一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及隧道工程领域，具体涉及一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，包括插入地层的锁脚锚管、固定在锁脚锚管位置上方的支反平台、连接锁脚锚管和支反平台的扩张器、用于检测锁脚锚管位移量的位移传感器和用于显示位移传感器检测到位移量的显示系统。运用本实用新型所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，可有效测试施工现场锁脚锚管竖向承载力直观表现，对大断面黄土隧道如何设置锁脚锚管及其管径、长度和插入地层角度等参数的选取具有极其重要的指导意义；避免了按照经验设计和施工锁脚锚管带来的过大沉降变形等安全质量隐患和风险，并且该装置成本低、易组装，可大面积推广。
【专利说明】
一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种隧道工程领域，特别是一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置。
【背景技术】
[0002]随着国内高铁建设的加快，特别是中西部地区的众多高铁穿过黄土地层，大断面黄土地层隧道施工面临黄土遇水产生自重的湿陷性黄土、富水黏质黄土等地质，容易产生整体下沉变形，导致侵限等问题，锁脚锚管能够有效限制隧道初护钢架的刚体位移，从而使钢架对抑制黄土地层隧道竖向变形具有明显的效果。
[0003]但是现有黄土地层隧道施工中锁脚锚管的选用存在以下局限性:
[0004]现有黄土地层隧道施工中选用锁脚锚管的直径大小、长度和施工角度等参数，多采用经验和数值模拟分析的方法，所选用的锁脚锚管的竖向承载力以及支撑效果不直观明朗，存在潜在的安全质量隐患和风险，如果所预选的锁脚锚管缺乏足够的竖向承载力，则黄土地层会下沉侵限，导致严重事故，所以需要一种能够试验隧道锁脚锚管竖向承载力的装置，根据试验结果来选取参数合理的锁脚锚管。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的发明目的在于:针对现有技术存在的锁脚锚管选取采用经验和数值模拟分析的方法，不能直观明朗知晓所选锁脚锚管作用效果，存在潜在的安全质量隐患和风险的问题，提供一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，根据试验结果来选取参数合理的锁脚锚管。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为:
[0007]—种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，包括插入地层的锁脚锚管，还包括:
[0008]支反平台，固定在所述锁脚锚管位置上方；
[0009]扩张器，连接所述锁脚锚管和支反平台，提供扩张力，在所述支反平台反作用支撑下使所述锁脚锚管发生形变产生位移；
[0010]位移传感器，用于检测所述锁脚锚管相对地面的位移量；
[0011 ]显示系统，用于显示所述位移传感器检测到的所述位移量。
[0012]采用本实用新型所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，可有效测试施工现场锁脚锚管竖向承载力直观表现，对大断面黄土隧道如何设置锁脚锚管及其管径、长度和插入地层角度等参数的选取具有极其重要的指导意义;避免了按照经验设计和施工锁脚锚管带来的过大沉降变形等安全质量隐患和风险，并且该装置成本低、易组装，可大面积推广。
[0013]优选地，所述支反平台由两根固定锚杆和焊接于其间的型钢构成，两根所述固定锚杆焊接于用于初期支护的钢架上。
[0014]优选地，所述钢架和地层之间设有用于初期支护的混凝土，所述混凝土和地层之间设有泡沫板，所述锁脚锚管穿过所述泡沫板插入所述地层。
[0015]优选地，所述锁脚锚管内注水泥砂浆，插入所述地层中的所述锁脚锚管末端开设有浆液扩散孔。
[0016]优选地，所述锁脚锚管套有直径大于其管径的PVC管，且二者平行设置，所述PVC管外围喷射用于初期支护的混凝土。
[0017]优选地，所述扩张器采用分级加载和卸载。
[0018]优选地，所述扩张器为千斤顶。
[0019]采用千斤顶能够提供逐级等量加载和卸载并且能使荷载传递均匀、连续、无冲击。
[0020]优选地，所述锁脚锚管连接水平设置的承压板，所述承压板连接所述千斤顶。
[0021 ]优选地，两个所述位移传感器设于所述承压板上，且两个所述位移传感器关于所述锁脚锚管顶端呈中心对称分布。
[0022]优选地，所述锁脚锚管按照水平向下倾斜角度Θ插入所述地层，且0°<9^45°。
