专利名称：用于地下工程模型试验初衬施作装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种模型试验技术，尤其是一种用于地下工程模型试验初衬施作装置与方法。
背景技术：
随着我国经济、科学技术的发展及交通运输事业的腾飞，开发利用地下空间越来越体现出巨大经济效益和社会效益，二十一世纪必将是我国地下工程建设腾飞的时代。随着地下工程的数量不断增加，规模不断增大，建设难度也不断加大。为适应工程的需要，很多学者正在通过多种方式，研究地下工程设计和施工方法的优化，进行施工过程力学规律的探索。其中，模型试验是研究地下工程施工过程规律的有效方法之一。模型试验是根据相似理论，将实际工程转换为室内模型进行试验模拟的。但现在的地下工程模型试验中存在明显的弱点，在地下工程模型试验中，硐室开挖后，缺少初衬施作的装置，初衬相似材料与模型体相似材料的粘结性往往小于其与施作工具的粘结性，造成手工施作初衬的过程非常困难，且初衬施作不均勻，导致模型试验中初衬难以起到模拟实际工程中初衬的作用，造成模型试验的准确性降低。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，使用方便，提高初衬施作的均勻性，解决模型试验中地下洞室初衬施作困难和初衬质量难以达到设计要求的问题，使模型试验的数据更加准确，试验中反应的规律与实际工程更加接近，扩大地下工程模型试验的应用范围的用于地下工程模型试验初衬施作装置与方法。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案一种用于地下工程模型试验初衬施作装置，其包括与地下洞室断面形状相同的工作面，所述工作面内壁上衬有受力板，所述受力板内壁上连接有若干栓杆，所述栓杆的翼缘部分与受力板之间设有橡胶垫，栓杆的另一端与设置于所述初衬施作装置中心处的凸轮接触，凸轮与连杆相连，通过凸轮的转动，调节T型栓杆施加在工作面上的力。所述工作面由两片2mm厚的不锈钢板搭接而成，搭接位置在弧段的中间；工作面的形状与地下洞室的断面形状相同，宽度与施作衬砌的进尺相同。所述受力板由5块2cm厚的钢板拼接而成，其形状与地下洞室的断面形状相同，尺寸比洞室设计断面轮廓尺寸小3mm，即当T型栓杆与凸轮最小半径接触时，恰好衬于工作面的内侧，保证工作面均勻受力。所述栓杆成T型，T型栓杆的翼缘部分尺寸为4cmX4cm，增大受力板的受力面积， 防止局部受力过大。 所述的凸轮由4cm厚的钢板制成，最大半径为5cm，最大半径的范围为120°，最小半径为4. 5cm。所述T型栓杆与受力板之间的橡胶垫起一定的缓冲作用。
一种利用用于地下工程模型试验初衬施作装置的初衬施作方法，包括以下步骤A.连接好初衬施作装置，调节凸轮，使其较小的半径处与T型栓杆接触；
B.按照实际设计厚度，将衬砌材料均勻涂抹在工作面上；C.将初衬施作装置放入开挖洞室内，工作面在衬砌施作位置，转动连杆，使凸轮的大半径部分与T型栓杆接触，工作面沿径向扩展，使衬砌材料与洞壁接触，并由工作面向洞周施加压力，将衬砌材料与洞壁压紧；D.向外抽出初衬施作装置，完成衬砌施作，转动连杆，调节凸轮，使工作面处于松弛状态。本发明根据实际工程中的断面形状，按照相似理论，确定工作面的形状，通过连杆调节凸轮，使其较小的半径处于T型栓杆接触，保证工作面与洞壁间有一定的间距。根据实际工程中初衬厚度的设计要求，通过相似计算，得到模型试验中初衬的施作厚度，并将其均勻涂抹在工作面上。将工作面放入洞室中初衬施作的位置，调节连杆，使凸轮的大半径部分与T型栓杆接触，工作面向径向扩展，使衬砌材料与洞壁接触，并施加一定的压力，从而将初衬均勻的施作在洞周，并保证了初衬施作质量。本发明解决了模型试验中地下洞室初衬施作困难和初衬质量难以达到设计要求的问题，将初衬施作方法与装置应用于模型试验中，与前人的研究相比，本发明制作简单、 使用方便、能够有效改善模型试验的衬砌试验手段，提高初衬施作质量，使模型试验结果更加可靠，模型试验反应的规律更具有实用性。本发明解决了模型试验中地下洞室初衬施作困难和初衬质量难以达到设计要求的问题，具有以下优点1、能够保证初衬施作的均勻性，实现初衬施作过程中初衬相似材料厚度均勻，且施作过程中压力均勻；2、能够提供高初衬施作的质量，通过降低工作面与初衬相似材料的粘结性来保证初衬施作的质量；3、增大了 T型栓杆与工作面的接触面积，并加了橡胶垫，保证工作面受力均勻，提高了衬砌的施作质量；4、能够减少施作过程对模型体的人为扰动，提高模型试验的准确性。
