一种用于低真空隧道的单块管片原型实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于低真空隧道的单块管片原型实验装置，包括中空的支撑框架，设于支撑框架内的千斤顶加载装置，设于千斤顶加载装置下部的管片支撑装置，设于管片支撑装置下部的真空加载装置，设于管片支撑装置与千斤顶加载装置之间的水压加载装置，设于真空加载装置内部的加热装置和设于管片支撑装置上的数据采集模块；真空加载装置位于支撑框架的底部，水压加载装置位于管片支撑装置上。本发明专利技术具有如下有益效果：本发明专利技术考虑隧道管片结构在低真空运输环境中的特殊工况，进行管片结构的低真空、高温、水土环境模拟，这些措施可实现对低真空磁悬浮隧道管片结构运行环境的全面模拟，实验结果可对在低真空运输环境下隧道管片结构及接缝的水密性、气密性以及结构力学性能进行验证。

A prototype test device of single segment for low vacuum tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种用于低真空隧道的单块管片原型实验装置
本专利技术涉及交通运输前沿
，尤其是涉及一种用于低真空隧道的单块管片原型实验装置，适用于低真空盾构隧道管片结构的复杂工况室内模拟。
技术介绍
随着经济和技术的发展，现代社会对于速度的要求越来越高，磁悬浮铁路在世界范围内得到了快速发展，而构建真空管道交通系统，可使磁悬浮铁路突破轮轨铁路空气阻力的局限，大幅度提升速度。目前各国都在积极参与真空管道交通项目研究，国外SpaceX,VirginHyperloopOne,HTT,ET3，加拿大TransPod，西班牙Zeleros等在计划或建造了低真空管道实验线，最高实验速度约387km/h。目前我国CIT-500检测列车实验速度已达605km/h，中车四方600km/h常导磁浮模型车已下线，中国航天科工集团正在进行低温超导磁浮列车的研究，西南交通大学正在进行高温超导磁浮列车的研究。上述关于真空管道运输系统的研究多集中在列车空气动力学方面，而管道作为列车运行的载体，对真空系统的可靠运行有着至关重要的作用，因此有必要开展针对性研究。借助较为成熟的盾构隧道技术进行真空管道运输系统的建设，可节约稀有的地面土地资源，高效利用地下空间，隧道方案中直接利用盾构管片形成低真空系统运行空间的隧管合一方案结构形式简单，可减小隧道直径，降低工程成本，但盾构隧道管片结构在低真空复杂环境下的密封性能和力学行为有待试验探索。管道内部抽真空后形成负压，使得外部气体有向管道内扩散补充的趋势，因此管片结构及接缝处的气密性必须满足密封要求；隧道周围有地下水的情况下，真空负压会进一步提高将地下水吸入管道内的可能，因此管片结构及接缝处的水密性能是否可靠，也需要进行实验验证；此外管道内列车运行引起的温度升高、低真空负压等工况对管片及接缝处的受力影响规律都有待实验探究。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术中管道内部抽真空后密封性能不佳，真空负压导致的地下水吸入管道直接影响管道的可靠性，管道内列车运行引起的温度升高会影响管片及接缝处的受力，提出了一种用于低真空隧道的单块管片原型实验装置。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种用于低真空隧道的单块管片原型实验装置，包括中空的支撑框架，设于支撑框架内的千斤顶加载装置，设于千斤顶加载装置下部的管片支撑装置，设于管片支撑装置下部的真空加载装置，设于管片支撑装置与千斤顶加载装置之间的水压加载装置，设于真空加载装置内部的加热装置和设于管片支撑装置上的数据采集模块；真空加载装置位于支撑框架的底部，水压加载装置位于管片支撑装置上；支撑框架呈矩形。作为优选，一种用于低真空隧道的单块管片原型实验装置还包括中央控制模块和真空泵管路，千斤顶加载装置、水压加载装置、真空加载装置、加热装置、数据采集模块和真空泵管路分别与中央控制模块电连接。作为优选，所述管片支撑装置包括2个设于支撑框架下部的混凝土墩，混凝土墩位于支撑框架下部左右两侧，各个混凝土墩上均设有支座滑轨，设于2个支座滑轨上的管片，管片通过2个铰支座分别与2个支座滑轨连接；管片呈向上凸出的拱形，通过调整滑轨上的安装位置适配不同尺寸的管片。支座滑轨为T型槽垫板，混凝土墩呈矩形。