盾构管片足尺自适应加载系统和方法技术方案

本申请提供一种盾构管片足尺自适应加载系统和方法，涉及地下工程技术领域，盾构管片足尺自适应加载系统包括环形反力墙、试验加载装置和支座支承装置；试验加载装置安装于环形反力墙，用于对完成拼装的盾构管片环自动施加法向载荷；支座支承装置安装于环形反力墙，用于与盾构管片环抵接，以记载处于被动承载状态下的盾构管片环与土体之间的相互作用特征。采用以试验加载装置为主的荷载边界和以支座支承装置为主的变形边界相结合的混合加载方案，结合隧道断面测量数据等相关资料，能够还原盾构管片的真实受力状态和病害发展机理。构管片的真实受力状态和病害发展机理。构管片的真实受力状态和病害发展机理。

【技术实现步骤摘要】
盾构管片足尺自适应加载系统和方法


[0001]本专利技术涉及地下工程
，具体而言，涉及一种盾构管片足尺自适应加载系统和方法。

技术介绍

[0002]盾构隧道已成为当今轨道交通工程建设的首选形式，其不受地面交通、河道、航运、潮、季节、气候等条件的影响，具有施工速度快、沉降控制效果优、保护环境效果好、可适应市区和建筑密集处施工等一系列优点，正处于快速推广、应用和发展阶段。但在具体建设和运营过程中，受隧道洞身范围内土体性质变化、外部环境条件改变等多种因素的影响，盾构管片的实际受力变形特征，较设计工况相比，发生明显改变，产生了诸如螺栓断裂、接头损坏、混凝土剥落、裂缝等一系列的结构病害，对隧道的运营安全和长期稳定性造成了一定影响。专利技术人发现，出现这一现象的原因，主要由于对盾构管片的极限承载性能和结构病害发展过程等关键技术问题了解不清。
[0003]盾构管片结构加载试验是现阶段揭示盾构管片的受力变形特征、极限承载性能和病害发展机理最为直观、准确的测试手段。目前，国内外已经有较多学者开发了盾构管片原型试验加载装置，根据管片放置方式可以分为平躺式和站立式，按管片环数可以分为单环式和多环式；荷载施加方案主要包括对拉千斤顶、环箍力等几大类，可通过人为主动控制荷载量值来模拟盾构隧道周边可能受到的水土压力、隧道纵向力，进行水平、竖向加载。为尽可能模拟盾构隧道周边可能存在的多种荷载分布模式，实现非对称荷载或多种荷载工况连续变化的加载技术要求，提出了一系列诸如增加抗力弹簧(CN110618037A)、非对称荷载加载试验系统(CN112857988A)等一系列改进方案。
[0004]专利技术人在研究中发现，现有的试验系统至少存在如下技术问题：
[0005]1、盾构管片边界约束条件单一：盾构管片结构荷载均由加压油缸或千斤顶提供，多属于荷载主动控制的单一加载方案，通过调整荷载量值大小来调整盾构管片周边的荷载分布模式，对其变形和病害发展过程开展研究工作；各油缸分组内的顶进荷载通过结构软件计算得到，现场测试难度较大，室内外试验成果存在较大差异。
[0006]2)油缸或千斤顶荷载施加方向无法改变：盾构管片足尺加载试验开始前，荷载施加方向均指向管片圆心；但在实际管片加载过程中，盾构管片变形持续发展，引起荷载施加方向发生改变，产生偏心，从而对试验测试结果造成一定影响。这一试验边界条件的差异，与管片的实际使用工况、理论计算方法均不一致。目前，现有的管片加载试验系统尚无法实现荷载施加方向随着管片变形而自适应动态调整的加载技术要求；
[0007]3)盾构管片尺寸不可调整：目前，现有的管片足尺加载试验系统多针对特定尺寸、形状的盾构隧道进行开发，尚无法实现相同系统、不同管片内径尺寸的试验加载技术要求，无法适应隧道及地下工程建设的发展需要。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种盾构管片足尺自适应加载系统和方法，其能够改善现有技术中存在的至少一个技术缺陷。
[0009]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种盾构管片足尺自适应加载系统，包括：
[0011]环形反力墙、试验加载装置、支座支承装置；所述试验加载装置安装于所述环形反力墙，用于对完成拼装的盾构管片环自动施加法向载荷；所述支座支承装置安装于所述环形反力墙，用于与盾构管片环抵接，以记载处于被动承载状态下的盾构管片环与土体之间的相互作用特征。
[0012]在可选的实施方式中，所述环形反力墙设置为钢筋混凝土墙。
[0013]在可选的实施方式中，所述试验加载装置包括环设于所述环形反力墙的多个加载单元，每个所述加载单元均包括预埋件、过渡支架、加载器和传力支架，所述预埋件固定于所述环形反力墙上，所述过渡支架与所述加载器的一端可转动地配合，所述传力支架与所述加载器的另一端可转动地配合，所述传力支架用于将载荷施加于所述盾构管片环的外周面上。
[0014]在可选的实施方式中，加载器设置为配置有定压溢流阀的加载油缸。
