承載狀態下隧道襯砌結構加速腐蝕劣化試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及承載狀態下隧道襯砌結構加速腐蝕劣化試驗裝置。
【背景技術】
[0002]隨著現階段我國城市軌道交通、越江跨海通道工程的蓬勃發展，交通隧道工程因其交通保障性能良好、結構相對安全等優勢，已逐漸成為交通工程比選中的主要方案。
[0003]較之地面結構，由于地下水土環境的復雜性，隧道襯砌結構在水土荷載和周圍侵蝕環境的聯合作用下，其襯砌結構力學性能將在服役一段時間后發生更大的劣化衰退:一方面，侵蝕環境特有的Cl—、Mg2+、S042—等腐蝕性離子將隨著地下水、海水等緩慢侵入隧道中，導致襯砌中的鋼筋過早銹蝕，使鋼筋混凝土出現銹蝕劣化，使結構出現裂損或局部破壞;另一方面，隧道襯砌結構需長期承受巖土體圍巖壓力和水壓力的作用，將加速材料及結構的腐蝕劣化。也即，隧道襯砌結構在力學因素(水土荷載)和化學因素(氯鹽、酸堿鹽等有害化學物質等)的共同作用下，會發生腐蝕劣化，導致其承載能力降低，使用壽命縮短。
[0004]室內加速腐蝕試驗方法因可模擬實際工程腐蝕劣化環境、并結合相似理論、電化學方法，可實現短期內結構腐蝕劣化全過程性能的模擬試驗，從而為隧道的設計、維護提供試驗依據。目前對于隧道襯砌鋼筋混凝土的加速銹蝕試驗主要針對鋼筋混凝土試件或隧道襯砌壓彎構件開展，通常先采用電化學方法對鋼筋混凝土試件或構件進行加速銹蝕，然后對銹蝕后的試件或構件進行加載，測試銹蝕后試件或構件的強度、剛度、破壞情況等力學及工程特性。這種先銹蝕、后承受荷載的試驗場景，與荷載與侵蝕共同作用、同時進行的隧道襯砌結真實環境不符，不能反映考慮隧道襯砌結構周圍水土荷載環境和侵蝕劣化環境聯合作用下的性能衰退演變規律。其試驗結果作為隧道設計、維護試驗依據的可靠性有待提高。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種承載狀態下隧道襯砌結構加速腐蝕劣化試驗裝置，該試驗裝置可實現水土荷載環境與周圍離子侵蝕環境同時、聯合作用下的隧道襯砌結構加速腐蝕試驗，其試驗環境與隧道襯砌結構的真實地下環境更接近，能更準確的反映真實隧道襯砌結構的性能衰退演變規律，從而為隧道工程的設計、維護提供更加可靠的試驗依據。
[0006]本發明實現其發明目的所采用的第一種技術方案是，一種承載狀態下隧道襯砌結構加速腐蝕試驗裝置，其特征是:
[0007]隧道襯砌構件下部的前后兩側均設有高強傳力螺紋拉桿，高強傳力螺紋拉桿依次穿過左加載橫梁、右加載橫梁和自反力梁，螺紋拉桿的兩端連接有錨固螺栓，左加載橫梁、右加載橫梁均通過傳力襯墊分別與隧道襯砌構件下部的左端和右端接觸；自反力梁位于右加載橫梁的右側，且自反力梁的左面固定有水平的液壓千斤頂，液壓千斤頂的左端通過壓力傳感器與右加載橫梁的右面相連；
[0008]所述的隧道襯砌構件的混凝土和鋼筋表面均安裝有應變片和位移計；
[0009]所述的液壓千斤頂、壓力傳感器、應變片和位移計均與數據處理及控制系統相連；
[0010]所述的隧道襯砌構件的頂部設有蓄水槽，所述的蓄水槽由防水材料在隧道襯砌構件的頂部圍合形成;蓄水槽內放置有不銹鋼網；
[0011]所述的不銹鋼網通過導電線與穩流直流電源的陰極電連接;隧道襯砌構件的鋼筋則通過導電線與穩流直流電源的陽極電連接。
[0012]本發明實現其發明目的所采用的第二種技術方案是，一種承載狀態下隧道襯砌結構加速腐蝕試驗裝置，其特征在于:
