[实用新型]一种盾构隧道管片衬砌非对称开孔区加载装置

说明书

本实用新型公开了一种盾构隧道管片衬砌非对称开孔区加载装置，包括一个开孔区承载壳、承载壳与混凝土管片连接结构、加载千斤顶及传力柱、垫板、反力架等。该加载装置布设于盾构隧道混凝土管片衬砌局部开孔区，开孔区承载壳由楔形壳块通过中间接头连接而成，可以传递轴力和剪力，不能传递弯矩。该加载装置简化了对非对称结构的试验加载系统；对局部开孔的非对称隧道管片衬砌结构可以按照非开孔对称完整结构的加载方案进行增量加载，这样，开孔后管片衬砌结构的承载性能可直接和非开孔完整结构进行比较和对比，使得不同加固设计方案的承载性能比较有统一的尺度，便于加固设计方案评价和加载试验结果的利用和推广。

技术领域

本实用新型属于采用盾构法施工的铁路隧道、公路隧道、水工隧道等地下工程技术领域，具体涉及一种对非对称局部开孔的盾构隧道管片衬砌承载性能评价的加载装置。

背景技术

因修建联络通道等原因，需要在已经建设完成的盾构隧道管片衬砌上局部破拆和开孔，由于盾构隧道和联络通道交叉区域存在受力形式不利、应力集中、结构安全度降低等问题，管片破拆、开孔以及联络通道掘进施工时安全风险高，容易出现联络通道坍塌、塌方、突涌以及管片裂损、渗漏水乃至区间隧道垮塌等严重事故，需要对盾构隧道衬砌结构开孔后的承载特性进行评价。

盾构隧道管片衬砌结构承载力评价方法主要有整环加载试验(足尺试验)和数值仿真。既有的整环足尺试验多采用1+1+1环或0.5+1+0.5环，加载系统一般由液压千斤顶及其反力装置(支撑系统)所组成。当前，无论是整环试验，还是数值仿真分析中，加载系统和加载方式的设计，一般均使管片衬砌环结构对称，同时，施加的外部荷载也始终保持对称，其目的是使得隧道衬砌结构和支撑系统等均处于自平衡状态。但因联络通道修建时，管片破拆和开孔是在空间上是非对称的，这样就导致开孔后的隧道管片环在平面的两个维度上均不对称，也即，管片衬砌结构在横截面的上下、左右方向均不再对称，常规的在开孔区不布设荷载的加载方法存在以下问题：(1)采用对称加载的方法，则该方法不能使得结构平衡，必须引入附加约束条件，使得原有完整结构对称加载所具有的荷载条件简单明确的优点丧失：(2)采用非对称加载的方法，则试验加载控制复杂化，对试验精度和准确性的可靠性造成干扰；(3)引入约束条件或者加载复杂化，均会导致不确定因素的增多和加载条件的改变，使得对非开口区域所获得的承载性结果不能和常规试验结果进行直接的比较，试验结果的可比性变差，不便于对试验结果的判断、评价以及推广和应用。

实用新型内容

本发明的目的是解决上述盾构隧道管片衬砌在非对称局部开孔后进行整环承载力评价加载试验时所面临的问题，提供了一种加载中可维持衬砌结构和加载系统自平衡，不额外引入约束边界，且便于开孔结构和完整结构有统一的量化评价尺度的加载技术和加载装置。

本发明的目的可通过以下所述技术方案来实现：一种盾构隧道管片衬砌非对称开孔区加载装置，包括一个开孔区承载壳、承载壳与混凝土管片连接结构、加载千斤顶及传力柱、垫板、反力架等，开孔区承载壳由楔形壳块通过中间接头连接组成，开孔区承载壳通过承载壳与混凝土管片连接结构和盾构隧道混凝土管片连接，承载壳与混凝土管片连接结构包括开孔区承载壳上的两个端接头与设置于混凝土管片上的两个接头护板组成，传力柱一端与设置于承载壳表面的垫板相连接，另一端连接加载千斤顶，千斤顶置于传力柱和反力装置之间。其特征在于：该加载装置设置于混凝土管片开孔区域，开孔区承载壳由楔形的壳块通过中间接头连接而成，该承载壳承受壳外法向方向的压力，结构本身可以传递轴力，但没有抗弯曲能力，不能传递弯矩，以定量评价开孔对整环管片衬砌承载性能的影响。

上述的开孔区承载壳的高度和尺寸形式可根据力学性能试验的要求进行定制，在隧道管片衬砌整环加载破坏过程中，变形较小，常规加载试验千斤顶即可满足量程要求。

上述的承载壳的端接头为半圆柱形，与上述的接头护板中心的凹槽组成铰接结构，只能传递轴力和剪力，不能传递弯矩。

上述的接头护板为特制钢结构，置于混凝土管片表面，可以防止因局部应力集中导致的混凝土管片开裂和破坏。