[0015]在可选的实施方式中，所述过渡支架的在所述加载器的伸缩方向上的尺寸可调。
[0016]在可选的实施方式中，所述加载单元还包括弧形加载板，所述弧形加载板与所述传力支架连接，所述弧形加载板具有内凹面，所述内凹面用于与盾构管片环的外周面抵接。
[0017]在可选的实施方式中，所述弧形加载板包括相连的金属板和橡胶垫衬，所述金属板具有内凹面，所述橡胶垫衬位于所述内凹面上，所述橡胶垫衬用于与盾构管片环抵接。
[0018]在可选的实施方式中，所述试验加载装置还包括两个金属盖板，所述两个金属盖板用于分别设于盾构管片环的轴向上的两端，每个所述金属盖板用于与盾构管片环接触的板面上设置有润滑层；所述金属盖板用于模拟盾构管片环相邻环之间的相互作用力。
[0019]在可选的实施方式中，所述支座支承装置包括多组压力传感器和变形可控和填充材料可选的支承支架，所述支承支架用于被夹持于所述环形反力墙和盾构管片环之间，所述多组压力传感器均分布于所述支承支架上。
[0020]第二方面，本专利技术提供一种盾构管片足尺自适应加载方法，基于前述实施方式中任一项所述的盾构管片足尺自适应加载系统，该加载方法包括：
[0021]步骤S100，在拟试验位置向下开挖基坑形成盾构管片放置区域；
[0022]步骤S200，在基坑的底部铺设形成混凝土底板；在基坑四周进行地基加固形成环形反力墙；
[0023]步骤S300，在所述盾构管片放置区域内，完成盾构管片环现场拼装；布置盾构管片环的受力特征监测系统、变形监测系统和病害影像采集系统；
[0024]步骤S400，在所述环形反力墙和盾构管片放置区域之间安装试验加载装置和支座支承装置。
[0025]在可选的实施方式中，所述布置盾构管片环的受力特征监测系统、变形监测系统和病害影像采集系统的步骤包括：
[0026]盾构管片环拼装过程中，在相邻管片的接缝、内外侧布置箔式应变片、钢筋计和表
面应变传感器；在盾构管片环围成的区域中布置全站仪；在盾构管片环围成的区域中布置激光扫描仪。
[0027]本专利技术实施例的有益效果是：
[0028]综上所述，本实施例提供的盾构管片足尺自适应加载系统，采用以试验加载装置为主的荷载边界和以支座支承装置为主的变形边界相结合的混合加载方案，结合隧道断面测量数据等相关资料，能够还原盾构管片的真实受力状态和病害发展机理。一般来说，既有盾构隧道洞身周边土层由多种土层相互组合而成。对于水敏性土体，一旦浸水，发生明显弱化，土体所能够提供的抗力发生明显衰减，结构变形持续发展。本实施例实施的过程中，通过分区、分级控制试验加载荷载的量值可实现不同荷载分布模式、对称或非对称荷载工况下的主动加载技术要求。而对于非水敏性土体，在浸水前后，其土体性质不会发生明显改变，可稳定的为隧道结构提供支承力，且对应范围内的结构变形始终处于相对较小的数值范围内，对应的，在本实施例实施的过程中，通过设置填充材料可变的支座支承装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构管片足尺自适应加载系统，其特征在于，包括：环形反力墙、试验加载装置、支座支承装置；所述试验加载装置安装于所述环形反力墙，用于对完成拼装的盾构管片环自动施加法向载荷；所述支座支承装置安装于所述环形反力墙，用于与盾构管片环抵接，以记载处于被动承载状态下的盾构管片环与土体之间的相互作用特征。2.根据权利要求1所述的盾构管片足尺自适应加载系统，其特征在于：所述环形反力墙设置为钢筋混凝土墙。3.根据权利要求1所述的盾构管片足尺自适应加载系统，其特征在于：所述试验加载装置包括环设于所述环形反力墙的多个加载单元，每个所述加载单元均包括预埋件、过渡支架、加载器和传力支架，所述预埋件固定于所述环形反力墙上，所述过渡支架与所述加载器的一端可转动地配合，所述传力支架与所述加载器的另一端可转动地配合，所述传力支架用于将载荷施加于所述盾构管片环的外周面上。4.根据权利要求3所述的盾构管片足尺自适应加载系统，其特征在于：所述过渡支架的在所述加载器的伸缩方向上的尺寸可调。5.根据权利要求3所述的盾构管片足尺自适应加载系统，其特征在于：所述加载单元还包括弧形加载板，所述弧形加载板与所述传力支架连接，所述弧形加载板具有内凹面，所述内凹面用于与盾构管片环的外周面抵接。6.根据权利要求5所述的盾构管片足尺自适应加载系统，其特征在于：所述弧形加载板包括相连的金属板和橡胶垫衬，所述金属板具有内凹面，所述橡胶垫衬位于所述内凹面上，所述橡胶垫衬用于与盾构管片环抵接。7.根据权利要求1所述的盾构管片足尺自适应加载系统，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：康佐，李军奇，于文龙，高虎艳，余海，邓国华，王冀平，亢佳伟，马明波，刘振丰，高强，谭永庆，魏琪，
申请(专利权)人：西安市轨道交通集团有限公司，
类型：发明
国别省市：