图1是本发明的结构示意图；其中1.工作面；2.受力板；3.橡胶垫；4. T型栓杆；5.凸轮；6.连杆。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1中，一种用于地下工程模型试验初衬施作装置，包括初衬施作工作面1，工作面下衬有受力板2，受力板内连接有六个T型栓杆4，T型栓杆4的翼缘部分与受力板2之间有橡胶垫3，T型栓杆4的另一端与装置中心处的凸轮5接触，通过凸轮5的转动，调节T 型栓杆4施加在受力板2上的力。所述的工作面1由两片2mm厚的不锈钢板搭接而成，搭接位置在弧段的中间；工作面的形状与地下洞室的断面形状相同，宽度与施作衬砌的进尺相同。所述的受力板2由5块2cm厚的钢板拼接而成，其形状与地下洞室的断面形状相同，尺寸比洞室设计断面轮廓尺寸小3mm，即当T型栓杆4与凸轮5最小半径接触时，恰衬于工作面1的内侧，保证工作面均勻受力。所述的T型栓杆4的翼缘部分尺寸为4cmX 4cm，增大受力板的受力面积，防止局部受力过大。所述的T型栓杆4与受力板2之间有橡胶垫3，起一定的缓冲作用。所述的凸轮5由4cm厚的钢板制成，最大半径为5cm，最大半径的范围为120°，最小半径为4. 5cm。一种用于地下工程模型试验初衬施作方法，其特征是，包括以下步骤A.连接好装置，调节凸轮5，使其较小的半径处与T型栓杆4接触；B.按照设计厚度，将衬砌材料均勻涂抹在工作面1上； C.将装置放入开挖洞室，工作面1在衬砌施作位置，转动连杆6，使凸轮5的大半径部分与T型栓杆4接触，工作面1向径向扩展，使衬砌材料与洞壁接触，并由工作面向洞周施加一定压力，将衬砌材料与洞壁压紧；D.向外抽出装置，完成衬砌施作，转动连杆6，调节凸轮5，使工作面处于松弛状态。
权利要求
1.一种用于地下工程模型试验初衬施作装置，其特征在于，包括与地下洞室断面形状相同的工作面，所述工作面内壁上衬有受力板，所述受力板内壁上连接有若干栓杆，所述栓杆的翼缘部分与受力板之间设有橡胶垫，栓杆的另一端与设置于所述初衬施作装置中心处的凸轮接触，凸轮与连杆相连。
2.根据权利要求1所述的用于地下工程模型试验初衬施作装置，其特征在于，所述工作面由两片不锈钢板搭接而成，搭接位置在工作面弧段的中间；工作面的宽度与施作衬砌的进尺相同。
3.根据权利要求1所述的用于地下工程模型试验初衬施作装置，其特征在于，所述受力板由若干块钢板拼接而成，其形状与地下洞室的断面形状相同，且当T型栓杆与凸轮最小半径接触时，恰好衬于工作面的内侧。
4.根据权利要求1所述的用于地下工程模型试验初衬施作装置，其特征在于，所述栓杆成T型，T型栓杆的翼缘部分尺寸大于栓杆的其他部分的尺寸。
5.根据权利要求1所述的用于地下工程模型试验初衬施作装置，其特征在于，所述的凸轮由钢板制成，最大半径的范围为120°。
6.一种利用用于地下工程模型试验初衬施作装置的初衬施作方法，包括以下步骤A.连接好初衬施作装置，调节凸轮，使其较小的半径处与T型栓杆接触；B.按照实际设计厚度，将衬砌材料均勻涂抹在工作面上；C.将初衬施作装置放入开挖洞室内，工作面在衬砌施作位置，转动连杆，使凸轮的大半径部分与T型栓杆接触，工作面沿径向扩展，使衬砌材料与洞壁接触，并由工作面向洞周施加压力，将衬砌材料与洞壁压紧；D.向外抽出初衬施作装置，完成衬砌施作，转动连杆，调节凸轮，使工作面处于松弛状态。
全文摘要
本发明涉及一种用于地下工程模型试验初衬施作装置，包括初衬施作工作面，工作面下衬有受力板，受力板内连接有六个T型栓杆，T型栓杆的翼缘部分与受力板之间有橡胶垫，T型栓杆的另一端与装置中心处的凸轮接触，通过凸轮的转动，调节T型栓杆施加在工作面上的力，同时本发明还提供了一种模型试验中初衬施作的方法。本发明解决了模型试验中地下洞室初衬施作困难和初衬质量难以达到设计要求的问题，将初衬施作方法与装置应用于模型试验中，与前人的研究相比，本发明制作简单、使用方便、能够有效改善模型试验的衬砌试验手段，提高初衬施作质量，使模型试验结果更加可靠，模型试验反应的规律更具有实用性。
文档编号E21D11/40GK102322277SQ20111020609
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者周毅, 宋曙光, 李利平, 李术才, 石少帅, 胡聪 申请人:山东大学