一種隧道掌子面約束壓力與擠出變形關(guān)系的試驗(yàn)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種隧道掌子面約束壓力與擠出變形關(guān)系的試驗(yàn)設(shè)備，該設(shè)備的構(gòu)成是：側(cè)壁與上蓋及底座密封嵌置構(gòu)成圓筒狀的壓力室；底座上表面中部的凹槽中固定有油缸，油缸的活塞向上伸入壓力室；上蓋靠近側(cè)壁處設(shè)有排氣閥；上蓋底面中部的氣缸槽上密封嵌置有直徑小于油缸的氣缸筒，所述的氣缸槽設(shè)有穿出上蓋的通氣孔，氣缸筒的活塞連有位移測(cè)量桿，位移測(cè)量桿的上端伸出上蓋與位移百分表相連；底座位于壓力室內(nèi)腔與油缸之間的部位設(shè)有進(jìn)水閥。該設(shè)備能較準(zhǔn)確地測(cè)試出不同圍巖條件下，隧道掌子面的約束壓力與隧道掌子面的擠出變形量的關(guān)系，從而為隧道的設(shè)計(jì)與施工提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在有效保證掌子面的穩(wěn)定的前提下，降低施工成本，提高施工速度。
【專利說(shuō)明】一種隧道掌子面約束壓力與擠出變形關(guān)系的試驗(yàn)設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種隧道掌子面約束壓力與擠出變形關(guān)系試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在隧道施工過(guò)程中，尤其是在軟弱圍巖的開挖中，掌子面（隧道的開挖面）的后方 臨空、而前方受圍巖擠壓，失去平衡，掌子面會(huì)產(chǎn)生向后凸起的擠出變形。當(dāng)擠出變形過(guò)大 (大于經(jīng)驗(yàn)控制值7cm)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致前方圍巖破壞，掌子面崩坍，隧道失穩(wěn)，影響施工進(jìn)程，甚 至造成事故。為確保隧道快速安全施工，需保證掌子面穩(wěn)定，通常通過(guò)在掌子面注漿、打錨 桿、分部開挖-留核心土等方法來(lái)增加掌子面（后方）的約束壓力，以控制掌子面的擠出變 形。目前的隧道施工中，掌子面的擠出變形與圍巖及其施加的約束壓力的關(guān)系靠經(jīng)驗(yàn)估計(jì)， 也即打錨桿的數(shù)量、長(zhǎng)度，注漿量的多少，留核心土的面積大多靠經(jīng)驗(yàn)得出；使得施加的約 束壓力要么過(guò)大、增加不必要的施工成本，減低施工速度；要么約束壓力過(guò)小，不能有效保 證掌子面的穩(wěn)定，隧道施工的安全得不到保障。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型的目的是提供一種隧道掌子面的約束壓力與擠出變形關(guān)系的試驗(yàn)設(shè) 備，該設(shè)備能較準(zhǔn)確地測(cè)試出不同圍巖條件下，隧道掌子面的約束壓力與隧道掌子面的擠 出變形量的關(guān)系，從而為隧道的設(shè)計(jì)與施工提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在有效保證掌子面的穩(wěn) 定的前提下，降低施工成本，提高施工速度。
[0004] 本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種隧道掌子面約束壓力與擠 出變形關(guān)系的試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于：
