一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型及制作方法，该模型包括连接螺栓系统、传感器系统和盾构隧道管片系统。本发明专利技术基于上述模型的制作方法，根据相似原理，制作缩尺下的UPVC材质的盾构隧道模型的封顶块、相邻块、标准块，基于实际孔位，采用微型钻头在每个管片模型的相邻面倾斜钻进，形成一个折线孔，粘贴金属应变片和薄膜压力传感器，弯螺栓穿过垫片和相邻两个管片的对应折线孔与止水橡胶垫，然后采用扭力扳手根据预设扭力数值，一一拧紧连接相邻两个管片的弯螺栓，使其具备相应紧固力，考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型整体由此构成。该制作方法可广泛应用于有关盾构隧道缩尺模型的试验中。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型及制作方法
本专利技术涉及一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型及制作方法。
技术介绍
据统计显示，截止2018年3月，全国运营中地铁的里程将近5000公里，北上广一线城市运营着十余条地铁线路，地铁隧道已然成为一线城市公共交通体系的命脉。其中，机械自动化程度高的盾构地铁隧道也越来越受工程建设者的青睐，盾构地铁隧道由预制管片装配而成，管片间由弯螺栓连接，弯螺栓的受力状态直接影响隧道结构承载力。然而，诸如近接地铁的开发、地震、弯螺栓安装部分失效等不利因素将影响盾构隧道管片间弯螺栓的工作性能，直接威胁着地铁的运营安全性。所以深入研究近接地铁的开发扰动、地震影响、弯螺栓安装部分失效等情况显得至关重要。盾构隧道的缩尺模型是开展研究的首要，而在设计制作缩尺模型中，管片模型环向、纵向连接的弯螺栓都被简化处理与相似替代了，甚至忽略弯螺栓的紧固力这一关键因素，以致锁紧状态不一，轻视试验中弯螺栓的工作性能，致使试验结果产生偏差。但究其本质，盾构隧道模型的弯螺栓受力状态和工作性能，是最需要被认真深入地考虑对待的。因此，如何考虑弯螺栓的紧固力因素是长期难以正确对待的研究盲点。因此，提供一种考虑弯螺栓的紧固力、试验中关注弯螺栓工作性能和孔壁工作状态、设计合理易于加工实现的盾构隧道缩尺模型，可以为开展有关盾构隧道缩尺试验提供最有力支持。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型及制作方法，解决了上述
技术介绍
中的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型，包括连接螺栓系统、传感器系统和管片系统；所述管片系统包括封顶块、相邻块和标准块的管片，三者通过连接螺栓系统环向、纵向连接形成盾构隧道整体；所述连接螺栓系统包括螺栓台口、弯螺栓、螺帽、垫片，管片系统的各管片根据原型盾构隧道的实际孔位钻设有折线孔，所述螺栓台口位于折线孔的两端出口处，弯螺栓装设于折线孔内，弯螺栓的端部通过垫片、螺帽固定于螺栓台口；所述传感器系统包括金属应变片、薄膜压力传感器和数据采集设备；所述金属应变片粘贴在弯螺栓中部，用于量测紧固弯螺栓的应力；所述薄膜压力传感器粘贴在折线孔中部的承压一侧，用于量测紧固弯螺栓的对管片的压力；所述数据采集设备与金属应变片和薄膜压力传感器电连接，用于接收二者采集的数据信息。在本专利技术一较佳实施例中，所述盾构隧道管片系统还包括止水橡胶垫，所述止水橡胶垫设置于管片拼接的环缝与纵缝面。在本专利技术一较佳实施例中，所述折线孔包括环向折线孔和纵向折线孔。在本专利技术一较佳实施例中，所述螺栓台口为管片内侧面挖设的孔口凹槽。在本专利技术一较佳实施例中，所述连接螺栓系统还包括扭力扳手，所述扭力扳手用于调节弯螺栓的紧固力。在本专利技术一较佳实施例中，所述扭力扳手配有预设数值功能和声响装置。