[发明专利]一种盾构管片试验机

说明书

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种盾构管片试验机。

背景技术

目前国内盾构管片的试验方式主要是模型试验、局部试验和简化试验。由于模型结构的粗略化及模型材料的离散型，局部试验的尺寸效应和诸多忽略因素等，均难以真实实现对管片结构的细部特征及结构承载力、失稳、破坏特征等力学特性的模拟。

对于整环管片衬砌结构，国内外也开展了一些原型试验，目前对于整环原型管片衬砌结构的加载方法可归纳为2种：第一种方法是在地面挖深坑，将管片结构水平安放在坑内进行加载，其反力由坑壁提供。第二种方法是将管片结构放置在地面，用若干千斤顶沿径向施加荷载来等效代替衬砌的实际受力情况。

在国外，关于衬砌的试验做过较多。尤其在日本，盾构技术发展迅速和技术水平均处国际前列。在2003年，日本进行了双圆矩形盾构衬砌1:1原型试验研究，提出了一种新的盾构隧道断面形式，该衬砌为双孔矩形，其衬砌外层为铜结构，内部灌注混凝土，形成一种组合结构的衬砌。试验分别对不带立和带立柱的两种衬砌加载，前者在地面挖一深坑，将试件水平安放在坑内。试件环向进行8点加载， 其反力由坑壁承担；后者将试件放置在地面。加载方法类似6点集中加载。试件采用三个环进行错缝拼装，考虑了环与环之间的相互作用。

在国内，1999年上海隧道工程股份有限公司施工技术研究所对双圆衬砌先后进行了三次通缝拼装和三次错缝拼装的模型试验(按1：3的模型)，试验加载采用六点集中加载的加载方案。试验的目的是研究双圆衬砌在通缝与错缝两种拼装形式下的受力和变形特点。试验通过三只液压千斤顶和三根拉杆，实现六点对拉加载。其加载装置简单，传力可靠，但是由于加载点过少(仅六点集中加载)，对于模拟衬砌环在土中的实际受力情况还比较粗糙；另外，该试验没有考虑衬砌环纵向的受力；由于是1：3的模型试验，试验的结果与实际衬砌结构在实际受力情况下的结果之间存在差异。尽管如此，该试验还是提供了一些重要的数据，为进一步开展双圆盾构隧道的研究提供了可供参考的依据。

200O年，同济大学与上海市隧道工程轨道交通设计研究院合作进行了单圆衬砌1：1原型试验，试件为厚度不同的两种衬砌环(上海环与广州环)，其中上海地铁衬砌环外径6．2m，内径5．5m，壁厚0．35m，环宽1．Om，混凝土等级C50；广州地铁衬砌环外径6．Om，内径5．4m，壁厚0．30m，环宽1．2m，混凝土等级C50。通过两种环的试验对比，分析计算衬砌结构的内力及变形，全面评价两种地铁衬砌的变形、强度、抗裂性、密封止水特性，为优化上海地铁衬砌结构，完善设计计算方法提供依据。这次试验是我国首次进行的盾构衬砌结构1：1的原型试验。这次试验采用单环，未考虑前后的衬砌对其的影响，也未考虑衬砌纵向的受力。试验用32只液压千斤顶沿径向施加荷载，来等效代替衬砌的实际受力，并且通过垫梁，将所加荷载较均匀地传递到衬砌上，同1999年的试验相比，试验加载与实际受力较为接近。

2007年上海隧道工程股份有限公司与同济大学合作，对上海崇明隧道用44套千斤顶即44个对拉力近似模拟均布荷载进行加载，并将这些对拉力分成4组，如图7所示，以调整大小模拟不用的荷载工况，这种加载方式采用多点施加综合荷载，即使将土压和水压混合在一起施加的。

上述实验设备均具有实际工程项目背景，即针对解决工程项目中产生的实际问题而建设的，所以大多数实验设备在试验结束后均以拆除。另外，该试验没有考虑衬砌环纵向的受力；试验的结果与管片衬砌结构在实际受力情况下的结果之间存在差异。因此为了验证衬砌管片的承载力和稳定性，掌握管片细部结构真实受力与变形规律，以发展的观点和长远角度分析，建设更加合理、更加完善的盾构管片1:1试验设备是必要的、值得的。

发明内容

本发明提供了一种解决现有盾构管片试验中的问题的盾构管片试验机。

本发明采用如下技术方案：

本发明的盾构管片试验机是由自平衡反力核心筒、油缸施力装置、轴向力加载装置、加载梁和底座组成；底座呈圆形位于盾构管片试验机的最底部；平衡反力核心筒位于底座的中心；盾构管片环位于底座边缘的上方；加载梁为立方体结构，垂直立于底座和盾构管片环的外侧；油缸施力装置两端分别连接自平衡反力核心筒和加载梁；轴向力加载装置位于盾构管片环上；自平衡反力核心筒和盾构管片环的圆周上设置有十二个油缸施力装置和加载梁；每两个加载梁之间的盾构管片环上设有一个轴向力加载装置。