一种模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置制造方法及图纸

一种模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置，所述试验装置包括模型箱、隧道模型、承重结构、列车加载设备、传感器组、服务器、水箱、造浪装置和清淤装置，所述隧道模型位于模型箱内，所述承重结构用以支撑列车加载设备和隧道模型，所述传感器组位于模型箱内和隧道模型上，所述服务器位于模型箱外侧，所述造浪装置位于模型箱内，所述水箱和清淤装置位于模型箱内并分别与相应外接动力装置相连。本发明专利技术可以较真实地模拟地铁列车在不同水位、不同水波和不同深埋运营时的振动，为研究越江地铁运营对隧道结构、周围环境产生的振动问题提供有效可行的试验装置。

An experimental device for simulating the operation vibration of a subway tunnel crossing the river

【技术实现步骤摘要】
一种模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置
本专利技术涉及地下工程试验
，尤其涉及一种模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置。
技术介绍
随着我国城市地铁建设的迅速发展，地铁运营引发的环境振动问题也日渐凸显，地铁列车荷载较大，长期循环荷载作用下必然会影响其正常运行。并且，地铁列车振动会以波的形式通过地基传递到周围土体，对邻近建(构)筑物产生影响。地铁在很多城市会穿过江水河流，比如上海市地铁穿过黄浦江，杭州市地铁穿过钱塘江，水位不同的情况下，越江地铁隧道对周围环境的影响也有所不同。并且水不是静止不动的，有风或潮水时也会带来不同的影响。因此关于地铁列车在水下运行振动效应的研究，对指导地铁隧道在水下施工和控制工后沉降具有重要意义。在地铁列车移动荷载设计模拟方面，国内尚无可控制水位和水波变化的地铁室内模型。目前，城市轨道交通建设速度越来越快，而相应的模拟试验、理论研究等仍较为滞后，是当前工程界的一大热点课题。本套系统尽可能地按照地铁实际情况进行缩尺寸模拟，加上可控制水位、制造水波和清淤等装置，可广泛应用于城市越江地铁隧道工程动力响应等方向的科学研究。科研及工程人员可以充分地对地铁在水下运营振动环境中的响应问题进行系统试验分析，探索地铁隧道结构、周围土体的振动变形机理，用以指导工程实践，提高地铁运行安全性，优化轨道交通建设。另一方面，目前地铁运营全比尺模型模拟难度较大、经济成本高，且水下结构状态较难控制，模拟不同土质、不同水位和不同水波的地铁运营情况较难实现。缩尺寸模型可以较好地解决上述问题，为试验工作、理论分析、现场测试布置等搭建了互相联系的桥梁，试验所获得的相关数据，亦将为地铁隧道工程建设和运行提供咨询，完善城市轨道交通建设。
技术实现思路
为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术目的在于提供一种模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置，可以较真实地模拟地铁列车在不同水位、不同水波和不同深埋运营时的振动，为研究越江地铁运营对隧道结构、周围环境产生的振动问题提供有效可行的试验装置。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置，包括模型箱、隧道模型、承重结构、列车加载设备、传感器组、服务器、水箱、造浪装置和清淤装置，所述隧道模型位于模型箱内，所述承重结构用以支撑列车加载设备和隧道模型，所述传感器组位于模型箱内和隧道模型上，所述服务器位于模型箱外侧，所述造浪装置位于模型箱内，所述水箱和清淤装置位于模型箱内并分别与相应外接动力装置相连。进一步，所述模型箱由钢板和钢化玻璃拼接成宽4m、高4m、长6m的模型，阻尼材料为10cm厚的泡沫塑料板设置在模型箱边缘位置。再进一步，所述隧道模型参照杭州地铁实际尺寸缩尺寸比例为3:20(相关专业人员可根据不同实验室条件参考本专利技术所述内容调整模型尺寸)，包含管片环(环间用螺丝相连，错缝拼接)、道床、轨枕、钢轨、分配梁和土体，其中管片环置于土体中，道床直接与管片相连，道床上方设置轨枕和钢轨形成轨排结构，以及分配梁；管片环衬砌模型直径0.62m，厚度4cm；轨道总长6m道床设为整体式道床；经计算隧道模型在水中浮力大于重力，因此将隧道模型两侧管片环加长至7m用以固定。更进一步，所述承重结构中，钢架用以支撑加载设备，钢架包含两个钢结构立柱、一个钢结构横梁；在隧道两侧延长部分分别用钢结构圆环、钢结构立柱固定隧道。所述列车加载设备包括激振器4个、压力传感器4个和动态信号测试系统1套，其中激振器用以模拟地铁列车移动荷载，压力传感器与动态信号测试系统相连，通过测试数据和实时传输结果，检测激振器施加的荷载及周期是否符合要求。所述传感器组包含位移传感器组、加速度传感器组和应变片，根据不同位置需要测试的内容埋设相应的测试仪器。位移传感器组埋设在土体中用以测试土层位移，加速度传感器组布置在轨道处用以测试振动加速度值，应变片布置在隧道模型上用以测试结构变形值。所述水箱包括带通水孔的铝板、刻度尺、支架、支架固定螺丝、阀门、水压变送器和流量计，其中带通水孔的铝板通过支架和螺丝连接固定在水箱内壁，并粘贴刻度尺在模型箱钢化玻璃上，用以调节和观测记录水位变化情况。水压变送器通过水管连接阀门和流量计,用以控制模型箱内的水位。所述造浪装置包括电动机、推板、连杆、平台和升降杆，通过计算机连通并控制安装在平台上的电动机，电动机带动连杆运动，连杆带动推板来回运动，从而推板来回推水带动模型箱内水运动形成波浪。计算机控制安装在平台上的升降杆，调节升降杆高低以根据试验所需水位升降平台，使推板能够推到水体。所述清淤装置包括可伸缩管道、电动马达、风扇、排气口、控制按钮和容器，通过控制按钮控制伸缩管道伸到模型箱中的淤泥堆积处，再通过控制按钮打开电动马达，使风扇开始旋转，将堆积的淤泥通过管道吸入容器中，完成清理堆积淤泥。本专利技术的有益效果表现在：(1)模拟地铁列车在不同水位、不同水波、不同深埋状态下的地铁振动响应；(2)可用于模拟越江地铁隧道运营振动，适用于水下复杂工况地铁振动研究，为越江地铁隧道地铁运营对隧道结构及周围环境的影响研究提供可靠、便捷的试验平台。附图说明图1为隧道截面方向剖面图；图2为试验装置俯视图；图3为整体模型剖面；图4为带通孔的铝板；图5为造浪装置细部图；图6为清淤装置细部图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术。应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。参照图1至图6所示，一种模拟地铁在水下运营振动的试验装置，包括模型箱1、隧道模型2、承重结构3、列车加载设备4、传感器组5、服务器、水箱6、造浪装置7和清淤装置8，所述隧道模型位于模型箱内，所述承重结构用以支撑列车加载设备和隧道模型，所述传感器组位于模型箱内和隧道模型上，所述服务器位于模型箱外侧，所述造浪装置位于模型箱内，所述水箱和清淤装置位于模型箱内并分别与相应外接动力装置相连。所述模型箱1，由钢板1-1和钢化玻璃1-2拼接而成，宽4m、高4m、长6m。钢化玻璃1-2是为了方便看清水位刻度。模型箱内下部按研究所需隧道埋深填充砂土、黏土等填充土1-3。并根据试验所需水位加水1-4，可没过填充土。在模型箱内部边缘位置加入10cm厚的泡沫塑料板作为阻尼材料用以减少模型箱壁的反射效应、模拟土体边界条件，提高试验精度。所述隧道模型2，由管片环2-1、道床2-2、轨枕2-3、钢轨2-4、分配梁2-5组成，所述PE管片环2-1的环间采用螺丝相连，错缝拼接模拟隧道衬砌管片，置于土层1-3中，在管片环2-1内侧底部插入竖向螺丝，而后直接浇筑石膏浆形成道床2-2；用氯仿将等距离摆放的轨枕2-3和钢轨2-4粘结形成轨排结构，并按图3中的间距粘结四道分配梁2-5，待第一层整体道床初凝后，将轨排结构置于道床上，再浇筑石膏浆使轨枕完全嵌固在道床内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括模型箱、隧道模型、承重结构、列车加载设备、传感器组、服务器、水箱、造浪装置和清淤装置，所述隧道模型位于模型箱内，所述承重结构用以支撑列车加载设备和隧道模型，所述传感器组位于模型箱内和隧道模型上，所述服务器位于模型箱外侧，所述造浪装置位于模型箱内，所述水箱和清淤装置位于模型箱内并分别与相应外接动力装置相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括模型箱、隧道模型、承重结构、列车加载设备、传感器组、服务器、水箱、造浪装置和清淤装置，所述隧道模型位于模型箱内，所述承重结构用以支撑列车加载设备和隧道模型，所述传感器组位于模型箱内和隧道模型上，所述服务器位于模型箱外侧，所述造浪装置位于模型箱内，所述水箱和清淤装置位于模型箱内并分别与相应外接动力装置相连。


