一种深隧整环试验方法技术

本发明专利技术提供一种深隧整环试验方法，包括如下步骤：一、根据实验砌衬管片环理论埋设深度下应承受围岩压力和砌衬管片环自重计算受力特性，并选择加载方案；二、制备纵向加载反力框架、外侧径向加载反力框架和内侧径向加载反力框架：制备实验砌衬管片环；三、基于步骤一所选择测点，在纵向加载反力框架、外侧径向加载反力框架、内侧径向加载反力框架上对应各测点安装油缸；并按照上述加载方案，将外侧油缸和内侧油缸被分为数个载荷组，每组载荷组的油缸由一组顶升液压装置驱动；四、根据上述加载方案，驱动纵向油缸、外侧油缸和内侧油缸中的一种或多种，对实验砌衬管片环进行分级加载。该方法精度高、可有效抑制PID控制器微调。

A Test Method for Deep Tunnel Ring

The invention provides a test method for the whole ring of a deep tunnel, which includes the following steps: firstly, calculating the stress characteristics of the segment ring under the surrounding rock pressure and the self-weight of the segment ring under the theoretical buried depth of the experimental lining, and selecting the loading scheme; secondly, preparing the longitudinal loading reaction frame, the lateral radial loading reaction frame and the inner radial loading reaction frame: preparing the segment ring of the experimental lining; 3. Based on step 1, the cylinders are installed at the corresponding measuring points on the longitudinal loading reaction frame, the lateral radial loading reaction frame and the inner radial loading reaction frame. According to the above loading scheme, the outer and inner cylinders are divided into several load groups, each group of cylinders is driven by a group of lifting hydraulic devices; 4. According to the above loading scheme, the cylinders are driven by a group of lifting hydraulic devices. One or more of the dynamic longitudinal cylinders, the lateral cylinders and the inner cylinders are loaded step by step on the experimental lining segment rings. This method has high precision and can effectively restrain the fine tuning of the PID controller.