[0023]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0024]运用本实用新型所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，可有效测试施工现场锁脚锚管竖向承载力直观表现，对大断面黄土隧道如何设置锁脚锚管及其管径、长度和插入地层角度等参数的选取具有极其重要的指导意义;避免了按照经验设计和施工锁脚锚管带来的过大沉降变形等安全质量隐患和风险，并且该装置成本低、易组装，可大面积推广。
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置的结构示意图；
[0026]图2为本实用新型所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置的使用方法。
[0027]图中标记:1-锁脚锚管，2-PVC管，3-钢管，4_承压板，5_位移传感器，6_千斤顶，7_支撑杆，8-钢板，9-型钢，I O-固定锚杆，11 -泡沫板，12-钢架，13-混凝土，14-地层。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
[0029]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0030]实施例1
[0031]如图1所示，本实用新型所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，包括锁脚锚管1、PVC管2、钢管3、承压板4、位移传感器5、千斤顶6、支撑杆7、钢板8、型钢9、固定锚杆
1、泡沫板11、钢架12和混凝土 13，还包括隧道的地层14。
[0032]需要说明的是，型钢9与固定锚杆10焊接一体构成支反平台；扩张器采用能够提供逐级等量加载和卸载并且能使荷载传递均匀、连续、无冲击的千斤顶6。
[0033]在隧道侧壁需要进行锁脚锚管I竖向承载力试验位置，靠隧道初期支护与地层14之间铺设泡沫板11，泡沫板11尺寸为28cmX 28cm的正方形，厚度20mm;
[0034]安装隧道初期支护钢架13，在做锁脚锚管I竖向承载力试验位置预埋直径Φ160_的PVC管2，其角度与试验锁脚锚管I角度保持一致，按照水平向下倾斜10°、20°、30°三种角度分别埋设；
[0035]在进行锁脚锚管I竖向承载力试验位置的上方的地层14的一个水平位置处钻两个深1.3m、间距40cm的盲孔，用于安装两根固定销杆10，固定销杆10直径Φ 25mm，单根长度L =2.5m，安装到位后将固定锚杆10与钢架12焊接牢固，两根固定锚杆10的端部牢固焊接一根型钢9，型钢9采用120a型钢制作，长度L= 100 cm;
[0036]施作隧道初期支护喷射混凝土13，应采取措施保护预埋的PVC管2不被喷射混凝土13封闭；
[0037]根据锁脚锚管I试验方案，制作直径Φ 42 X 4mm(壁厚)和Φ 89 X 5mm(壁厚)、单根长度L = 3m、3.5m、4m、5m的锁脚锚管I;锁脚锚管I末端20cm处钻Φ 8mm的浆液扩散孔；
[0038]在隧道初期支护侧壁预埋PVC管2位置采用煤电钻钻孔，按照试验需要安装相应的锁脚销管I，锁脚销管I内注水泥砂楽;
[0039]制作锁脚锚管I试验承压装置，承压装置一采用壁厚25mm承压板4和直径Φ 89 X5mm(壁厚)的钢管3焊接，承压板4为正方形钢板，边长25cm，钢管3长度L = 60mm，用于直径Φ42 X4mm(壁厚)的锁脚锚管I竖向承载力试验;承压装置二采用壁厚25mm承压板4和直径Φ159 X 5.5mm(壁厚)的钢管3焊接，承压板4为正方形钢板，边长25cm，钢管3长度L = 60mm，用于直径Φ 89 X 5_(壁厚)的锁脚锚管I竖向承载力试验；
[0040]将上述承压板装置的承压板4顶面水平布置，钢管3套在锁脚锚管I顶端；
[0041]在承压板4顶面安装千斤顶6，千斤顶6上架设支撑杆7，支撑杆7与型钢9之间采用钢板8铺垫，便于千斤顶6施加压力，同时在承压板4上安装两个位移传感器5，位移传感器5关于锁脚锚管I顶端呈中心对称分布，两个位移传感器5有线连接控制显示系统；
[0042]锁脚锚管I竖向承载力试验采用慢速维持荷载法，分级加载，逐级等量加载，分级荷载为最大加载量的2/10，卸载分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的1.5倍，逐级等量卸载，加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±5% ；
