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一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置与方法制造方法及图纸

技术编号:18254393 阅读:43 留言:0更新日期:2018-06-20 06:55
本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A prefabricating device and method for tunnel lining in Geomechanical Model Test

The invention relates to a prefabrication and preembedding device for tunnel lining in geomechanical model test. The device consists of a spliced outer frame, a medium plate, a bottom plate and a bolt, which is composed of upper plywood and lower plywood. The device can be made of cast iron material and can also be cut and bent by a general steel plate. This method is the tunnel lining preembedding method. After the lining of the tunnel is prefabricated, the tunnel lining is embedded when the test filler is to the tunnel elevation, and after the joint is processed, the following packing, loading, data monitoring and other processes are carried out. This invention has studied a prefabricated device and method of tunnel lining prefabrication in geomechanical model test, and solved the difficult problems of tunnel lining in the model test, especially to solve the problem of lining production and landfill in the geological mechanics model test of operation tunnel.

【技术实现步骤摘要】
一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置与方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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,该专利技术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,本专利技术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,本专利技术技术方案如下: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;防止浇筑材料成形后脱模时摩擦力较大;也为了保护该装置的使用寿命,且使用完成后该装置内表面需要进行清洁,保持干净。3)根据所研究隧道衬砌性能要求,根据相似材料配比,事先对相似材料进行搅拌混合均匀,材料浇筑进模具,静置一段时间待其成形后,打开上下合板,即可取出隧道衬砌;4)在进行模型试验填料过程中,当填料至隧道所在位置时,将预制好的隧道衬砌埋入,当隧道节数超过两节时,需要配置混凝土或相似材料等对接缝处进行连接处理,当接缝处达到所需试验强度要求后,即可继续填料至计划高度;5)地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋完成,即可按设计要求进行试验加载、采集等后续过程。整个施工过程中,根据隧道长度和模具长度,合理制定隧道衬砌节数,并可按要求事先对隧道进行处理,以满足实际工程需要。本专利技术的有益效果如下:本专利技术提供一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置与方法。该装置由铸铁材料浇筑而成,制作简单,使用寿命长。利用该装置,将衬砌材料浇筑成形后拆模取出即可完成制备过程,实现了预制衬砌快速成形,具有简洁高效、可重复使用、批量生产等特点。在地质力学模型试验中,采用预制预埋方法,可以减少试验过程中不必要的开挖支护过程,降低了对试验系统的扰动,提高了试验系统运行的稳定性,在模拟运营隧道衬砌力学稳定性问题时,取得了与实际更为接近的研究结果。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术提供的一种模型试验中隧道衬砌预制装置三维示意图。图2为本专利技术提供的一种模型试验中隧道衬砌预制装置视图,包括俯视图、仰视图、左视图和正视图。图3为本专利技术提供的一种模型试验中隧道衬砌预制效果图。图中:1-上合板,2-下合板,3-中芯板,4-上下合板耳板螺栓孔,5-底板,6-底板与中芯板螺栓孔,7-底板与上下合板耳板螺栓孔。具体实施方式应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本申请的一种典型的实施方式中,如图1-3所示,装置包括上合板1与下合板2组成的拼装式框架,在拼装式框架内设有一个中芯板3,且中芯板3和拼装式框架的底部设有底板5;中芯板3、拼装式框架和底板5之间形成了用于形成隧道衬砌的空间。进一步的,上合板1与下合板2上设有耳板,耳板上设有螺栓孔4;通过螺栓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,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。进一步的,在底板上也设有耳板;该耳板上设有螺栓孔7,通过螺栓与上、下合板上的耳板相连;整个装置形成一个整体结构。底板与中芯板之间也通过螺栓相连,具体的如图所示的螺栓孔6。利用本专利技术装置和方法进行大型地质力学模型试验过程中隧道衬砌预制预埋过程表述如下:1)根据试验要求制作试验台架,并按模拟工程实际岩体材料强度要求进行相似材料的配比研究,并按该研究结果进行填料及其他工序。2)由机械加工方法按设计要求,利用通用钢板进行切割弯曲成形,制作隧道衬砌浇筑装置,该装置横截面为马蹄形(与隧道衬砌的形状一致),包括上合板1,下合板2,中芯板3,底板5,并进行螺栓孔4、6、7的预留,组装完成后,可以无缝拼接即可进行下一步操作。3)隧道衬砌浇筑装置组装过程如下:首先将底板5与中芯板3通过螺栓孔6进行连接,再将上合板1与下合板2与底板5通过螺栓孔7进行连接,最后将上合板1与下合板2通过螺栓孔4进行连接,组装完成后,接缝处无明显空隙,且装置稳定,可以随意搬运,但不会变形及脱离。4)为了减小隧道衬砌脱模时的摩擦力,且延长该装置的使用寿命,利用润滑剂或机油等材料进行内表面的涂抹。5)根据实际隧道工程衬砌材料性能,进行相似模拟材料配比研究,根据研究结果,将相似本文档来自技高网
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一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置与方法

【技术保护点】
1.一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置,其特征在于,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。

【技术特征摘要】
1.一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置,其特征在于,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。2.如权利要求1所述的一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置,其特征在于,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。3.如权利要求2所述的一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置,其特征在于,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。4.如权利要求1所述的一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置,其特征在于,该装置由铸铁材料浇筑而成。5.如权利要求1所述的一种地质力学模型试验中隧道衬砌预制预埋装置,其特征在于,该装置采用通用钢板切割弯曲而成。6.利用权利要求1-5任一所述的装置制作隧道衬砌的方法,其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员:周宗青高成路杨为民石少帅侯福金赵然张猛丁若松
申请(专利权)人:山东大学山东高速济莱城际公路有限公司
类型:发明
国别省市:山东,37

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