【技术实现步骤摘要】
一种深隧整环试验方法
本专利技术涉及隧道砌衬管片，尤其涉及一种深隧整环试验方法。
技术介绍
地铁隧道建成运营后，随着运营时间的不断累积，由于地铁衬砌先天的质量缺陷，很容易导致衬砌开裂、脱落、混凝土碳化、渗漏水等病害的发生。其中地铁隧道衬砌结构开裂是最为常见的病害情况，也是隧道内渗漏、翻浆冒泥、掉块等各种病害的直接诱因。隧道衬砌裂缝的形成原因繁多且非常复杂，因此探究隧道衬砌开裂的成因、发展以及整体破坏情况，常用的试验方法是现场原位试验或室内模型实验。前者更具真实性及可靠性，但实验受地形地质等外界影响影响因素较大，实验可控性差，实验难度远大于后者。后者模型试验难度小，可操作性强，受外界影响较小，适用范围广，在探究隧道病害机理的实验中，也是应用最多的手段。现有的用于隧道模型试验的加载试验台，大体分为两种，一种是将作用力施加在隧道周围的土体上，这种加载试验台考虑到了隧道结构与围岩的相互作用，但是由于考虑模型的边界效应，隧道模型的大小受到明显的限制，该种试验台只能完成小比例尺的加载试验，不易于观察隧道衬砌病害的形成以及发展，结构受力也相对的不够明确；另外一种是采用直接加载的方式，模拟隧道围岩土体的受力情况，将作用力直接施加在隧道模型上，不受隧道边界效应的约束，可完成大比例尺的加载试验，适用范围更加广泛，而且有利于观察隧道衬砌的病害在加载过程中，从材料的微观损伤到结构宏观的局部破坏再到结构整体失稳的整个渐进的破坏失稳过程。如申请号为201810386841.9的中国专利公开了一种隧道三维模型加载试验台及用于隧道病害观察的试验方法，其结构为：包括内部穿设隧道模型的反力框架基础，放置并移动隧道模型的轮轨装置，模拟荷载的加载系统，以及量测系统；反力框架基础包括底板、设置在底板上的门形框架和设置在门形框架内的弧面反力框架；轮轨装置包括底板上方的轨道、可沿轨道相对滑动的平移车和设置在平移车上的模型底座，所述模型底座底部通过基座弹簧与平移车连接；加载系统包括设置在弧面反力框架内侧的加载装置，顶撑在隧道模型顶部外侧壁上的弧面加载板，连接加载装置和弧面加载板的加载弹簧；量测系统包括压力传感器和位移计，所述压力传感器设置在弧面加载板上和模型底座上，位移计设置在隧道模型的内侧壁上。所述加载装置包括千斤顶和为千斤顶输出压力的液压泵组，千斤顶为2组，与门形框架的位置相对应设置，每组千斤顶的数量为7个，沿隧道模型的周向、均匀间隔布置在隧道模型的侧壁和顶壁外侧。上述这种加载装置的液压系统控制精度较差，设定压力与实际压力差值较大，当对整个环形管片加载时，如整个管片环合力不为零时，整个环会移动。在试验中要进行不同等级、不同方向的力加载，合力必须为零。要求每组油缸的压力精确控制压力误差极小。而上述加载装置很难满足高精度的测试需求。对现有技术存在的缺陷，提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术结构上的缺点，提出一种深隧整环试验方法，该深隧整环试验方法设置纵向加载反力机构、外侧径向加载反力机构和内侧径向加载反力机构，采用系统压力以及油缸无杆腔压力作为反馈，并通过PID闭环控制蓄能器和比例溢流阀控制油缸加载载荷，其精度较高。为了达到上述专利技术目的，本专利技术实施例提出的一种深隧整环试验方法，通过以下技术方案实现的:一种深隧整环试验方法，用于对安装在可移动支座上的砌衬管片环进行加载实验，其特征在于该方法包括如下步骤：一、根据实验砌衬管片环理论埋设深度下应承受围岩压力和砌衬管片环自重计算受力特性，并基于该受力特性选择加载方案，所述加载方案包括需要施加荷载的测点以及各测点的加载载荷；二、制备纵向加载反力框架、外侧径向加载反力框架和内侧径向加载反力框架：制备实验砌衬管片环；并将实验砌衬管片环、纵向加载反力框架、外侧径向加载反力框架和内侧径向加载反力框架装配定位；三、基于步骤一所选择测点，在纵向加载反力框架上对应各测点安装纵向油缸，在外侧径向加载反力框架上对应各测点安装外侧油缸，在内侧径向加载反力框架上对应各测点安装内侧油缸；并按照步骤一所选择的加载方案，将外侧油缸和内侧油缸被分为数个载荷组，每组载荷组的油缸由一组顶升液压装置驱动，使任意一组载荷组内的油缸加载载荷相同；四、根据步骤一所确定的加载方案，驱动纵向油缸、外侧油缸和内侧油缸中的一种或多种，对实验砌衬管片环进行分级加载：A、PID控制器控制顶升液压装置来驱动油缸开始伸出，在PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息形成稳定值之前，对系统压力进行闭环控制，由系统压力信息作为反馈，并根据上述反馈数据对加载载荷进行控制；B、在所述PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息形成稳定值后，采用油缸无杆腔的压力闭环控制，由油缸无杆腔压力信息作为反馈，并根据上述反馈数据对加载载荷进行控制；C、在达到设定压力等级后按设定时间保压，并测量实验数据；之后继续采用油缸无杆腔压力闭环控制，控制油缸进一步伸出以进入下一压力等级；D、重复步骤C，直至完成所述加载方案；在上述加载过程中，各载荷组中油缸的加载载荷随对应管片理论埋设深度递增而递增。步骤B、C、D中还包括以下步骤：a、根据无杆腔压力信息和PID控制器计算的内部目标值计算判断系统超调量是否高于设定的超调阈值：若高于超调阈值，进行步骤F；若未高于超调阈值，进行步骤G；b、超调补偿控制器切断所述PID控制器和D/A转换模块之间数据连接，并向D/A转换模块输入抑制超调修正信息，直至系统超调量低于超调阈值，恢复所述PID控制器和D/A转换模块之间数据连接；c、根据PID计算的内部目标值进行PID计算和控制。加载方案包括仅外侧油缸加载方案和仅内侧油缸加载方案；在所述仅外侧油缸加载方案和仅内侧油缸加载方案中，步骤B、C、D中还包括以下步骤:当检测无杆腔压力超过设定阈值后，基于各载荷组的无杆腔压力选择载荷组中加载载荷最高的一组或多组，PID控制器控制被选择载荷组的油缸以0.5-2Hz的频率周期性往复伸缩；在所述往复伸缩过程中，PID控制器输出的加载数据最高值为内部目标值，最低值为(内部目标值-压力误差)。顶升液压装置中包括由电机驱动的泵、带放大器的比例溢流阀、蓄能器和电磁换向阀；泵的进油口连接到油箱，泵的出油口通过单向阀连接第一压力传感器、比例溢流阀的第一油口和电磁换向阀的第一油口；比例溢流阀的第二油口连接蓄能器；电磁换向阀的第二油口连接分流模块，通过分流后连接第二压力传感器，并连接到外侧径向加载反力机框架或内侧径向加载反力机框架中的一组载荷组的各个油缸的无杆腔；该组载荷组油缸有杆腔连接回对应的分流模块，通过合流后连接电磁换向阀的第三油口；电磁换向阀的第四油口通过回油管路连接回油箱。外侧油缸和内侧油缸均被分为9个载荷组。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、采用系统压力以及油缸无杆腔压力作为反馈，并通过PID闭环控制蓄能器和比例溢流阀控制油缸加载载荷，实现全自动控制。在整个实验中，油缸从原始状态开始伸出，油缸没有接触到管片，油缸无杆腔压力未形成稳定值，对系统的压力闭环控制，由油泵系统压力作为反馈。这样油缸接触管片时压力误差较小。当油缸接触管片时，油缸无杆腔压力形成稳定值，对油缸无杆腔的压力闭环控制，由油缸无杆腔压力作为反馈，精度误差小于0.1Kg/cm2。2、按照实验要求规范，在试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深隧整环试验方法，用于对安装在可移动支座上的砌衬管片环进行加载实验，其特征在于该方法包括如下步骤：一、根据实验砌衬管片环理论埋设深度下应承受围岩压力和砌衬管片环自重计算受力特性，并基于该受力特性选择加载方案，所述加载方案包括需要施加荷载的测点以及各测点的加载载荷；二、制备纵向加载反力框架、外侧径向加载反力框架和内侧径向加载反力框架：制备实验砌衬管片环；并将实验砌衬管片环、纵向加载反力框架、外侧径向加载反力框架和内侧径向加载反力框架装配定位；三、基于步骤一所选择测点，在纵向加载反力框架上对应各测点安装纵向油缸，在外侧径向加载反力框架上对应各测点安装外侧油缸，在内侧径向加载反力框架上对应各测点安装内侧油缸；并按照步骤一所选择的加载方案，将外侧油缸和内侧油缸被分为数个载荷组，每组载荷组的油缸由一组顶升液压装置驱动，使任意一组载荷组内的油缸加载载荷相同；四、根据步骤一所确定的加载方案，驱动纵向油缸、外侧油缸和内侧油缸中的一种或多种，对实验砌衬管片环进行分级加载：A、PID控制器控制顶升液压装置来驱动油缸开始伸出，在PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息形成稳定值之前，对系统压力进行闭环控制，由系统压力信息作为反馈，并根据上述反馈数据对加载载荷进行控制；B、在所述PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息形成稳定值后，采用油缸无杆腔的压力闭环控制，由油缸无杆腔压力信息作为反馈，并根据上述反馈数据对加载载荷进行控制；C、在达到设定压力等级后按设定时间保压，并测量实验数据；之后继续采用油缸无杆腔压力闭环控制，控制油缸进一步伸出以进入下一压力等级；D、重复步骤C，直至完成所述加载方案；在上述加载过程中，各载荷组中油缸的加载载荷随对应管片理论埋设深度递增而递增。...