2.如权利要求1所述的模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置，其特征在于，所述模型箱由钢板和钢化玻璃拼接成宽4m、高4m、长6m的模型，阻尼材料为10cm厚的泡沫塑料板设置在模型箱边缘位置。


3.如权利要求1或2所述的模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置，其特征在于，所述隧道模型包含管片环、道床、轨枕、钢轨、分配梁和土体，其中管片环置于土体中，道床直接与管片相连，道床上方设置轨枕和钢轨形成轨排结构，以及分配梁；管片环衬砌模型直径0.62m，厚度4cm；轨道总长6m道床设为整体式道床；经计算隧道模型在水中浮力大于重力，因此将隧道模型两侧管片环加长至7m用以固定。


4.如权利要求1或2所述的模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置，其特征在于，所述承重结构中，钢架用以支撑加载设备，钢架包含两个钢结构立柱、一个钢结构横梁；在隧道两侧延长部分分别用钢结构圆环、钢结构立柱固定隧道。


5.如权利要求1或2所述的模拟越江地铁隧道运营振动的试验装置，其特征在于，所述列车加载设备包括激振器4个、压力传感器4个和动态信号测试系统1套，其中激振器用以模拟地铁列车移动荷载，压力传感器与动态信号测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁智，金佳颖，张霄，魏新江，黄君彦，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33