，底部(前环箍梁处)压力大的灯泡形压力分布，从而较真实地模拟出隧道结构在水下所受的非均匀(灯泡形)水压，随后再进行测试。因此，本发明方法能够在隧道结构受到灯泡形水压的条件下，测出其各项力学参数和性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、能对盾构隧道结构施加顶部小底部大的灯泡形水压，较真实地试验测出环境水压对隧道结构的作用和影响，从而对水下盾构隧道结构的设计和施工给出更科学可靠的试验依据，以保证隧道的建设和营运安全。

2、通过减摩层材料的摩擦系数及其变化值及对于加载量值进行控制，从而调整接触压力，模拟出在不同水位条件下，真实水压对于隧道结构的作用，使本发明方法适用性强。

上述的A步安装环箍锚索时，还在隧道结构上设置锚索定位装置，该定位装置由隧道结构内表面的固定杆，外表面的定位杆以及隧道结构上、下表面的连接横杆组成，通过连接横杆将固定杆和定位杆连接并固定在隧道结构上；定位杆的内表面设有与环箍锚索的数量及形状匹配的锚索定位槽，每条环箍锚索置于相应的锚索定位槽内。

这样，可将每条环箍锚索定位在锚索定位槽中，各条环箍锚索均匀间隔分布。有效避免在试验时，环箍锚索相互缠绕，而影响载荷的施加，导致试验难以进行的情形。