[0043]通过对两种不同管径、四种长度和三种角度工况共二十四根锁脚锚管I进行竖向承载力试验，通过位移传感器5以及控制显示系统得出了大断面黄土隧道穿越高含水率地层锁脚锚管I竖向承载力的特征值，比较各特征值，综合各项条件选取满足实际需要参数的锁脚锚管I。
[0044]实施例2
[0045]如图2所示，本实用新型所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置的使用方法，包括以下步骤:
[0046]a、在有初期支护的隧道侧壁的地层14内需要进行锁脚锚管I竖向承载力试验位置钻孔并安装相应的锁脚锚管I，并向锁脚锚管I内注水泥砂浆；
[0047]b、在进行锁脚锚管I竖向承载力试验位置的上方设置支反平台；
[0048]C、在锁脚锚管I与支反平台之间设置扩张器，扩张器的扩张方向两端分别连接锁脚锚管I和支反平台；
[0049]d、锁脚锚管I与扩张器相接触的水平面设置有两个位移传感器5，两个位移传感器5关于锁脚锚管I顶端呈中心对称分布，两个位移传感器5有线连接控制显示系统；
[0050]e、启动扩张器，锁脚锚管I受力竖直向下移动，位移传感器5检测并且在控制显示系统上显示锁脚锚管I的位移量；
[0051]f、试验不同管径、长度和插入地层14角度的锁脚锚管I，得到多组对应的位移量，数值越小的位移量对应的锁脚锚管I为力学性能越好的选取对象，综合各项条件选取满足实际需要参数的锁脚销管I。
[0052]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，包括插入地层(14)的锁脚锚管(I)，其特征在于，还包括: 支反平台，固定在所述锁脚锚管(I)位置上方； 扩张器，连接所述锁脚锚管(I)和支反平台，提供扩张力，在所述支反平台反作用支撑下使所述锁脚锚管(I)发生形变产生位移； 位移传感器(5 )，用于检测所述锁脚锚管(I)相对地面的位移量； 显示系统，用于显示所述位移传感器(5)检测到的所述位移量。2.根据权利要求1所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，其特征在于，所述支反平台由两根固定锚杆(10)和焊接于其间的型钢(9)构成，两根所述固定锚杆(10)焊接于用于初期支护的钢架(12)上。3.根据权利要求2所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，其特征在于，所述钢架(12)和地层(14)之间设有用于初期支护的混凝土(13)，所述混凝土(13)和地层(14)之间设有泡沫板(11)，所述锁脚锚管(I)穿过所述泡沫板(11)插入所述地层(14)。4.根据权利要求3所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，其特征在于，所述锁脚锚管(I)内注水泥砂浆，插入所述地层(14)中的所述锁脚锚管(I)末端开设有浆液扩散孔。5.根据权利要求4所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，其特征在于，所述锁脚锚管(I)套有直径大于其管径的PVC管(2)，且二者平行设置，所述PVC管(2)外围喷射用于初期支护的混凝土 (13)。6.根据权利要求1所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，其特征在于，所述扩张器采用分级加载和卸载。7.根据权利要求6所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，其特征在于，所述扩张器为千斤顶(6)。8.根据权利要求7所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，其特征在于，所述锁脚锚管(I)连接水平设置的承压板(4)，所述承压板(4)连接所述千斤顶(6)。9.根据权利要求8所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，其特征在于，两个所述位移传感器(5)设于所述承压板(4)上，且两个所述位移传感器(5)关于所述锁脚锚管(I)顶端呈中心对称分布。10.根据权利要求1-9任一所述的一种隧道锁脚锚管竖向承载力试验装置，其特征在于，所述锁脚锚管(I)按照水平向下倾斜角度Θ插入所述地层(14)，且0°<θ<45°。
【文档编号】G01M13/00GK205642810SQ201620286599
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】刘泽, 蒲晓容, 刘彬, 何开伟, 程亚欧, 谭兵
【申请人】中铁二局集团有限公司, 中铁二局第四工程有限公司