【技术特征摘要】
1.一种深隧整环试验方法，用于对安装在可移动支座上的砌衬管片环进行加载实验，其特征在于该方法包括如下步骤：一、根据实验砌衬管片环理论埋设深度下应承受围岩压力和砌衬管片环自重计算受力特性，并基于该受力特性选择加载方案，所述加载方案包括需要施加荷载的测点以及各测点的加载载荷；二、制备纵向加载反力框架、外侧径向加载反力框架和内侧径向加载反力框架：制备实验砌衬管片环；并将实验砌衬管片环、纵向加载反力框架、外侧径向加载反力框架和内侧径向加载反力框架装配定位；三、基于步骤一所选择测点，在纵向加载反力框架上对应各测点安装纵向油缸，在外侧径向加载反力框架上对应各测点安装外侧油缸，在内侧径向加载反力框架上对应各测点安装内侧油缸；并按照步骤一所选择的加载方案，将外侧油缸和内侧油缸被分为数个载荷组，每组载荷组的油缸由一组顶升液压装置驱动，使任意一组载荷组内的油缸加载载荷相同；四、根据步骤一所确定的加载方案，驱动纵向油缸、外侧油缸和内侧油缸中的一种或多种，对实验砌衬管片环进行分级加载：A、PID控制器控制顶升液压装置来驱动油缸开始伸出，在PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息形成稳定值之前，对系统压力进行闭环控制，由系统压力信息作为反馈，并根据上述反馈数据对加载载荷进行控制；B、在所述PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息形成稳定值后，采用油缸无杆腔的压力闭环控制，由油缸无杆腔压力信息作为反馈，并根据上述反馈数据对加载载荷进行控制；C、在达到设定压力等级后按设定时间保压，并测量实验数据；之后继续采用油缸无杆腔压力闭环控制，控制油缸进一步伸出以进入下一压力等级；D、重复步骤C，直至完成所述加载方案；在上述加载过程中，各载荷组中油缸的加载载荷随对应管片理论埋设深度递增而递增。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈浩，曾华，陶镛光，
申请(专利权)人：上海电气液压气动有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31