【技术实现步骤摘要】
一种盾构隧道双层衬砌结构模型设计与制作方法
本申请涉及土木工程、隧道工程
，尤其涉及一种盾构隧道双层衬砌结构模型设计与制作方法。
技术介绍
长距离输水隧道及城市深埋排水调蓄隧道已经成为国家基础建设的热点，该类输水隧道具有超深覆土、高内水压、受力工况复杂、耐久性和抗裂性能要求高等特点，因此，盾构隧道双层衬砌成为长距离、高内水压输水隧道的主要结构形式。然而，盾构隧道双层衬砌共作用机理尚不明确，内水压作用下混凝土衬砌的破坏机制有待研究，从而影响输水隧道衬砌的合理设计。目前，多采用盾构隧道双层衬砌1:1原型试验研究高内水压下输水隧道的受力变形规律及损伤发展规律，使用液压千斤顶模拟内水压压力，原型试验能够真实反映双层衬砌的结构变形，但是需要制作原型衬砌、液压千斤顶、反力架以及液压控制系统，试验规模大时间资金成本高，不易重复。缩尺模型试验规模小，可操作性高，但目前盾构隧道缩尺模型存在两方面缺点：(1)只考虑围岩作用下隧道受力特点，接头采用金属贴片或切槽方式处理，铁丝贯穿整环盾构管片，内水压下输水隧道受拉力作用，现有模型无法...
【技术保护点】
1.一种盾构隧道双层衬砌结构模型设计与制作方法，其特征在于，包括以下六个步骤：/n步骤(1)：确定相似比，根据实际尺寸和加载平台尺寸，考虑边界效应，首先确定模型几何相似比1：n，从而确定双层衬砌模型(8)尺寸；通过几何相似比(1：n)和重力相似比(1：1)计算其余参数相似比，其中，弹性模量相似比为1：n；抗拉刚度相似比为1：n
【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道双层衬砌结构模型设计与制作方法，其特征在于，包括以下六个步骤：
步骤(1)：确定相似比，根据实际尺寸和加载平台尺寸，考虑边界效应，首先确定模型几何相似比1：n，从而确定双层衬砌模型(8)尺寸；通过几何相似比(1：n)和重力相似比(1：1)计算其余参数相似比，其中，弹性模量相似比为1：n；抗拉刚度相似比为1：n3；抗拉刚度系数相似比为1：n2；抗剪刚度相似比为1：n3；抗弯刚度相似比为1：n5；
步骤(2)：选择模型材料，采用石膏(1)模拟混凝土，I型铁丝(2)模拟钢筋；
步骤(3)：设计拼装式外衬模具与双层衬砌模具，根据步骤(1)计算尺寸设计并制作拼装式外衬模具(3)和双层衬砌模具(4)；
步骤(4)：浇筑外衬模型，在外衬模具(3)内安装若干块分隔铁片(51)和若干颗自攻螺丝(52)，沿隧道轴线方向预留贯穿的若干个纵向连接孔(55)，利用石膏浆液整体浇筑并放入若干根I型铁丝(2)形成外衬模型(5)并养护脱模；脱模后在若干个分隔铁片(51)两侧的外衬模型(5)圆弧外表面上拧入若干颗螺钉(53)，若干颗螺钉(53)之间通过若干根II型铁丝(54)连接，用于固定II型铁丝(54)；重复上述操作，制作足够数量外衬模型(5)，并在实际盾构隧道长度将若干环外衬模型(5)的若干个纵向连接孔(55)内插入若干根铁棒(57)用于模拟纵向接头，最终形成一定长度的盾构隧道；
步骤(5)：处理接触面，接触面(6)位于外衬模型(5)与内衬模型(7)之间，根据接触面(6)形式分为不传递剪力、完全传递剪力两种工况；
步骤(6)：双层衬砌模型制作，将外衬模型(5)与铁丝笼(71)放入双层衬砌模具(4)，并配置石膏浆液一次浇入双层衬砌模具(4)形成内衬模型(7)，与外衬模型(5)、接触面(6)共同组成双层衬砌模型(8)。
2.根据权利要求1所述的模型设计与制作方法，其特征在于，所述的步骤(2)中石膏粉与水的配比根据弹性模量相似比(1：n)确定，所述的I型铁丝(2)截面面积根据抗拉刚度相似比(1：n3)确定，如下式所示：
式中，n为原型与模型几何相似比，Ec为混凝土/石膏(1)弹性模量，Es为钢筋/I型铁丝(2)弹性模量，As为钢筋/I型铁丝(2)面积，下标m指模型中数值，下标p指原型中数值。
3.根据权利要求1所述的模型设计与制作方法，其特征在于，所述的步骤(3)中外衬模具(3)由I型底板(31)、若干个I型内模块(32)、若干个I型外模块(33)...
【专利技术属性】
技术研发人员：张冬梅，卜祥洪，逄健，周文鼎，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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