本發(fā)明涉及一種巖土室內(nèi)模式試驗設(shè)備，具體涉及一種小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作模具及方法。

背景技術(shù)：

1、盾構(gòu)隧道技術(shù)在全球范圍內(nèi)取得了顯著的進步，已成為地下空間開發(fā)的重要手段。當前，盾構(gòu)隧道技術(shù)正向著大直徑、長距離、復雜地質(zhì)條件挑戰(zhàn)，同時追求更高的施工效率和安全性。盾構(gòu)機設(shè)備不斷創(chuàng)新，配備有先進的導航、監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)精準掘進和對地質(zhì)條件的實時掌控。此外，數(shù)字化、智能化技術(shù)的發(fā)展，使得盾構(gòu)隧道建設(shè)更加高效、環(huán)保。各國在海底、城市地下等復雜環(huán)境中廣泛應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)，推動了地下空間的資源開發(fā)和利用，為全球基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)注入了新的活力。隨著技術(shù)的不斷進步，盾構(gòu)隧道建設(shè)將繼續(xù)為解決交通擁堵、優(yōu)化城市空間布局、促進區(qū)域發(fā)展等方面發(fā)揮重要作用。

2、在巖土室內(nèi)試驗中，盾構(gòu)隧道的模擬方法主要包括數(shù)值模擬和物理模型試驗兩種。

3、數(shù)值模擬則主要采用abaqus、flac3d等軟件，通過跟蹤單元法(elcopy)、生死單元法等手段模擬盾構(gòu)隧道開挖過程。如abaqus入門教學視頻教程所示，數(shù)值模擬可以詳細模擬盾構(gòu)隧道開挖、流固耦合條件下的開挖以及參數(shù)化建模等，適用于研究盾構(gòu)隧道對周圍環(huán)境的影響，如地面沉降、地下管線和建筑物的響應(yīng)等。

4、物理模型試驗通常在大型綜合模擬試驗平臺上進行，通過構(gòu)建尺寸較大的試驗?zāi)Ｐ?如6m×6m×8m)，模擬砂卵石地層盾構(gòu)施工、地下水位變化影響以及高地應(yīng)力梯度隧道結(jié)構(gòu)力學響應(yīng)等工況。這種方法能夠直觀反映盾構(gòu)隧道施工過程中的力學行為和環(huán)境影響，特點是模型尺寸大、監(jiān)測點全面、設(shè)計水平前沿，可實現(xiàn)全生命周期的物理模擬。

5、數(shù)值模擬則成本較低，適用范圍廣，但需要精確的參數(shù)輸入和合理的模型假設(shè)。物理模型試驗?zāi)苤庇^反映實際情況，但由于尺寸、材料、工藝等限制，試驗效果往往受到很大影響。

6、由于盾構(gòu)隧道的管片為分段、分片預制，在施工過程中采用螺栓鏈接的方式，所以在小比例模型試驗中很難做出類似的拼裝功能和效果，因此主要采取力學等效模型進行模擬，如研究隧道整體彎曲的時，往往選用例如pcv管道、薄壁金屬管道等進行替代。其力學模擬效果難以保障。

7、目前，采用管片式的模型制作方式，對管片的厚度要求高，適用于大比例的模型制作。這同時會造成模型箱的尺寸、振動試驗臺的尺寸成倍增加，甚至無法完成某些試驗(如振動臺試驗)。另外，還有一種模型只是將筒狀試驗?zāi)Ｐ偷墓芷B接部位做了凹槽處理，仍然不是管片式的模型制作，同時該模型也沒有模擬螺旋連接。

8、綜上所述，目前在盾構(gòu)隧道管片式襯砌的試驗?zāi)Ｐ椭谱鲿r，尚無能完全模擬管片式拼裝、螺栓連接、適用于小尺度的模型制作工具和方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作模具及方法，能夠精確制作小尺寸盾構(gòu)管片隧道襯砌模型，且可以完全模擬小尺寸盾構(gòu)管片隧道襯砌模型的螺栓連接。

2、根據(jù)本發(fā)明實施例的小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作模具，包括：

3、模具主體組件，所述模具主體組件包括內(nèi)筒、外筒、底座、網(wǎng)片、定位塊和螺栓安裝位預埋組件；所述內(nèi)筒設(shè)置在所述外筒內(nèi)，所述內(nèi)筒的下端和所述外筒的下端可拆卸地固定在所述底座上；所述螺栓安裝位預埋組件用于設(shè)置在所述內(nèi)筒上，以提供兩兩相鄰的管片模型之間的螺栓安裝位；所述網(wǎng)片用于環(huán)設(shè)在所述內(nèi)筒與所述外筒之間的中部；所述定位塊用于設(shè)置在所述內(nèi)筒和所述外筒之間，以控制所述外筒相對于所述內(nèi)筒的位置并固定所述網(wǎng)片；

