一种用于隧道模型试验中的拼装式衬砌模型的制作方法

1.本实用新型属于水利水电工程技术领域，具体涉及到一种用于隧道模型试验中的拼装式衬砌模型。


背景技术：

2.模型试验因具有形象、直观等优点，而被广泛作为一种研究手段，在隧道工程领域中，模型试验能够模拟隧道围岩变形、衬砌受力与变形等内容。在隧道模型试验中，衬砌模型的制作较为关键，由于隧道施工中，隧道开挖在前，衬砌支护在后，且衬砌支护与开挖断面保持一定距离，在模型试验中，要想更为准确的模型实际施工，也要按照此施工工序。
3.现有用于隧道模型试验中的衬砌模型大多采用整体式，即提前采用模具预制衬砌模型，等隧道开挖模型全部完成后，再将衬砌模型整体放入洞中，或者提前将预制好的整体式衬砌模型预先埋置于围岩填料中，以上两种衬砌模型的安装方法均与现场实际施工工序不符，不能准确地对隧道施工进行模拟。目前也存在拼装式衬砌模型，此种衬砌模型能够实现更好地与隧道实际施工工序相一致的目的，如现有技术中，由西南交通大学申请的发明专利(公开号为cn108776033a)公开了一种用于盾构隧道纵向模型试验的衬砌模型及制作方法，所述管片衬砌模型包括割槽和纵向接头片，所述制作方法包括通过拟定相似比，计算模型参数，试制并测试其力学参数是否满足要求，然后浇筑管片衬砌模型并拼接。又有，由同济大学申请的发明专利(公开号为cn109493710a)公开了一种可模拟环向拼装性能的盾构隧道衬砌模型设计方法，包括以下步骤：1)根据原型隧道的几何尺寸和分块特性，获得盾构隧道衬砌模型的内外径、纵向宽度、分块数量和分块位置，获得多个管片单元；2)拼接管片单元，在相邻管片单元设置橡胶件以模拟环向接头，根据接头抗弯刚度等效原则，设计所述橡胶件的厚度和硬度；3)通过模型螺栓固定所述管片单元和橡胶件，所述模型螺栓尺寸依据相似关系设计，模型螺栓的预紧力满足设计要求。
4.但此类衬砌模型还存在在接口处容易产生破坏、整体性较差等问题，因此，需要制作一种拼装式且整体性较好的衬砌模型，以使隧道模型试验模拟结果更为准确。


