一种用于盾构模型试验的隧道模型制作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于盾构模型试验的隧道模型方法，采用以下步骤：一)采用相似理论确定用于形成隧道模型的管环数量、用于形成所有所述管环的管片数量、几何尺寸和材料以及连接所述管片的环向螺栓和环间螺栓的数量、几何尺寸和材料；二)制作所述管片、所述环向螺栓和所述环间螺栓；三)采用所述环向螺栓将所述管片连接成多个管环；四)采用所述环间螺栓将所有所述管环连接成隧道模型。本发明专利技术应用相似理论，解决了以往隧道模型对原型隧道模拟不精细的问题，可以模拟多种盾构隧道环境，尤其是地下工程事故难以进行现场观测与控制的盾构隧道环境，拓宽了模型试验对盾构隧道课题的研究范围。

Tunnel model making method for shield model test

The invention discloses a method for tunnel shield model test, using the following steps: a) by using the similarity theory for pipe ring forming a tunnel model for quantity, quantity, segment all of the pipe ring geometry and material and is connected with the tube plate ring is formed to the quantity, bolt and ring bolt sizes and material; two) making the segment, the ring bolt to bolt and the ring; three) using the bolt of the connecting segment into a plurality of pipe ring; four) using the ring bolt all the tube ring connected to the tunnel model. The application of similarity theory, solves the model of tunnel tunnel prototype simulation is not fine, can simulate the environment variety of shield tunnel, especially the tunnel environment of underground engineering accidents are difficult to be observed and controlled, broaden the scope of study and model test of shield tunnel project.

