本發(fā)明屬于盾構隧道管環(huán)模型試驗設備技術領域，具體涉及一種試驗中模擬盾構隧道管環(huán)在內壓作用下的力學特性的試驗裝置。

背景技術：

一般交通盾構隧道處于地下圍巖土中，設計和施工多考慮外部水壓等恒定荷載、施工荷載和偶然荷載等外部荷載，但在一些特殊用途的隧道如壓力引水隧道、蓄水隧道和防洪隧道等受內壓作用的隧道，其襯砌還受到極大的內壓作用。在內外壓力共同作用下，盾構隧道襯砌管環(huán)顯示出復雜的力學特性、如縱縫張開、環(huán)縫錯臺、管片損傷破裂等，受限于現(xiàn)有試驗設備的不足，往往不能較好地開展隧道襯砌管環(huán)受內壓作用的力學特性試驗研究，不能全面、準確地指導盾構隧道設計與施工，影響其結構安全性和耐久性。隨著海綿城市建設和大城市內澇頻發(fā)，作為解決上述問題的有效措施盾構隧道必將得到大量建造，且設計必須考慮內壓的影響。因此，需開展相關試驗設備的研究，為解決實際工程問題提供試驗數(shù)據(jù)支撐。

技術實現(xiàn)要素：

為了在模型試驗中實現(xiàn)盾構隧道管片環(huán)受內壓時的力學特性模擬，本發(fā)明提出了一種結構簡單、能在管環(huán)內部各點同步精確加載、再現(xiàn)管環(huán)在內壓作用下的受力與變形等力學特性的試驗設備。本發(fā)明的技術方案如下：

一種盾構隧道管環(huán)內壓加載的試驗裝置，用于測試隧道管環(huán)3，包括基座1、外壓加載裝置2和內壓加載裝置4，測試時，隧道管環(huán)3豎向置于基座1上，其特征在于，

所述的外壓加載裝置2包括兩個外壓加載分配梁2-1，兩個橫向傳力桿2-2和一對外壓同步千斤頂2-3，在所述的基座1上根據(jù)隧道管環(huán)3的管徑大小設置有兩個分別用于容納兩個外壓加載分配梁2-1的開口，開口預留一定富余量以保證外壓加載分配梁2-1能在合理范圍內移動；兩個外壓加載分配梁2-1的上部和下部均開設有橫向通孔2-4供橫向傳力桿2-2穿過，一個橫向傳力桿2-2貫穿基座1和兩個外壓加載分配梁2-1的下部，另一個橫向傳力桿2-2貫穿兩個外壓加載分配梁2-1的上部，一對外壓同步千斤頂2-3用于在同一側通過兩個橫向傳力桿2-2向外壓加載分配梁2-1施加壓力；

所述的內壓加載裝置4包括2n塊承壓板4-2和n對內壓同步千斤頂，承壓板4-2的外表面的曲率與隧道管環(huán)3的內表面的曲率一致，內壓同步千斤頂4-1固定連接在承壓板4-2的內表面，一對內壓同步千斤頂4-1上下對稱分布并固定連接在兩個相對的承壓板4-2上，相鄰承壓板4-2周向留有必要周向間距， 以確保內壓同步千斤頂4-1的活塞桿在伸縮時承壓板不互相干擾。

作為優(yōu)選實施方式，在外壓加載分配梁2-1與盾構隧道管環(huán)之間的接觸表面上設置有彈性層，以此保證試驗過程中隧道管環(huán)受力均勻。所述的彈性層為橡膠板。在兩個外壓加載分配梁2-1上部開設的橫向通孔2-4的尺寸大于兩個橫向傳力桿2-2的外徑，上部的橫向通孔內設置有加強肋2-5。在外壓加載分配梁2-1與基座1上表面相鄰的區(qū)域設置有加勁肋以保證在試驗過程中外壓加載分配梁2-1始終垂直于基座1上。承壓板4-2內表面設置有加勁肋。

附圖說明

圖1為實施例1試驗裝置的結構示意圖(內壓加載裝置4和盾構隧道管環(huán)3為過圓心的剖面圖)