技术实现要素：

5.本实用新型目的是提供一种用于隧道模型试验中，同时具有整体性较好、制作方便、可循环利用的拼装式衬砌模型。
6.本实用新型是这样实现的：
7.一种用于隧道模型试验中的拼装式衬砌模型，包括衬砌模型，该衬砌模型由若干个衬砌环一和衬砌环二组装构成；前述的衬砌环一由模块一、模块二、模块三、模块四通过齿连接结构组合成；前述的衬砌环二由模块五、模块六、模块七、模块八通过齿连接结构组合成；前述的齿连接结构是这样构成：在模块一至模块八一端设有齿榫，另一端设有齿槽，每个模块均含有一榫头与榫眼，且榫头与榫眼均设有螺纹圆孔；各模块之间通过齿榫与齿槽形成的齿连接相连。
8.进一步的，前述的衬砌环一与衬砌环二通过榫头与榫眼形成的榫卯结构相连，并通过在螺纹圆孔内拧入螺栓固定.
9.进一步的，通过交错布置多个衬砌环一与衬砌环二最终形成衬砌模型。
10.进一步的，前述的模块一至模块八以及齿连接结构、榫卯连接结构所用材料均为有机玻璃。
11.进一步的，前述的衬砌环一与衬砌环二均含有4个齿连接结构与4个榫卯结构。
12.进一步的，前述的衬砌环一与衬砌环二中齿连接结构位置相互交错。
13.与现有技术相比，根据隧道模型试验地特点，本实用新型的衬砌模型为拼装式结构，实现了对衬砌长度的有效控制，使得隧道模型试验更加真实地模拟实际隧道施工工序。衬砌环一与衬砌环二的各组成模块之间采用齿连接结构，这种连接结构连接比较紧密，增大了衬砌模型在接口处抵抗外力的能力，使得衬砌模型在试验过程中不容易损坏。衬砌环一与衬砌环二之间榫卯连接结构，使得各衬砌环之间紧密相连，形成一个整体，有效地控制了衬砌环的晃动，同时也提高了衬砌模型的受力能力。衬砌环一与衬砌环二交错循环布置，使得各衬砌环之间的齿连接结构相互错开，进一步减小了齿连接结构对衬砌模型受力能力的影响。本衬砌模型所用材料为有机玻璃，可循环使用。
附图说明
14.图1为本实用新型整体示意图；
15.图2为本实用新型模块一、模块二、模块三、模块四示意图；
16.图3为本实用新型齿连接结构示意图；
17.图4为本实用新型模块五、模块六、模块七、模块八示意图；
18.图5为本实用新型衬砌环一示意图；
19.图6为本实用新型模块接口示意图；
20.图7为本实用新型衬砌环二示意图。
21.附图标记说明：1
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衬砌模型，2
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衬砌环一，3
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衬砌环二，11
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模块一，12
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模块二，13
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模块三，14
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模块四，15
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模块五，16
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模块六，17
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模块七，18
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模块八，101
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齿槽，102
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齿榫，103
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榫头，104
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螺纹圆孔，105
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榫眼。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
23.如图2、4所示，模块一11至模块八18一端含有齿槽101，另一端含有齿榫102，且每个模块均含有榫头103和榫眼105，榫头103和榫眼105均含有螺纹圆孔104。各模块之间通过齿槽101与齿榫102组成的齿连接结构进行连接，齿连接结构的具体结构形式见图3与图6。模块一11、模块二12、模块三13、模块四14组成衬砌环一2，如图5所示；模块五15、模块六16、模块七17、模块八18组成衬砌环二3，如图7所示。衬砌环一2与衬砌环二3形状相同且与实际隧道衬砌结构形状相似。衬砌环一2与衬砌环二3通过榫头103与榫眼105形成的榫卯结构相连，并通过在螺纹圆孔104内拧入螺栓固定，通过交错布置多个衬砌环一2与衬砌环二3最终形成衬砌模型1，如图1所示。
24.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种用于隧道模型试验中的拼装式衬砌模型，其特征在于：包括衬砌模型(1)，该衬砌模型(1)由若干个衬砌环一(2)和衬砌环二(3)组装构成；所述衬砌环一(2)由模块一(11)、模块二(12)、模块三(13)、模块四(14)通过齿连接结构组合成；所述衬砌环二(3)由模块五(15)、模块六(16)、模块七(17)、模块八(18)通过齿连接结构组合成；所述齿连接结构是这样构成：在模块一至模块八一端设有齿榫(102)，另一端设有齿槽(101)，每个模块均含有一榫头(103)与榫眼(105)，且榫头(103)与榫眼(105)均设有螺纹圆孔(104)；各模块之间通过齿榫(102)与齿槽(101)形成的齿连接相连。2.根据权利要求1所述的用于隧道模型试验中的拼装式衬砌模型，其特征在于：所述衬砌环一(2)与衬砌环二(3)通过榫头(103)与榫眼(105)形成的榫卯结构相连，并通过在螺纹圆孔(104)内拧入螺栓固定。3.根据权利要求1所述的用于隧道模型试验中的拼装式衬砌模型，其特征在于：通过交错布置多个衬砌环一(2)与衬砌环二(3)最终形成衬砌模型(1)。4.根据权利要求1所述的用于隧道模型试验中的拼装式衬砌模型，其特征在于：所述模块一(11)至模块八(18)以及齿连接结构、榫卯连接结构所用材料均为有机玻璃。5.根据权利要求1所述的用于隧道模型试验中的拼装式衬砌模型，其特征在于：所述衬砌环一(2)与衬砌环二(3)均含有4个齿连接结构与4个榫卯结构。6.根据权利要求1所述的用于隧道模型试验中的拼装式衬砌模型，其特征在于：所述衬砌环一(2)与衬砌环二(3)中齿连接结构位置相互交错。

技术总结
本实用新型公开了一种用于隧道模型试验中的拼装式衬砌模型，包括衬砌模型，该衬砌模型由若干个衬砌环一和衬砌环二组装构成；前述的衬砌环一由模块一、模块二、模块三、模块四通过齿连接结构组合成；前述的衬砌环二由模块五、模块六、模块七、模块八通过齿连接结构组合成；前述的齿连接结构是这样构成：在模块一至模块八一端设有齿榫，另一端设有齿槽，每个模块均含有一榫头与榫眼，且榫头与榫眼均设有螺纹圆孔；各模块之间通过齿榫与齿槽形成的齿连接相连。本实用新型的用于隧道模型试验中的拼装式衬砌模型同时具有整体性较好、制作方便、可循环利用等优点。可循环利用等优点。可循环利用等优点。


技术研发人员：程振威 张丙文 陈俊 祁义辉 刘毅 曹世江
受保护的技术使用者：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2021.03.16
技术公布日：2021/11/5