本發明屬于隧道工程,更具體地說,本發明涉及一種用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置。
背景技術:
1、盾構隧道建設已成為城市地下交通建設的重要路徑,受隧道周邊水、土壓力機運營階段的振動、周邊施工等不良工況影響,盾構隧道可能會產生一些不良變形,為了確保盾構隧道安全,在施工前會通過室內試驗開展盾構隧道管片足尺試驗。現階段室內試驗主要集中于管片本身的變形以及管片接縫的變形,目前的研究顯示,管片發生破壞概率較小,而兩塊相鄰管片之間接縫的變形概率較大。目前的研究顯示,兩塊相鄰盾構管片之間的接縫的變形則表現出了在三維空間變形特性,即兩塊管片之間的相對位置會發生在三個維度上的變化,包括x向、y向以及z向變形。現階段對于接縫三個維度變化量的同步測量需要使用多個設備同時進行測量,而在室內試驗時,適合布置傳感器的工作面有限,無法有效滿足該條件,此外,采用傳統游標卡尺和位移計方法的綜合使用方法,效率較為低下,且不能同時測量。因此,需要開發一種適用于實驗室中開展盾構隧道管片足尺試驗時可同時測量接縫三維變形的裝置和方法。
2、現有技術一的技術方案《一種盾構隧道管片接縫變形量的測量裝置及測量方法》cn202111256547.4
3、一種盾構隧道管片接縫變形量測量裝置,由測針組件、電流組件和數據采集單元組成,接縫變形引起測針的伸長和壓縮,電流組件將測針的壓縮量轉化為電流強度,并將電流強度傳輸至數據采集單元,數據采集單位將電流強度轉換為測針的位置信息,從而獲得相鄰兩個管片接縫處的錯臺量和張開量。該方法只能測量接縫的錯臺和張開量,即只能夠測量二維平面內的接縫變形,不能夠對接縫三維變形量進行測量。
4、現有技術二的技術方案《一種盾構隧道管片接縫變形多功能測量裝置及測量方法》cn201410012043.1
5、一種盾構隧道管片接縫變形多功能測量裝置,由三棱柱形鋼塞尺、“l”形傳動滑桿、數顯百分表組成,主要通過人工將三棱柱塞尺塞入接縫中,再通過“l”形傳動滑桿、滑動導槽將測量數據帶入公式換算獲得錯臺量和張開量。該方法需要通過人工配合,而接縫變形時長期變化,此方法只能單次進行測量無法實現連續測量,且無法實現對接縫三個維度上的變形進行監測。。
技術實現思路
1、本發明所要解決的技術問題是提供一種可適用于實驗室中開展盾構隧道管片足尺試驗時可同時測量接縫三維變形的用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置。
2、為了實現上述目的,本發明采取的技術方案為:
3、一種用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置,包括接縫變形響應部、接縫變形傳遞部、接縫x向變形測量部、圓形固定圈、接縫y向變形測量部、接縫z向變形測量部、管片接縫;接縫變形響應部設置在管片接縫一側的盾構管片的表面,接縫x向變形測量部設置在管片接縫另外一側的盾構管片表面;
4、所述管片接縫為管片a和管片b組成的整體之間的縫隙;
5、所述接縫變形響應部由轉動底盤a、傳動軸a和轉動軸a組成,其中轉動底盤a底部與盾構隧道管片之間固定連接,傳動軸a底部與轉動底盤a之間固定連接,轉動軸a設置在傳動軸a頂部;
6、所述接縫變形傳遞部由連接桿、轉動軸b、傳動軸b、轉動底盤b和鎖扣部組成,其中連接桿總長度為l,連接桿的一端與轉動軸a連接,連接桿靠近轉動軸a的1/3l處連接轉動軸b,連接桿的另一端與鎖扣部連接,轉動軸b設置在傳動軸b頂部,傳動軸b底部固定設置在轉動底盤b上表面;
7、所述圓形固定圈為半徑為l的金屬圓;
8、所述鎖扣部由兩個邊長為δl正方體組成,兩個正方體側邊之間通過焊接連接,左側正方體帶有上下貫通孔a,右側正方體帶有前后貫通孔b,貫通孔a和貫通孔b形心距離控制為δl;
9、所述接縫x向變形測量部由長度相同的滑動蓋板和滑動底座組成,其中滑動蓋板設有凹槽,滑動底座設有凸起軌道,滑動蓋板可在滑動底座上滑動;凸起軌道全長范圍內都帶有標準刻度,刻度最小分辨率為0.05mm,最大量程設定為1/3l;轉動底盤b與滑動蓋板左端固定連接;