[0005] 側(cè)壁與上蓋及底座密封嵌置構(gòu)成圓筒狀的壓力室；所述的上蓋與底座的外側(cè)還通 過(guò)拉桿螺紋連接，底座上表面中部的凹槽中固定有油缸，油缸的活塞向上伸入壓力室，油缸 的進(jìn)出油接頭穿出底座；上蓋的靠近側(cè)壁處設(shè)有排氣閥；上蓋底面中部的氣缸槽上密封嵌 置有直徑小于油缸的氣缸筒，所述的氣缸槽設(shè)有穿出上蓋的通氣孔，氣缸筒的活塞連有位 移測(cè)量桿，位移測(cè)量桿的上端伸出上蓋，且位移測(cè)量桿的上端與位移百分表相連；底座位于 壓力室內(nèi)腔與油缸之間的部位設(shè)有進(jìn)水閥。
[0006] 本實(shí)用新型的使用方法是：
[0007] A.將氣缸筒從上蓋氣缸槽中取出，然后將氣缸筒的氣缸槽以下部位預(yù)埋入隧道土 中制樣，制得上部預(yù)埋氣缸筒的試樣，試樣的高度等于壓力室的高度，試樣直徑等于油缸的 活塞直徑；再將試樣裝入乳膠膜中并扎緊乳膠膜；隨后取出上蓋、將試樣及乳膠膜放入壓 力室中，再將上蓋的氣缸槽與氣缸筒的上部對(duì)中嵌置密封連接，同時(shí)使上蓋與側(cè)壁嵌置密 封連接；然后，通過(guò)通氣孔向氣缸筒通氣，使氣缸筒的活塞運(yùn)動(dòng)到氣缸筒的底部；
[0008] B.擰緊拉桿螺母，松開上蓋的排氣閥，水壓系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)水閥向壓力室注水，當(dāng)排氣 閥處有水溢出時(shí)擰緊排氣閥，隨后關(guān)閉進(jìn)水閥；
[0009] C.由油壓裝置通過(guò)進(jìn)出油接頭、油缸的活塞向試樣施加設(shè)定的軸向壓力以模擬隧 道的軸向圍巖壓力；由水壓裝置通過(guò)進(jìn)水閥、壓力室向試樣施加設(shè)定的徑向壓力以模擬隧 道的徑向圍巖壓力；隨后由氣壓裝置通過(guò)通氣孔、氣缸筒的活塞向試樣的凹面施加動(dòng)態(tài)的 壓力以模擬隧道掌子面約束壓力的變化，并同步記錄位移百分表的位移數(shù)值；即得到設(shè)定 的軸向圍巖壓力和徑向圍巖壓力下，擠出壓力與擠出變形的關(guān)系。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0011] 通過(guò)向壓力室注水，在壓力室內(nèi)試樣四周形成水壓以模擬隧道圍巖的徑向壓力； 通過(guò)油缸向試樣的端面施加壓力以模擬隧道圍巖的軸向壓力；并在試樣的另一端，通過(guò)氣 缸筒向嵌入氣缸筒形成的試樣凹槽的底面（凹面）施加動(dòng)態(tài)的氣壓以模擬開挖過(guò)程中隧道 掌子面的約束壓力；并由位移百分表測(cè)出試樣凹槽的底面（凹面）的變形數(shù)值。試驗(yàn)時(shí)，試 樣的形狀、構(gòu)造及其受力、變形與實(shí)際隧道的非常貼近。從而通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，可以較準(zhǔn)確地 得到設(shè)定軸向圍巖壓力和徑向圍巖壓力下，掌子面約束壓力與擠出位移量（變形）的對(duì)應(yīng) 關(guān)系，掌子面約束壓力與擠出位移量（變形）的對(duì)應(yīng)關(guān)系從而為隧道的設(shè)計(jì)與施工提供可 靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在有效保證掌子面穩(wěn)定，施工安全的前提下，降低施工成本，提高施工速度。
[0012] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 圖1示出，一種隧道掌子面約束壓力與擠出變形關(guān)系的試驗(yàn)設(shè)備，其組成是：
