[发明专利]一种精细化隧道模型的制作装置和制作方法

说明书

本发明公开了一种精细化隧道模型的制作装置和制作方法，制作装置包括内模和外模，所述内模与外模通过定位螺纹线紧密闭合围成隧道模型空腔，且在所述内模与外模间预留有与空腔相连通的浇筑孔；所述内模和外模采用抽壳模型复模制备得到，所述抽壳模型采用3D打印技术制备得到，制作方法利用上述装置实现。本发明的制作装置精度高，制作出的隧道模型尺寸误差较小，可满足相似模型试验要求，可实现仰拱与仰拱填充的分次浇筑及隧道细部结构的还原，可展现隧道结构的真实破坏状态，还可制作出“隧‑轨”多刚度体系的隧道模型，相较于现有隧道模型更为贴合实际，且制作方法具有操作简单、便于脱模、可重复利用的特点，具有良好的经济性。

技术领域

本发明涉及隧道工程试验装置领域，具体涉及一种精细化隧道模型的制作装置和制作方法。

背景技术

近年来，我国交通运输工程、深部矿产资源开采、大型水利水电工程等方面迅速发展，这直接促进了隧道工程领域技术的进步，但也带来了巨大的挑战。对于现场隧道工程的研究，不仅与地形地质、围岩稳定性等有关，更与施工条件密切关联，在施工现场对隧道工程进行长时间的科学探究具有一定困难。目前，相似模型试验由于不仅具有可操作性较强和成本较低的优点，还可以实时监测隧道各测点的内力及位移情况，更直观地反映隧道在各个施工阶段的力学响应规律，受到广大研究人员的青睐。

根据相似试验原理制作隧道模型，可进而展开室内相似模型试验。目前主流的隧道模型制作方法分为两种，一是采用3D打印技术直接打印出隧道模型，这种方法不仅打印整体尺寸受限，造价昂贵，而且在相似试验中3D打印隧道模型难以展现其破坏模式和机理；二是借助隧道模具浇筑制作隧道模型，但现有隧道模具不仅精细化不足，无法还原隧道细部结构，模型制作精度也远远不够，且无法实现仰拱与仰拱填充的分次浇筑，降低了模型试验结果的精确性和真实性，而且大部分为一次性隧道模具，浇筑后模具变形严重，甚至须破坏掉模具才能将隧道模型取出，无法实现模型的重复浇筑，造成了大量人力、物力的浪费。因此，制作一种在保证高精度和精细化前提下可实现隧道模型重复浇筑的模具装置成为了目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种精细化隧道模型的制作装置和制作方法，用以解决目前现有隧道模型制作精度不足、无法重复使用和制作成本过高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种精细化隧道模型的制作装置，包括内模和外模，所述内模与外模通过定位螺纹线紧密闭合围成隧道模型的空腔，且在所述内模与外模间预留有与空腔相连通的浇筑孔；所述内模和外模采用抽壳模型复模制备得到，所述抽壳模型采用3D打印技术制备得到。

定位螺纹线即模具切割后内模与外模的接合处及外模竖向切割展开后的边缘，定位螺纹线呈螺纹状，可在内模与外模组装时起定位作用，避免内模与外模组装时及外模闭合时产生错位以影响模具的密封性和模型制作的精确性。

上述技术方案的设计思路在于，本发明用于制作隧道模型的模具是通过高精度3D打印抽壳模型复模制作而成，因此具有高精度的特点，制作出的隧道模型尺寸误差较小，可满足大多数室内相似试验的要求，同时基于3D打印的精确性，可在模具上高精度复刻隧道的真实细部结构，包括隧道中心水沟、通信信号电缆槽、排水槽、电力电缆槽和轨道板安装槽等设备，可制作出各类轮廓的隧道相似模型，并可实现仰拱与仰拱填充的分次浇筑，真实还原现场隧道结构。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述内模和外模的制备方法包括以下步骤：

S1、通过3D打印技术打印所述隧道的抽壳模型，向所述抽壳模型的空腔内注入冷凝材料，待冷凝材料凝固后即形成实心抽壳模型；

S2、将所述实心抽壳模型置于浇筑容器内固定，并向所述浇筑容器中注入硅胶浆液，待所述硅胶浆液凝固后即形成中间模具；