圖2為圖1試驗裝置的外壓加載裝置2結構示意圖

圖3為圖1試驗裝置的外壓加載裝置2的左側外壓加載分配梁的的左視圖

圖4為圖1試驗裝置的內壓加載裝置4結構示意圖

具體實施方式

現(xiàn)結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案進行進一步說明，但是本發(fā)明不僅限于下述的實施情形。

實施例1

如圖1所示，本實施例的盾構隧道管環(huán)內壓加載試驗裝置由基座1、外壓加載分配梁2-1、橫向傳力桿2-2、液壓千斤頂2-3、內壓加載裝置4以及必要的鋼結構構件組成。

本實施例的基座1由12mm的厚鋼板焊接而成，長2500mm，寬1200mm，高400mm。在基座1沿長度方向的兩端有供外壓加載裝置2嵌入基座1的開口，開口預留一定富余量以保證外壓加載分配梁2-1能在合理范圍內移動，基座1內部構造能夠保證橫向傳力桿2-2貫穿其中。如圖2所示，外壓加載分配梁2-1由10mm厚鋼板焊接而成，外壓加載分配梁2-1高出基座1上表面1300mm，另有350mm長的部分嵌入基座內部，在距外壓加載分配梁的兩端端部175mm處有直徑34mm圓孔2-4，直徑32mm、長2200mm的橫向傳力桿2-2穿過圓孔2-4，圓孔2-4四周設置有加勁肋2-5，外壓加載分配梁2-1與基座1上表面相鄰的區(qū)域有必要的加勁肋以保證在試驗過程中外壓加載分配梁2-1始終垂直于基座1上。另外，在外壓加載分配梁2-1上，與盾構隧道管環(huán)接觸的內表面處貼有10mm厚橡膠板，以此保證試驗過程中盾構隧道管環(huán)上受力均勻。本實施例的盾構隧道管環(huán)3外徑900mm，內徑780mm，高1000mm，盾構隧道管環(huán)由6塊管片組成。本實施例中承壓板4-2由10mm厚鋼板焊接而成，外表面由整塊曲鋼板構成。承壓板4-2內部焊有加勁肋，從而保證承壓板的整體剛度。在承壓板4-2上，與盾構隧道管環(huán)接觸的外表面貼有10mm厚橡膠板，從而避免應力集中現(xiàn)象和盾構隧道管環(huán)因瞬間受力過大造成的失真破壞。液壓千斤頂4-1通過螺栓固定在承壓板4-2的內表面，一對液壓千斤頂4-1上下對稱分布。6塊圓形承壓板4-2組成的承壓板環(huán)外輪廓與盾構隧道管 環(huán)相同，相鄰承壓板4-2周向留有必要周向間距，從而確保液壓千斤頂4-1的活塞桿在伸縮時承壓板不互相干擾。

本實施例的盾構隧道管環(huán)內壓加載的試驗裝置在使用過程中需要與模型測試儀器、千斤頂數(shù)控儀等設備配合使用，具體操作步驟是：

步驟一，將外壓加載裝置2安裝在試驗設備基座1上，調試液壓千斤頂2-3以保證同步加載過程中兩根外壓加載分配梁2-1能水平相對移動。

步驟二，利用龍門吊將組裝好的內壓加載裝置4放在兩根外壓加載分配梁2-1之間，且保證橫向傳力桿2-2通過內壓加載裝置4外輪廓的圓心。

步驟三，將聚四氟乙烯板貼在試驗用的盾構隧道管環(huán)3下端，利用龍門吊將組裝好的盾構隧道管環(huán)按照圖1放置在試驗設備基座上，且保證盾構隧道管環(huán)3輪廓圓心與內壓加載裝置4外輪廓圓心在同一點。

步驟四，利用千斤頂數(shù)控儀調整液壓千斤頂2-3與千斤頂4-1，使外壓加載分配梁2內表面、內壓加載裝置4外表面分別和試驗用的盾構隧道管環(huán)3輕微接觸，調整各項測試儀器后正式開始試驗。

上述實施例中未詳細描述的連接件結構等均屬于常規(guī)技術，其具體實施可以由本領域技術人員根據(jù)實際應用進行選擇。