【技术实现步骤摘要】
一种用于盾构模型试验的隧道模型制作方法
本专利技术涉及一种地下工程模型试验装置的制作方法，具体涉及一种用于盾构模型试验的隧道模型制作方法。
技术介绍
进入二十一世纪，随着社会的发展与科技的进步，城市地下管道交通也有了长足的发展，其中盾构隧道施工法因其施工灵活、造价经济以及对地面建筑与交通影响小的特点而被广泛应用。在现阶段，对于盾构施工的工程评估与评价，主要有经验公式法、有限元数值模拟、模型试验法。其中，模型试验是研究盾构隧道非常重要的方法之一。特别是地下工程事故难以进行现场观测与控制，有效的模型试验就显得尤为重要。通过一定的简化突出特定要素的影响，模型试验可有效地模拟实际工程的真实情况；通过精确地设计与实施试验，可以得到对应于实际工程的比较重要的可靠的参考数据。这对于研究盾构隧道相关课题具有重要意义。现阶段研究盾构隧道方向的模型试验，多使用完整的均质圆环来对盾构隧道进行模拟。而在实际工程中盾构隧道的每一环是由若干管片拼接而成的，因此现阶段试验中的隧道模型与实际工程中有较大差别，不能精细地模拟实际工程环境，其参考数据的可靠性也大打折扣。为更好的进行模型试验，提高数据可靠性，更加精细化的隧道模型就变得非常重要。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于盾构模型试验的隧道模型制作方法，采该方法制作的隧道模型能够较为精细地模拟实际盾构隧道环境，应用于盾构模型试验，能够得到较为可靠的参考数据。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于盾构模型试验的隧道模型方法，采用以下步骤：一)采用相似理论确定用于形成隧道模型的管环数量、用于形成所有所述管环的管片数量、几何尺寸和材料以及连接所述管片的环向螺栓和环间螺栓的数量、几何尺寸和材料；二)制作所述管片、所述环向螺栓和所述环间螺栓；三)采用所述环向螺栓将所述管片连接成多个管环；四)采用所述环间螺栓将所有所述管环连接成隧道模型。所述环间螺栓为弯曲螺栓，所述环向螺栓为直螺栓，在所述管片上设有与所述直螺栓对应的安装手孔。所述安装手孔设置在所述管片的外表面上。形成每个管环的所有管片由多个标准管片和一个封顶管片组成，相邻的两个所述标准管片之间以及所述标准管片与所述封顶管片之间采用所述环向螺栓连接。本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术应用相似理论，解决了以往隧道模型对原型隧道模拟不精细的问题，可以模拟多种盾构隧道环境，尤其是地下工程事故难以进行现场观测与控制的盾构隧道环境，拓宽了模型试验对盾构隧道课题的研究范围。本专利技术可以精确还原原型隧道中管片和螺栓的受力形式与工作环境，使隧道模型更好地反映相关规律，同时也使试验所得数据更加准确、可靠，有利于对盾构隧道课题更加深入的研究。附图说明图1为应用本专利技术的结构示意图之一；图2为应用本专利技术的结构示意图之二；图3为应用本专利技术的管环结构示意图；图4为应用本专利技术的封顶管片结构示意图；图5-1为应用本专利技术的标准管片外侧结构示意图；图5-2为应用本专利技术的标准管片内侧结构示意图；图6为应用本专利技术的环内管片连接结构示意图；图6-1为图6的A部祥图；图7为应用本专利技术的环间管片连接结构示意图。图中：1、封顶管片；2、标准管片；3、环间螺栓；4、环向螺栓；5、安装手孔；6、环向螺栓孔；7、环间螺栓孔；8、螺母；9、铝帽；10、紧固件。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：请参阅附图，一种用于盾构模型试验的隧道模型方法，采用以下步骤：一)采用相似理论确定用于形成隧道模型的管环数量、用于形成所有所述管环的管片数量、几何尺寸和材料以及连接所述管片的环向螺栓4和环间螺栓3的数量、几何尺寸和材料；二)制作所述管片、所述环向螺栓4和所述环间螺栓3；三)采用所述环向螺栓4将所述管片连接成多个管环；四)采用所述环间螺栓3将所有所述管环连接成隧道模型。采用上述方法制作的隧道模型与原型隧道的结构相似，包括多个沿纵向设置的管环，相邻的两个所述管环采用环间螺栓3连接，每个所述管环采用多个管片连接而成，相邻的两个所述管片之间采用环向螺栓4连接。在本实施例中，所述环间螺栓3为弯曲螺栓，所述环向螺栓4为直螺栓，在所述管片上设有与所述直螺栓对应的安装手孔5。在管片环向连接中使用直螺栓，环间连接中使用弯曲螺栓，可以减少管片中开槽的数量，使整环的拼接与装载更加方便。在本实施例中，为了方便环向螺栓4的安装，在环向螺栓4螺栓孔位置不变的情况下，将所述安装手孔5设置在所述管片的外表面上。在本实施例中，形成每个管环的所有管片可以由多个标准管片2和一个封顶管片1组成，相邻的两个所述标准管片2之间以及所述标准管片2与所述封顶管片1之间采用所述环向螺栓4连接；形成每个管环的所有管片也可以由全部由多个标准管片2组成，相邻的两个所述标准管片2之间采用所述环向螺栓4连接。在本实施例中，原型隧道管片连接处的防水条与凹凸榫不予考虑以简化安装。应用实例：首先，进行相似分析，包括模型试验中管片以及管片连接的相似关系。其中原型隧道与隧道模型在静态效应比较的参数变量主要包括：几何尺寸、材料性能、应力与变形参数以及外力。通过该理论，可得到隧道模型中管片和连接螺栓与原型隧道的相似关系，从而进一步得到相关参数，以制作管片与连接螺栓。在本应用实例中，采用相似比为20，以至于原型隧道中的某些较为细节的部分在隧道模型中难以实现。因此，以不影响试验数据的可靠性为原则，采用以下方法进行调整：一)为使环向管片间的环向螺栓在实际操作中方便安装，在螺栓孔位置不变的情况下，安装手孔5的位置由原型隧道的管片内部移至隧道模型的管片外表面。二)为使管环间的连接更加方便，在同一管环内的管片环向连接中使用直螺栓，同时，在管环间的纵向连接中使用弯曲螺栓，可以减少管片上开槽的数量。在原型隧道中，环间纵向连接和环内环向连接一般均使用弯曲螺栓。三)在管片连接处的防水条与凹凸榫在隧道模型中不予考虑以简化安装。隧道模型的制作：一)管片制作：首先，根据我国地铁隧道中常用的C50加强混凝土管片的强度及尺寸，隧道外径为6200mm，管片厚度350mm，纵向宽度1200mm，基于相似比为20，选择PP管为隧道模型的材料，确定隧道模型外径310m、管片厚17.5mm，环宽60mm。在完整的PP管基础上，首先，通过横切将PP管按照管片宽度切成单个完整圆环。然后，按照原型隧道管片所对应的圆周角，通过纵切将单个管环切割为若干管片。再将管片打磨光滑以尽可能符合设计需求。最后，按照原型隧道中安装手孔与螺栓孔的数量与分布位置在管片上钻制环向螺栓孔6和环间螺栓孔7、刻槽以形成安装手孔5用于安装螺栓。二)螺栓制作：根据原型隧道中常采用的M30螺栓的强度，基于相似比，选择铝线作为连接螺栓。螺栓长度根据隧道模型的需要确定。环向螺栓：在本应用实例中，采用直径为2mm的铝线。首先，将铝线切至设定长度，可以通过打磨端头严格控制长度。然后，在两端各设置一个螺母8。环间螺栓：直径1.6mm，长33mm。首先，在螺栓一端固定铝帽9，在另一端安装紧固件10。在隧道模型拼装时，需要在环间螺栓3上施加预先设定的预紧力，预紧力可以通过测力计精确的控制，然后，采用固定件10固定。紧固件可以保证将施加预紧力的螺栓固定而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于盾构模型试验的隧道模型制作方法，其特征在于，采用以下步骤：一)采用相似理论确定用于形成隧道模型的管环数量、用于形成所有所述管环的管片数量、几何尺寸和材料以及连接所述管片的环向螺栓和环间螺栓的数量、几何尺寸和材料；二)制作所述管片、所述环向螺栓和所述环间螺栓；三)采用所述环向螺栓将所述管片连接成多个管环；四)采用所述环间螺栓将所有所述管环连接成隧道模型。

【技术特征摘要】
1.一种用于盾构模型试验的隧道模型制作方法，其特征在于，采用以下步骤：一)采用相似理论确定用于形成隧道模型的管环数量、用于形成所有所述管环的管片数量、几何尺寸和材料以及连接所述管片的环向螺栓和环间螺栓的数量、几何尺寸和材料；二)制作所述管片、所述环向螺栓和所述环间螺栓；三)采用所述环向螺栓将所述管片连接成多个管环；四)采用所述环间螺栓将所有所述管环连接成隧道模型。2.根据权利要求1所述的用于盾构模型试验的隧道模型制作方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑刚，孙基斌，崔涛，葛隆博，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12