[0013]隧道襯砌構件下部的前后兩側均設有高強傳力螺紋拉桿，高強傳力螺紋拉桿依次穿過左加載橫梁、右加載橫梁和自反力梁，螺紋拉桿的兩端連接有錨固螺栓，左加載橫梁、右加載橫梁均通過傳力襯墊分別與隧道襯砌構件下部的左端和右端接觸；自反力梁位于右加載橫梁的右側，且自反力梁的左面固定有水平的液壓千斤頂，液壓千斤頂的左端通過壓力傳感器與右加載橫梁的右面相連；
[0014]所述的隧道襯砌構件的混凝土和鋼筋表面均安裝有應變片和位移計；
[0015]所述的液壓千斤頂、壓力傳感器、應變片和位移計均與數據處理及控制系統相連；
[0016]所述的隧道襯砌構件的前側面、后側面及底面，密封包裹一層防水材料形成保水區；隧道襯砌構件前側面、后側面的防水材料伸出隧道襯砌構件頂部的頂緣與隧道隧道襯砌構件頂面左側和右側的防水材料，圍合形成襯砌構件頂部的蓄水槽;在保水區內的隧道襯砌構件的前側面、后側面、底面及蓄水槽的底部布設不銹鋼網；并在保水區內的不銹鋼網與防水材料之間填充吸水海綿；
[0017]所述的不銹鋼網通過導電線與穩流直流電源的陰極電連接;隧道襯砌構件的鋼筋則通過導電線與穩流直流電源的陽極電連接。
[0018]本發明試驗裝置的工作過程和原理是:
[0019]將高強傳力螺紋拉桿兩端的錨固螺栓擰緊，使左加載橫梁、右加載橫梁錨固在待測的隧道襯砌構件左右兩側的下部。將腐蝕液灌入蓄水槽中，對第一種技術方案的裝置，腐蝕液即經隧道襯砌構件的頂面向下滲透，在隧道襯砌構件頂部附近形成頂面腐蝕區；對第二種技術方案的裝置則在腐蝕液即經隧道襯砌構件的頂面、側面、底面向隧道襯砌構件內部滲透，在隧道襯砌構件周圍形成全向腐蝕區。
[0020]隨后，數據處理及控制系統控制液壓千斤頂向右加載橫梁施加載荷，隧道襯砌構件下部的左右兩側即受到中軸線以下的偏心擠壓(彎矩載荷)，其載荷值的大小由壓力傳感器實時測出并反饋給數據處理及控制系統。同時，穩流直流電源啟動，直流電流依次通過穩流直流電源的陽極、隧道襯砌構件的鋼筋、頂面腐蝕區(第一種方案)或全向腐蝕區(第二種方案)的腐蝕液，腐蝕區內的不銹鋼網流向穩流直流電源的陰極，構成電化學腐蝕回路，從而在承載狀態下，實現對隧道襯砌構件的加速腐蝕試驗。
[0021 ]在加速腐蝕試驗過程中，應變片和位移計實時測出隧道襯砌構件的應變和變形位移;并可通過鋼筋銹蝕儀測試出隧道襯砌構件的鋼筋銹蝕劣化程度，通過超聲無損探測儀探測出構件內部的損傷演化過程，通過裂縫深度寬度測試儀記錄待加載腐蝕構件裂縫開展變化過程。試驗完成后，通過對載荷值、腐蝕液種類、應變、位移、鋼筋銹蝕程度、裂縫開展變化的分析、處理即可得出隧道襯砌結構的性能衰退演變規律，從而為隧道工程的設計、維護提供試驗依據。
[0022]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0023]由螺紋拉桿，左、右加載橫梁，自反力梁和液壓千斤頂組成的加載裝置通過由彎矩、軸力導入的方式，對隧道襯砌結構構件進行可控加載，真實地模擬運營期隧道襯砌結構的實際受力狀態。同時，由穩流直流電源、頂面腐蝕區或全向腐蝕區的腐蝕液，腐蝕液內的不銹鋼網及隧道襯砌結構構件的鋼筋組成的電化學加速腐蝕系統對隧道襯砌結構構件進行加速腐蝕劣化。應變片、位移計、壓力傳感器等實時測出隧道襯砌結構構件的應變、變形位移等數據，從而實現了承載狀態下隧道襯砌結構加速腐蝕劣化試驗。
[0024]總之。本發明的試驗環境為荷載、侵蝕共同作用的環境，它與隧道襯砌結構真實的地下環境更接近，能更準確的反映真實隧道襯砌結構的性能衰退演變規律;從而能為隧道工程的設計、維護提供更加可靠的試驗依據。
[0025]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述。
【附圖說明】
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