一种制作盾构隧道缩尺模型的模具制造技术

本发明专利技术涉及一种制作盾构隧道缩尺模型的模具，模具在纵缝和环缝处设有楔形凸起，以使得浇筑出的管片结构模型在纵缝与环缝处有效截面减小，其中外模使用刚性材料制作，内模使用柔性材料制作，内外模具均采用四个四分之一环模具拼接，在混凝土浇筑完毕后可将四个四分之一环分别拆卸，易于脱模。与现有技术相比，本发明专利技术能够在整环浇筑的情况下，利用楔形凸起模拟真实隧道环境中管片纵缝与环缝拼接处结构强度的削弱，而无需将管片分开浇筑再拼接。本发明专利技术综合考虑了对实际隧道模型纵缝环缝处强度的削弱，以及浇筑完毕后拆模的便利性，具有使用方便、还原度高的特点，能够创造良好经济效益和科研价值。效益和科研价值。效益和科研价值。

【技术实现步骤摘要】
一种制作盾构隧道缩尺模型的模具


[0001]本专利技术涉及隧道工程领域，尤其是涉及一种制作盾构隧道缩尺模型的模具。

技术介绍

[0002]近年来，随着城市化进程的不断推进，大中城市人口突增，交通压力成为了城市面临的难题。在此背景下，地下空间的利用成为了城市规划建设的重点。其中，地铁盾构隧道具有施工速度快、节省人力、对地表影响小等优点，逐渐成为了城市地下交通施工建设的主流。然而，城市地下环境具有相当大的不确定性，对于盾构隧道施工和结构设计带来了挑战，因此很多时候需要在开展盾构施工前先行完成盾构隧道结构模型试验，来探究特定施工工法的可行性或者盾构隧道结构的安全性。
[0003]盾构隧道结构模型试验依赖于管片模型的制作。由于现有盾构隧道管片大多为钢筋混凝土材质，因此需要预先制作模具用于混凝土浇筑。然而，由于盾构隧道需要采用管片拼接，拼接后留下拼接纵缝与环缝，接缝处的结构强度势必有一定程度削弱；此外，环形管片的模具在混凝土浇筑完毕后，常常会因为混凝土和模具的粘接而难以取出，造成脱模的困难；特别是整环浇筑时，内模被混凝土包裹，其拆除异常困难。要解决上述问题，可以采用逐块浇筑管片的方式，但这种做法费时费力，容易造成模型破损，不能很好满足施工方对于试验方便、快捷的需求，也难以适应城市地铁快速建设的节奏。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制作盾构隧道缩尺模型的模具。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种制作盾构隧道缩尺模型的模具，包括外模及内模，内模嵌套于外模内，外模与内模为两个同心圆环；
[0007]所述外模的圆环内表面设有外模环缝及外模内凸起；
[0008]所述内模的圆环外表面设有内模外凸起。
[0009]进一步地，所述的外模内凸起及内模外凸起为楔形凸起，便于浇筑成型后快速脱模。
[0010]进一步地，所述外模为使用刚性材料制成的外模。
[0011]进一步地，所述内模为使用柔性材料制成的内模。
[0012]进一步地，所述内模外凸起为木制肋条，木制肋条固定于内模的圆环外表面。
[0013]进一步地，所述内模通过木板支撑定位嵌套于外模内。
[0014]进一步地，所述外模环缝及外模内凸起焊接于外模的圆环内表面。
[0015]进一步地，所述外模及内模分别沿径向分为四个环片，四个环片拼接构成一个整环。
[0016]进一步地，所述外模环缝及外模内凸起用于模拟正弯矩；
[0017]所述内模外凸起用于模拟负弯矩。
[0018]进一步地，所述外模内凸起及内模外凸起的凸起高度由纵缝相对管片的抗弯刚度缩减系数决定，根据该抗弯刚度缩减系数设置凸起高度，使得刚度等效；
[0019]理论计算公式为：
[0020][0021][0022][0023]式中EI表示管片抗弯刚度，EI
接
表示接缝抗弯刚度，E为管片材料的弹性模量，I为截面惯性矩，h为管片厚度，b为管片环宽，H为接缝处管片厚度，λ为抗弯刚度缩减系数。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]1、本专利技术通过在内模设置凸起模拟负弯矩，在外膜设置凸起模拟正弯矩，能够在整环浇筑的情况下，使得浇筑出的管片结构模型在纵缝与环缝处有效截面减小，从而较好地模拟真实隧道环境中管片纵缝与环缝拼接处结构强度的削弱。
[0026]2、使用本专利技术提出的模具制作模型，采用整环浇筑的方式，可以直接同时浇筑多环隧道管片，节省管片制作时间，而无需将管片分开浇筑再拼接。
[0027]3、本专利技术通过将内模及外模分别沿径向分为四个环片，四个环片拼接构成一个整环，实现浇筑完毕后模具能够轻易拆卸，可以直接将外模沿管片径向取下，而无需沿轴向缓慢抽出。