[0015] 側(cè)壁9與上蓋7及底座15密封嵌置構(gòu)成圓筒狀的壓力室；所述的上蓋7與底座15 的外側(cè)還通過(guò)拉桿11螺紋連接，底座15上表面中部的凹槽中固定有油缸16,油缸16的活 塞13向上伸入壓力室，油缸16的進(jìn)出油接頭17穿出底座15 ;上蓋7的靠近側(cè)壁9處設(shè)有 排氣閥4 ;上蓋7底面中部的氣缸槽上密封嵌置有直徑小于油缸16的氣缸筒8,所述的氣缸 槽設(shè)有穿出上蓋7的通氣孔3,氣缸筒8的活塞10連有位移測(cè)量桿1，位移測(cè)量桿1的上端 伸出上蓋7,且位移測(cè)量桿1的上端與位移百分表6相連；底座15位于壓力室內(nèi)腔與油缸 16之間的部位設(shè)有進(jìn)水閥19。
[0016] 使用本例的隧道掌子面約束壓力與擠出變形關(guān)系的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行隧道掌子面約 束壓力與擠出變形關(guān)系試驗(yàn)的方法，其做法是：
[0017] A.將氣缸筒8從上蓋7氣缸槽中取出，然后將氣缸筒8的氣缸槽以下部位預(yù)埋入 隧道土中制樣，制得上部預(yù)埋氣缸筒8的試樣12,試樣12的高度等于壓力室的高度，試樣 12直徑等于油缸16的活塞13直徑；再將試樣12裝入乳膠膜5中并扎緊乳膠膜5 ;隨后取 出上蓋7、將試樣12及乳膠膜5放入壓力室中，再將上蓋7的氣缸槽與氣缸筒8的上部對(duì) 中嵌置密封連接，同時(shí)使上蓋7與側(cè)壁9嵌置密封連接；然后，通過(guò)通氣孔3向氣缸筒8通 氣，使氣缸筒8的活塞10運(yùn)動(dòng)到氣缸筒的底部；
[0018] B.擰緊拉桿11螺母，松開上蓋7的排氣閥4,水壓系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)水閥19向壓力室注 水，當(dāng)排氣閥4處有水溢出時(shí)擰緊排氣閥4,隨后關(guān)閉進(jìn)水閥19 ;
[0019] C.由油壓裝置通過(guò)進(jìn)出油接頭17、油缸16的活塞13向試樣12施加設(shè)定的軸向 壓力以模擬隧道的軸向圍巖壓力；由水壓裝置通過(guò)進(jìn)水閥19、壓力室向試樣12施加設(shè)定的 徑向壓力以模擬隧道的徑向圍巖壓力；隨后由氣壓裝置通過(guò)通氣孔3、氣缸筒8的活塞10 向試樣12的凹面施加動(dòng)態(tài)的壓力以模擬隧道掌子面約束壓力的變化，并同步記錄位移百 分表6的位移數(shù)值；即得到設(shè)定的軸向圍巖壓力和徑向圍巖壓力下，擠出壓力與擠出變形 的關(guān)系。
【權(quán)利要求】
1. 一種隧道掌子面約束壓力與擠出變形關(guān)系的試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于： 側(cè)壁（9)與上蓋（7)及底座（15)密封嵌置構(gòu)成圓筒狀的壓力室；所述的上蓋（7)與 底座（15)的外側(cè)還通過(guò)拉桿（11)螺紋連接，底座（15)上表面中部的凹槽中固定有油缸 (16)，油缸（16)的活塞（13)向上伸入壓力室，油缸（16)的進(jìn)出油接頭（17)穿出底座（15); 上蓋（7)靠近側(cè)壁（9)處設(shè)有排氣閥（4);上蓋（7)底面中部的氣缸槽上密封嵌置有直徑 小于油缸（16)的氣缸筒（8)，所述的氣缸槽設(shè)有穿出上蓋（7)的通氣孔（3)，氣缸筒（8)的 活塞（10)連有位移測(cè)量桿（1)，位移測(cè)量桿⑴的上端伸出上蓋（7)，且位移測(cè)量桿⑴的 上端與位移百分表（6)相連；底座（15)位于壓力室內(nèi)腔與油缸（16)之間的部位設(shè)有進(jìn)水 閥（19)。
【文檔編號(hào)】G01B5/30GK203870102SQ201420255992
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】張志強(qiáng), 李化云, 闞呈, 陳禮明, 盛越 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)