[发明专利]模拟隧洞衬砌内水压力的试验装置

说明书

本发明公开一种模拟隧洞衬砌内水压力的试验装置，包括水压加载装置，还包括内支撑装置，所述内支撑装置套设在衬砌内，内支撑装置与衬砌之间围成密封的内水压空腔，内水压空腔设置有进水管和排气管，进水管与水压加载装置连通。本发明试验装置通过内支撑装置和隧洞衬砌形成密闭空腔，对空腔直接充水加压，保证隧洞衬砌受到均匀稳定的水压力，可直接检测隧洞衬砌混凝土的施工质量，同时也可以检测节段间止水效果，为隧洞衬砌的设计和施工提供可靠的试验数据，本发明结合施工现场情况，所用材料和设备与现场施工所用材料和设备基本相同，调度方便，操作简单，具有良好的经济效益。

技术领域

本发明涉及一种模拟隧洞衬砌高内水压力的实验装置，属于土木工程技术领域。

背景技术

近年来随着国家大力支持输水工程的建设。在输水工程中输水隧洞预应力衬砌是工程的重要组成部分，隧洞衬砌在服役期间除了受到外水压力和围岩压力作用，还受到内水压力的作用，在高内水压力的作用下衬砌向外变形，衬砌混凝土会产生拉应力。当拉应力达到一定程度时，衬砌混凝土开裂以至于破坏。因此，需要进行内水压试验模拟隧洞衬砌在服役期间的内水压力，确定隧洞衬砌在服役期间的受力状态。

传统的模拟内水压力主要有以下两种：一是在隧洞衬砌内部设置反力支座和衬砌内表面布置若干垫块，然后通过加载位于支座和垫块之间的千斤顶，并通过垫块将施加的荷载传递给衬砌用来模拟内水压力。这种方法施工简便，但是由于衬砌的洞径较大，垫块具有一定的间距，会造成衬砌局部受到集中力的作用，导致衬砌局部受力不均匀，不能有效的模拟均匀的内水压力。二是在施工现场，封堵隧洞衬砌洞口两端，通过进水孔和排气孔注水加压，压力表监测水压，这种方式能够实现均匀的内水压力，但是缺点也很明显，衬砌的洞径比较大所以用水量较大，试验用水的运送和排出及相应的配套措施加大了试验的难度，同时，高水压的条件下，对于隧洞衬砌两端的封堵也有严苛要求，容易出现渗水现象水压不能持续维持高水压状态。

目前来说，模拟内水压力的装置是将柔性容器固定在可靠的反力装置上，接触隧洞衬砌内表面的部分采取橡胶材料或薄钢板，通过对柔性容器加压气体或液体来模拟内水压力，这种薄壁结构的柔性容器在拼接的时，对拼接的工艺要求较高，柔性容器在承受高压力时接口不易保证，在模拟高内水压力的的情况下，柔性容器与隧洞衬砌内表面接触存在变形不协调的问题，隧洞衬砌内表面不能真实的模拟衬砌的服役状态。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种模拟隧洞衬砌高内水压力的试验装置，该装置可用于输水隧洞洞外原型试验，能够较真实的模拟内水压力对隧洞衬砌的作用，配合隧洞衬砌监测系统和外部水压力和围岩压力加载装置，确定隧洞衬砌的受力规律，检测衬砌的施工质量和节段止水效果，为隧洞衬砌的设计和施工提供可靠的试验数据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种模拟隧洞衬砌内水压力的试验装置，包括水压加载装置，还包括内支撑装置，所述内支撑装置套设在衬砌内，内支撑装置与衬砌之间围成密封的内水压空腔，内水压空腔设置有进水管和排气管，进水管与水压加载装置连通。

上述隧洞衬砌内水压力的试验装置，在内支撑装置与衬砌的两端均有环向竖板密封，内支撑装置、环向竖板与衬砌之间围成密封的内水压空腔。

上述隧洞衬砌内水压力的试验装置，所述进水管上设置进水阀门和水压表，排气管上设置排气阀门。

上述隧洞衬砌内水压力的试验装置，所述衬砌两端部内壁均预埋有径向环板和预埋环板，在衬砌两端部内壁上还设置有轴向环板，径向环板与轴向环板固定连接，轴向环板伸出到衬砌外，环向竖板的顶部与轴向环板固定连接底部与内支撑装置固定连接。

上述隧洞衬砌内水压力的试验装置，所述内支撑装置由外钢筒、内钢筒及外钢筒和内钢筒之间的混凝土层构成，外钢筒和内钢筒底部为平直段，上部为与衬砌相一致的圆弧状，在平直段的外钢筒 和内钢筒之间的混凝土内嵌设有工字钢，在上部的外钢筒和内钢筒之间的混凝土内嵌设纵向肋板。