[0028]4、本专利技术中外模采用刚性材料制成，外模可以循环使用，拆除时直接沿径向拉出即可，无需从沿轴向拉出。内模采用柔材料制作而成，不仅制作方便，同时柔性材料易于撕扯，从而能够快速拆卸，节约了脱模时间。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的外模结构示意图；
[0030]图2为本专利技术的内模结构示意图；
[0031]图3为浇筑完成的盾构隧道管片示意图。
[0032]附图标记：1
‑
外模，2
‑
外模环缝，3
‑
外模内凸起，4
‑
内模外凸起，5
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内模，6
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管片内纵缝，7
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管片外纵缝，8
‑
管片环缝。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0034]针对现有技术中盾构隧道模型制作存在的问题与分块浇筑的缺陷，本专利技术提出了一种制作盾构隧道缩尺模型的模具，考虑在整环浇筑的前提下设置模具楔形凸起，使管片
模型出现凹槽以模拟截面强度削弱的特性；模拟纵缝的凹槽又分为内凹槽和外凹槽，承受正弯矩的纵缝设置内凹槽，承受负弯矩的纵缝设置外凹槽；同时，整环采用4个1/4环模具拼接而成，外模采用刚性材料制成，内模采用柔性材料制成，方便浇筑完毕后拆模。
[0035]具体的，如图1
‑
3所示，模具包括外模1及内模2，内模2嵌套于外模1内，外模1与内模2为两个同心圆环；
[0036]外模1的圆环内表面设有外模环缝2及外模内凸起3；内模2的圆环外表面设有内模外凸起4，用于减小接缝处有效截面面积。
[0037]本实施例中，外模内凸起3及内模外凸起4设置为楔形凸起，方便模型制作完后脱落模型。
[0038]外模1及内模2分别沿径向分为四个环片，四个环片拼接构成一个整环。外模环缝2及外模内凸起3焊接于外模1的圆环内表面。内模外凸起4为木制肋条，木制肋条固定于内模2的圆环外表面。
[0039]外模1为使用刚性材料制成的外模，内模2为使用柔性材料制成的内模。本实施例中，外模1采用钢板制成，外模可以循环使用，拆除时直接沿径向拉出即可，无需从沿轴向拉出。内模2采用柔性PVC薄板制作而成，不仅制作方便，同时PVC薄板柔度大，易于撕扯，从而能够快速拆卸，节约了脱模时间。
[0040]本实施例中，内模2通过木板支撑定位嵌套于外模1内。
[0041]与现有技术相比，本专利技术提出的制作盾构隧道缩尺模型的模具，能够在整环浇筑的情况下，较好地模拟真实隧道环境中管片纵缝与环缝拼接处结构强度的削弱。其中需要经过结构计算找到承受正、负弯矩的纵缝位置，在内模2设置凸起模拟负弯矩，在外膜1设置凸起模拟正弯矩。进而通过理论计算纵缝相对管片的抗弯刚度缩减系数，根据该系数设置凹槽的深度，使得刚度等效。
[0042]理论计算公式为：
[0043][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制作盾构隧道缩尺模型的模具，其特征在于，包括外模(1)及内模(2)，内模(2)嵌套于外模(1)内，外模(1)与内模(2)为两个同心圆环；所述外模(1)的圆环内表面设有外模环缝(2)及外模内凸起(3)；所述内模(2)的圆环外表面设有内模外凸起(4)。2.根据权利要求1所述的一种制作盾构隧道缩尺模型的模具，其特征在于，所述的外模内凸起(3)及内模外凸起(4)为楔形凸起。3.根据权利要求1所述的一种制作盾构隧道缩尺模型的模具，其特征在于，所述外模(1)为使用刚性材料制成的外模。4.根据权利要求1所述的一种制作盾构隧道缩尺模型的模具，其特征在于，所述内模(2)为使用柔性材料制成的内模。5.根据权利要求1所述的一种制作盾构隧道缩尺模型的模具，其特征在于，所述内模外凸起(4)为木制肋条，木制肋条固定于内模(2)的圆环外表面。6.根据权利要求1所述的一种制作盾构隧道缩尺模型的模具，其特征在于，所述内模(2)通过木板支撑定位嵌套于外模(1)内。7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张姣龙，柳献，袁勇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：