在本专利技术一较佳实施例中，所述金属应变片、薄膜压力传感器的信号线由管片折线孔的侧面口，贴紧环缝与纵缝面的止水橡胶垫引出，与数据采集设备连通。在本专利技术一较佳实施例中，所述盾构隧道整体由若干环形单元组成，一个环形单元的整环包括一块封顶块、两块相邻块与三块标准块。本专利技术还提供了一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型的制作方法，包括如下步骤：(1)制作原型盾构隧道在缩尺模型下的管片系统，包括封顶块、相邻块和标准块的UPVC材质管片；基于实际孔位，设计成折线孔，采用微型钻头在每个管片模型的相邻面倾斜钻进成型；准备相匹配的盾构隧道模型环缝与纵缝面的止水橡胶垫；(2)制作连接螺栓系统，在管片模型的内侧面上挖切螺栓台口，等比例制作缩尺弯螺栓、螺帽和垫片；(3)在弯螺栓中部粘贴金属应变片，在管片侧面的折线孔口承压一侧粘贴薄膜压力传感器；弯螺栓穿过垫片和相邻两个管片的对应折线孔与止水橡胶垫，并在螺栓另一端锁上垫片与螺帽，建立初步的管片模型的环向和纵向连接；(4)采用扭力扳手根据预设扭力数值，一一拧紧连接相邻两个管片的弯螺栓，使其具备相应紧固力，至此考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型制作完成。在本专利技术一较佳实施例中，所述扭力扳手配有预设数值功能和声响装置，弯螺栓的紧固力一旦达到预设数值，扭力扳手自动发出声响讯号，提示完成工作，自动解除作用力。本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：本专利技术应用于有关盾构隧道缩尺试验，重点考虑弯螺栓的紧固力因素，扭力扳手预设紧固力数值，并且通过在弯螺栓粘结金属应变片，孔壁粘贴薄膜压力传感器，试验中准确把握弯螺栓工作性能和孔壁工作状态，模型管片采用UPVC硬质材料，设计成折线孔，易于电钻加工，管片模型间的环缝与纵缝面都设有一道止水橡胶垫，还原实际的柔性连接，服从相似原理的盾构隧道缩尺模型及制作方法，为开展有关盾构隧道缩尺试验提供最有力支持。附图说明图1是本专利技术连接螺栓和折线孔示意图；图2是本专利技术扭力扳手结构示意图；图3-a是本专利技术模型的一环形单元示意图；3-b是3-a的左视图，3-c是3-a的俯视图；图4-a是本专利技术模型封顶块的示意图；4-b是4-a的俯视图；图5-a是本专利技术模型相邻块的示意图；5-b是5-a的俯视图；图6-a是本专利技术模型标准块的示意图；6-b是6-a的俯视图；6-c是6-a的剖视图。图7是本专利技术模型的整体结构示意图。具体实施方式实施例1请查阅图1-7，本实施例的一种考虑弯螺栓31紧固力的盾构隧道缩尺模型，包括连接螺栓系统、传感器系统和管片系统；所述管片系统包括封顶块61、相邻块62和标准块63的管片，三者通过连接螺栓系统环向、纵向连接形成盾构隧道整体；所述连接螺栓系统包括螺栓台口2、弯螺栓31、螺帽32、垫片33和扭力扳手4，管片系统的各管片根据原型盾构隧道的实际孔位钻设有折线孔10，所述螺栓台口2位于折线孔10的两端出口处，弯螺栓31装设于折线孔10内，弯螺栓31的端部通过垫片33、螺帽32固定于螺栓台口2；所述扭力扳手4配有预设数值功能和声响装置，用于调节弯螺栓31的紧固力。在本实施例中，所述折线孔10包括环向折线孔11和纵向折线孔12，二者皆为管片间环向、纵向连接的弯螺栓31预留孔，考虑到电钻加工简易，设计成折线孔10路，微型钻头在每个管片模型的相邻面倾斜钻进成型。弯螺栓31是根据实际螺栓在相似原理下的缩尺模型，管片间的环向、纵向连接即是弯螺栓31穿过垫片33和相邻两个管片的对应折线孔10，并在螺栓另一端锁上垫片33与螺帽32。螺栓台口2是在管片模型内侧面上挖切的孔口凹槽，和实际盾构隧道中的一样为弯螺栓31的安装服务。