[发明专利]一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置与方法

说明书

本发明涉及一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置和方法，该装置包括由上合板与下合板组成的拼接式外框架、中芯板、底板和螺栓组成，该装置可由铸铁材料浇筑而成，也可由通用钢板切割弯曲而成。该方法为隧道衬砌预埋法，即将隧道衬砌进行预制后，当试验填料至隧道高程时，将隧道衬砌埋入，并对接缝进行处理后，再进行后续填料、加载、数据监测等工序。本发明研究了一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置和方法，解决了模型试验中隧道衬砌难以成形及埋入的难题，特别是用于解决运营隧道地质力学模型试验中衬砌的制作与填埋的问题。

技术领域

本发明属于地质力学模型试验领域，具体地指地质力学模型试验中利用金属模具浇筑混凝土或相似材料等预制隧道衬砌并埋入试验体中的装置与方法。

背景技术

目前，我国隧道处于建设与维修整治并重阶段。受地质、地形、气候条件和建筑材料及勘察、设计、施工、运营等各种因素影响，运营隧道病害问题日益突出。受修建时期的设计与施工技术条件的限制，早期修建的隧道经常出现拱墙开裂、衬砌背后脱空、结构渗漏水、隧道冻害、衬砌厚度不足、混凝土强度低等缺陷或病害。因此，在研究运营隧道缺陷或病害时，对隧道衬砌的研究不可或缺。

运营隧道地质力学模型试验的特点之一，就是隧道衬砌充许以预制的方式进行生产，并且在试验填料过程中预埋入试验体中，减少不必要的开挖支护工序，以及对隧道衬砌做特定的处理，以满足模拟实际工程的不同要求。

目前，针对隧道衬砌预制成形方法研究较少，且普遍采用3D打印、手工填筑或者在试验过程中进行支模现浇等方法，缺少成熟的应用体系和技术手段，难以实现简单高效、批量生产等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是地质力学模型试验中隧道衬砌成形与埋设的装置与方法，特别是用于解决对隧道衬砌有较高要求的运营隧道病害研究等问题。本发明可用于各类运营隧道地质力学模型试验及山体隧道、海底隧道、地铁隧道、水工隧洞等地下管道式结构地质力学模型试验研究。与前人研究相比，该发明可实现隧道衬砌的快速预制和批量生产，取得了与工程更为接近、适用范围更广的成果。

为解决上述问题，本发明研究了地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置与方法，解决了地质力学模型试验中隧道衬砌难以成形及埋入的难题。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置，包括上合板与下合板组成的拼装式框架，在所述的拼装式框架内设有一个中芯板，且所述芯板和拼装式框架的底部设有底板；所述的中芯板、拼装式框架和底板之间形成了用于形成隧道衬砌的空间；该空间的形状与隧道衬砌的轮廓形状一致。

进一步的，所述的上合板与下合板上设有耳板，通过连接件连接上合板和下合板的耳板，实现上合板和下合板的连接。

进一步的，在所述的底板上也设有耳板；该耳板通过连接件与上、下合板上的耳板相连。

进一步的，该装置可由铸铁材料浇筑而成，也可由通用钢板切割弯曲而成。

利用上述装置制作隧道衬砌的方法，包括以下步骤：

1)制作隧道衬砌模具；

采用现有机械加工方法，如铸铁浇筑、钢板切割弯曲成形等方法制作隧道衬砌模具，该项目属于机械加工方面，在此不再赘述；

该装置由包括上合板与下合板组成的拼接式外框架、中芯板、底板和螺栓组成。为了满足地质力学模型试验要求，需要按照相似比，对隧道衬砌横截面进行一定比例的缩放。

该装置首先需要用三个螺栓将底板与中芯板进行连接，再将上下合板两端的耳板与底板的耳板用螺栓连接，最后再将上下合板两端的耳板用螺栓连接。至此，该隧道衬砌浇筑装置安装完成。

2)在隧道衬砌模具的隧道衬砌成型面上涂抹润滑剂；