[发明专利]一种测试隧道锁脚锚管受力特性的装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试隧道锁脚锚管受力特性的装置及其测试方法，其是一种新的、科学的黄土隧道锁脚锚管应力、弯矩的测试方法。

背景技术

我国是一个地质地形条件复杂的国家，仅丘陵和山岭就占国土面积的四分之三以上。近年来，随着我国城市交通、水利电力、矿物开采等工程的大规模建设，使地下工程投资和建设日益增多。在大规模和高标准的基础工程建设中，隧道工程的建设得到了飞速发展，不仅在数量和长度上有所突破，隧道开挖断面也越来越大。随着隧道建设规模和数量的扩大，不可避免的会遇到黄土地层。在黄土地层中修建隧道，由于围岩自稳能力差或开挖方法及支护参数选取不当，隧道支护结构可能会发生过大变形甚至使结构失稳。

当隧道发生大变形时，必须采取有效的处治措施控制其发展，常用的处治措施有围岩注浆、扩大拱脚承载面积或设置纵向托梁、增设临时仰拱、采用高强度支护结构并及时封闭成环、隧道地基加固处理、增设锁脚锚管等。在诸多措施中，大部分已经进行了系统的研究，并成功应用于工程实践中，如注浆加固围岩、增设临时仰拱、隧道地基加固处理等；有的加固措施则还处于探索阶段，如锁脚锚管等。

工程上常用的锁脚锚管规格为42×4mm的热轧无缝钢管，长度以穿透围岩松动圈而嵌入稳定围岩中为宜。锁脚锚管主要用于分部开挖法或台阶法开挖的Ⅳ、Ⅴ级围岩隧道中，隧道上台阶开挖支护完成后，基底软化和下台阶开挖会引起上台阶初期支护下沉或悬空。因此下台阶开挖前，沿隧道拱脚、墙脚处按一定角度打设1～3排锁脚锚管，并将其端头与钢架焊接牢固，使锁脚锚管与钢架成为一体，进而限制初期支护的下沉，以充分发挥支护结构的承载作用。尽管锁脚锚管在工程实践中得到较为广泛的应用，但有关锁脚锚管的理论研究尚不够系统和深入，对锁脚锚管的作用机理及力学特性认识不够全面，从而不能很好的指导工程实际，给隧道设计与施工带来一定的盲目性。锁脚锚管能有效的控制钢架发生过大变形，但有关描述其受力特点的资料很少，且大多数文献都是通过理论分析及数值模拟进行分析的，其结果与实际锁脚锚管受力存在一定的偏差。因此，对隧道中锁脚锚管受力特性测试进行专门的研究具有重要的理论和实践意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种测试隧道锁脚锚管受力特性的装置及其测试方法，其应用于设计与施工，可以指导设计，降低施工难度，有利于保证施工安全和隧道结构稳定。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种测试隧道锁脚锚管受力特性的装置，其特征在于：包括锁脚锚管本体，所述的锁脚锚管本体的一端设置有锥头，所述的锁脚锚管本体的圆周上均匀设置有4个圆孔，每个圆孔的一侧粘设有应变片，所述的应变片上连接有接线端子，所述的接线端子上连接有导线，导线的另一端连接有应变测试仪。

所述的应变片粘设于锚管本体的外圆周面上。

所述的导线通过圆孔穿设于锁脚锚管本体的管体内。

所述的一种测试隧道锁脚锚管受力特性的装置的测试方法，其特征在于：所述的测试方法为：通过在锁脚锚管不同截面处粘贴应变片，导线通过管身圆孔引入锁脚锚管内部并伸出与应变测试仪连接，在测试隧道中埋设的锁脚锚管各截面轴向应力时，利用应变测试仪采用电阻应变片半桥单臂温度补偿接法测量其轴向应变，在测试隧道中埋设的锁脚锚管各截面弯矩时，利用应变测试仪采用电阻应变片半桥双臂接法测量由弯矩引起的压缩或拉伸应变。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明基于电测法及锁脚锚管物理特性，有针对性的提出了一种黄土隧道锁脚锚管力学特性测试方法，按此测试方法既可以测得锁脚锚管应力、弯矩沿深度的分布特性，得到最优的锁脚锚管物理参数，又能有效的揭示锁脚锚管荷载传递机理及承载特性。

附图说明

图1为本发明的受力特性装置结构示意图；

图2为本发明测试锁脚锚管受力特性装置示意图；

图3为本发明测试断面结构示意图；

图4为本发明锁脚锚管尾部安装的锥头示意图；

图5为本发明测试断面应变片布置示意图；

图6应变电桥桥路示意图；

图7为本发明实例冲击钻打孔；

图8为本发明实例测点导线内引；

图9为本发明实例应变片与接线端子粘贴；

图10为本发明实例应变片引线、导线焊接；

图11为本发明实例应变片保护；

图12为本发明轴向应变测试桥路示意图；

图13为本发明现场试验轴向应变测量时桥路组合方式；

图14为本发明弯矩测试桥路示意图；