10、所述接縫y向變形測量部由弧形滑軌a、轉動節點a和轉動節點b組成;其中弧形滑軌a帶有刻度線,弧形滑軌a弧心位置位于轉動軸b的轉動軸心處,弧形滑軌a的圓弧半徑為(2/3l+δl),弧形滑軌a的刻度零點在圓弧的中間位置;所述轉動節點a、轉動節點b固定于圓形固定圈兩腰凸起頂點處,弧形滑軌a兩端分別與轉動節點a、轉動節點b連接;所述弧形滑軌a零點刻度至轉動節點a位置為正讀數,平均分配50個刻度,最大量程為+l,弧形滑軌a零點刻度至轉動節點b為負讀數,平均分配50個刻度,最大量程為-l;
11、所述接縫z向變形測量部由弧形滑軌b、轉動節點c和轉動節點d組成;其中弧形滑軌b帶有刻度線,弧形滑軌b弧心位置位于轉動軸b的轉動軸心處,弧形滑軌b的圓弧半徑為2/3l,弧形滑軌b的刻度零點在圓弧的中間位置;所述轉動節點c、轉動節點d分別固定于圓形固定圈頂點與最低點處,弧形滑軌b兩端分別與轉動節點c、轉動節點d連接;所述弧形滑軌b零點刻度至轉動節點c位置為負讀數,平均分配50個刻度,最大量程為-l,弧形滑軌b零點刻度至轉動節點d為正讀數,平均分配50個刻度,最大量程為+l。
12、本發明公開了一種用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置,所述轉動底盤由上圓盤和下圓盤組成,上圓盤與下圓盤的圓心位于同一個中心軸上,上圓盤可自由圍繞圓心所在中心軸轉動。
13、本發明公開了一種用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置,所述轉動軸a與轉動軸b長度為1/3l,轉動軸b與鎖扣部之間長度為2/3l。
14、本發明公開了一種用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置,所述圓形固定圈底部固定于滑動蓋板上部,圓形固定圈所在平面與滑動蓋板移動方向垂直,圓形固定圈與滑動蓋板的固定點距離轉動底盤b與滑動蓋板的固定點中心的距離為1/3l;。
15、本發明公開了一種用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置,所述弧形滑軌a穿過貫通孔b,并圍繞轉動節點a與轉動節點b連成的軸線轉動;弧形滑軌b穿過鎖扣貫通孔a,并圍繞轉動節點c與轉動節點d連成的軸線轉動。
16、采用本發明方案,同現有技術相比,具有以下有益效果:
17、(1)本裝置可通過單一設備的布置,即可獲得盾構隧道管片足尺試驗中接縫在三維維度上的變形;
18、(2)本裝置可通過調節轉動軸b所在連接桿的位置,將接縫變形進行放大,從而觀察到微小變形;
19、(3)本裝置可以直接通過鎖扣部的運動方向,確定接縫一側盾構管片的移動方向。
20、以下將結合附圖和實施例,對本發明進行較為詳細的說明。
1.一種用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置,其特征在于,包括接縫變形響應部、接縫變形傳遞部、接縫x向變形測量部、圓形固定圈、接縫y向變形測量部、接縫z向變形測量部、管片接縫;接縫變形響應部設置在管片接縫一側的盾構管片的表面,接縫x向變形測量部設置在管片接縫另外一側的盾構管片表面;
2.根據權利要求1所述的一種用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置,其特征在于,所述轉動底盤由上圓盤和下圓盤組成,上圓盤與下圓盤的圓心位于同一個中心軸上,上圓盤可自由圍繞圓心所在中心軸轉動。
3.根據權利要求1所述的一種用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置,其特征在于,所述轉動軸a與轉動軸b長度為1/3l,轉動軸b與鎖扣部之間長度為2/3l。
4.根據權利要求1所述的一種用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置,其特征在于,所述圓形固定圈底部固定于滑動蓋板上部,圓形固定圈所在平面與滑動蓋板移動方向垂直,圓形固定圈與滑動蓋板的固定點距離轉動底盤b與滑動蓋板的固定點中心的距離為1/3l;。
5.根據權利要求3所述的一種用于實驗室盾構隧道管片接縫三維變形的測量裝置,其特征在于,所述弧形滑軌a穿過貫通孔b,并圍繞轉動節點a與轉動節點b連成的軸線轉動;弧形滑軌b穿過鎖扣貫通孔a,并圍繞轉動節點c與轉動節點d連成的軸線轉動。