4、微型螺栓，所述微型螺栓用于連接在兩兩相鄰的所述管片模型之間的所述螺栓安裝位處。

5、根據(jù)本發(fā)明實施例的小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作模具，制作小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型的流程為：先使用內(nèi)筒、外筒、底座、網(wǎng)片、定位塊和螺栓安裝位預埋組件組裝好模具主體組件，內(nèi)筒、外筒和底座圍成下端封閉上端敞開的環(huán)形模腔；再從模具主體組件的上端向內(nèi)筒和外筒之間的環(huán)形模腔澆筑充填材料如水泥砂漿或細石混凝土，以獲得整體的管式模型，再通過切割管式模型獲得所需的分體式的管片模型；最后將微型螺栓穿過兩兩相鄰的管片模型之間的螺栓安裝位使兩兩相鄰的管片模型固定在一起，以獲得小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型，以便后續(xù)進行模擬試驗。

6、本發(fā)明實施例的小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作模具具有如下的優(yōu)勢：采用內(nèi)筒、外筒、底座和墊塊配合的方式有利于制作出薄壁小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型；采用螺栓安裝位預埋組件的方式能夠制作出薄壁小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型中的螺栓安裝位；用微型螺栓連接的方式既保證了完全模擬實際的盾構(gòu)隧道的方式又解決了管片模型之間的連接機構(gòu)小型化的問題；利用模具主體組件先制作整體式的管式模型，再通過切割工具將管式模型切割成若干個所需的管片模型，切割得到的管片模型能夠模擬實際的盾構(gòu)隧道襯砌管片，能夠保證盾構(gòu)隧道襯砌模型的小型化和精準模擬的問題。總之，本發(fā)明實施例的小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作模具能夠精確制作小尺寸盾構(gòu)管片隧道襯砌模型，且可以完全模擬小尺寸盾構(gòu)管片隧道襯砌模型的螺栓連接，有利于提高試驗效果的可靠性。

7、在一些實施例中，所述底座上設(shè)有用于嵌固所述內(nèi)筒的下端的內(nèi)環(huán)槽和用于嵌固所述外筒的下端的外環(huán)槽。

8、在一些實施例中，所述底座上設(shè)有多個支撐部，多個所述支撐部間隔布置在所述外環(huán)槽的外邊處，用于支撐所述外筒的外側(cè)面上。

9、在一些實施例中，所述網(wǎng)片為鋼絲網(wǎng)或者復合材料織網(wǎng)。

10、在一些實施例中，所述螺栓安裝位預埋組件包括預埋管和布置在所述預埋管兩端的墊塊，所述墊塊用于固定在所述內(nèi)筒的外側(cè)面上，所述預埋管的兩端用于插入對應(yīng)的所述墊塊中。

11、在一些實施例中，所述預埋管為塑料管，所述墊塊為發(fā)泡墊塊。

12、在一些實施例中，所述外筒為透明外筒。

13、本發(fā)明還提出了一種小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作方法。

14、根據(jù)本發(fā)明實施例的小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作方法，采用根據(jù)本發(fā)明實施例的小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作模具進行小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作，包括如下步驟：

15、s1：組裝好所述模具主體組件；

16、s2：從所述模具主體組件的上端向所述內(nèi)筒和所述外筒之間的環(huán)形模腔澆筑充填材料，以獲得整體的管式模型，再通過切割所述管式模型獲得所需的分體式的所述管片模型；

17、s3：將所述微型螺栓穿過兩兩相鄰的所述管片模型之間的所述螺栓安裝位使兩兩相鄰的所述管片模型固定在一起，以獲得小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型。

18、由于本發(fā)明實施例的小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作方法采用了本發(fā)明實施例的小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作模具進行襯砌模型制作，因此，本發(fā)明實施例的小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作方法具有與本發(fā)明實施例的小直徑盾構(gòu)隧道襯砌模型制作模具相同的技術(shù)效果，在此不再贅述。

19、在一些實施例中，步驟s1具體包括如下子步驟：

20、s11：在所述內(nèi)筒的外側(cè)面上畫線，劃分出所需的所述管片模型的輪廓，根據(jù)所述內(nèi)筒的外側(cè)面上畫線在需要布置所述微型螺栓的位置處將所述螺栓安裝位預埋組件固定在所述內(nèi)筒的外側(cè)面上；

21、s12：在所述內(nèi)筒的外側(cè)設(shè)置網(wǎng)片，將若干個所述定位塊間隔固定在內(nèi)筒上并使所述網(wǎng)片固定在所述定位塊的徑向中部處；

22、s13：將完成步驟s12的內(nèi)筒的下端固定在所述底座上，將所述外筒套在所述內(nèi)筒外并使所述外筒的下端固定在所述底座上，獲得所述模具主體組件。

23、在一些實施例中，步驟s2具體包括如下子步驟：

24、s21：從所述模具主體組件的上端向所述內(nèi)筒和所述外筒之間的所述環(huán)形模腔澆筑充填材料并持續(xù)振搗，直至灌滿整個所述環(huán)形模腔，以獲得整體式的所述管式模型；

25、s22：在養(yǎng)護室中養(yǎng)護所述管式模型，使所述管式模型達到標準強度；

26、s23：在步驟s22之后，去除所述底座，在所述外筒對應(yīng)所述內(nèi)筒位置處畫線畫出切割線；

27、s24：按照所述切割線切割出所述管片模型，并對所述管片模型依次編號；

28、s25：對各個所述管片模型上的已切斷的所述螺栓安裝位預埋組件進行處理，為所述微型螺栓提供螺栓安裝位。

29、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。