在本实施例中，封顶块61、相邻块62、标准块63是实际盾构隧道管片根据相似原理的缩尺模型，盾构隧道整体由若干环形单元9组成，一个环形单元9的整环包括一块封顶块61、两块相邻块62与三块标准块63，管片缩尺模型采用UPVC材料，弹性模量为3.4Gpa，其硬质易加工。为满足防水构造且贴合柔性相接的实际，在管片间的环缝与纵缝面都设有一道止水橡胶垫7。止水橡胶垫7为满足防水构造，且贴合柔性相接的实际，在管片模型间的环缝与纵缝面都设有一道。止水橡胶垫7与相邻管片模型一同被弯螺栓31锁紧，共同组成盾构隧道缩尺模型的整体。所述传感器系统包括金属应变片51、薄膜压力传感器52和数据采集设备53；所述金属应变片51粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型，其特征在于：包括连接螺栓系统、传感器系统和管片系统；所述管片系统包括封顶块、相邻块和标准块的管片，三者通过连接螺栓系统环向、纵向连接形成盾构隧道整体；所述连接螺栓系统包括螺栓台口、弯螺栓、螺帽、垫片，管片系统的各管片根据原型盾构隧道的实际孔位钻设有折线孔，所述螺栓台口位于折线孔的两端出口处，弯螺栓装设于折线孔内，弯螺栓的端部通过垫片、螺帽固定于螺栓台口；所述传感器系统包括金属应变片、薄膜压力传感器和数据采集设备；所述金属应变片粘贴在弯螺栓中部，用于量测紧固弯螺栓的应力；所述薄膜压力传感器粘贴在折线孔中部的承压一侧，用于量测紧固弯螺栓的对管片的压力；所述数据采集设备与金属应变片和薄膜压力传感器电连接，用于接收二者采集的数据信息。

【技术特征摘要】
1.一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型，其特征在于：包括连接螺栓系统、传感器系统和管片系统；所述管片系统包括封顶块、相邻块和标准块的管片，三者通过连接螺栓系统环向、纵向连接形成盾构隧道整体；所述连接螺栓系统包括螺栓台口、弯螺栓、螺帽、垫片，管片系统的各管片根据原型盾构隧道的实际孔位钻设有折线孔，所述螺栓台口位于折线孔的两端出口处，弯螺栓装设于折线孔内，弯螺栓的端部通过垫片、螺帽固定于螺栓台口；所述传感器系统包括金属应变片、薄膜压力传感器和数据采集设备；所述金属应变片粘贴在弯螺栓中部，用于量测紧固弯螺栓的应力；所述薄膜压力传感器粘贴在折线孔中部的承压一侧，用于量测紧固弯螺栓的对管片的压力；所述数据采集设备与金属应变片和薄膜压力传感器电连接，用于接收二者采集的数据信息。2.根据权利要求1所述的一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型，其特征在于：所述盾构隧道管片系统还包括止水橡胶垫，所述止水橡胶垫设置于管片拼接的环缝与纵缝面。3.根据权利要求1所述的一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型，其特征在于：所述折线孔包括环向折线孔和纵向折线孔。4.根据权利要求1所述的一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型，其特征在于：所述螺栓台口为管片内侧面挖设的孔口凹槽。5.根据权利要求1所述的一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型，其特征在于：所述连接螺栓系统还包括扭力扳手，所述扭力扳手用于调节弯螺栓的紧固力。6.根据权利要求5所述的一种考虑弯螺栓紧固力的盾构隧道缩尺模型，其特征在于：所述扭力扳手配有预设数值功能和...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡奇鹏，肖至慧，肖朝昀，陈星欣，苏世灼，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35