为减小管片侧端夹持对结构受力和挠度变形的影响，管片两端的支座装置设计为铰接，铰支座通过T型螺栓安装在T形槽垫板上，并通过调整螺母的拧紧力模拟管片之间的螺栓连接状态，更为真实的模拟隧道管片结构的受力状态。此外通过调整T形槽上铰支座的安装位置，可适应不同尺寸大小的实验管片。作为优选，所述千斤顶加载装置包括设于支撑框架内顶部的T形槽滑轨，设于T形槽滑轨上的液压千斤顶和与液压千斤顶连接的撑靴；撑靴呈向上拱起的拱形，撑靴的弧度与管片的弧度相适配，撑靴可与管片相接触。为适应不同尺寸管片的加载点位，千斤顶通过螺栓安装于T形槽滑轨，T形槽滑轨固定于支撑框架顶部，调整螺栓位置后拧紧螺母即可固定千斤顶加载位置，千斤顶通过弧形撑靴将荷载均匀加载于管片外弧面。作为优选，所述水压加载装置包括位于管片上部的密封边框，密封边框上设有进水口和排气口，密封边框与管片和撑靴的接触面均设有密封橡胶条。为模拟管片外侧的水压环境，将密封边框固定到管片外侧边缘，结合处采用密封橡胶条，通过千斤顶顶推撑靴压紧密封橡胶条，在管片外侧形成可通过加压泵施加水压的密闭环境。作为优选，所述真空加载装置包括设于管片下部的真空罩，设于真空罩下部的木楔和设于真空罩侧面的接口；真空罩与管片之间设有密封圈；木楔位于支撑框架的底部，木楔的尺寸与真空罩底部相适配；接口与真空泵管路连接。用强度和刚度达到使用要求的金属材料折叠焊接出密闭的真空罩，并通过密封圈密封安装在管片内侧，真空罩底部四周塞入木楔挤紧密封圈，真空罩与管片内侧组成密封腔，配合真空泵可对管片进行真空度加载实验。作为优选，所述加热装置包括设于真空罩底部的支架和设于支架上的短波孪管；短波孪管对管片内侧进行红外加热。模拟列车运行引起的管片内侧升温。作为优选，数据采集模块包括钢筋计、混凝土应变计、温度传感器、水压计、土压计和光纤光栅传感器，数据采集模块位于管片上。管片中预埋钢筋计、混凝土应变计、温度传感器、水压计、土压计等监测元件，管片连接螺栓内部以及管片接触面处预埋光纤光栅传感器，通过数据采集仪实时采集存储各监测元件数据，实现不同加载工况下结构的受力实时监测。作为优选，液压千斤顶包括n组液压油缸，n≥1，每组两个液压油缸。在矩形支撑框架内将管片两端通过铰接支座固定来模拟管片实际约束，通过千斤顶加弧形撑靴施加荷载的方式模拟管片外侧的环境土压，通过密封框及加压泵对管片外侧施加水压进行管片的环境水压模拟，管片内侧与真空罩连接并通过抽真空模拟低真空环境，通过透明短波孪管对管道内侧进行加热模拟由于列车高速运行引起的管片内侧温度升高，通过中央集成控制系统进行各加载装置的实时控制以模拟不同的环境工况，通过数据采集系统实时采集监测管片结构的受力状态。该专利技术可对低真空磁悬浮隧道管片结构运行环境进行全面的模拟，实现管片土压、水压、真空度及温度加载，可开展原型管片及接头在低真空复杂环境下的结构力学行为及密封性能的可靠性实验研究。因此，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术考虑隧道管片结构在低真空运输环境中的特殊工况，进行管片结构的低真空、高温、水土环境模拟。将原型管片放置于加载支撑框架中，利用千斤顶加载设备和水压加载设备对管片外侧施加环境荷载，利用真空加载系统对管片内侧抽真空，通过温度加热系统对管片内侧温度进行调整，这些措施可实现对低真空磁悬浮隧道管片结构运行环境的全面模拟，实验结果可对在低真空运输环境下隧道管片结构及接缝的水密性、气密性以及结构力学性能进行验证。附图说明图1是本专利技术的一种装置示意图。图中，管片1、铰支座2、支座滑轨3、混凝土墩4、支撑框架5、液压千斤顶6、撑靴1、密封边框8、真空罩9、短波孪管10、加热管支架11、T形槽滑轨12、木楔13。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于低真空隧道的单块管片原型实验装置，其特征是，包括中空的支撑框架（5），设于支撑框架内的千斤顶加载装置，设于千斤顶加载装置下部的管片支撑装置，设于管片支撑装置下部的真空加载装置，设于管片支撑装置与千斤顶加载装置之间的水压加载装置，设于真空加载装置内部的加热装置和设于管片支撑装置上的数据采集模块；真空加载装置位于支撑框架的底部，水压加载装置位于管片支撑装置上；支撑框架呈矩形。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于低真空隧道的单块管片原型实验装置，其特征是，包括中空的支撑框架（5），设于支撑框架内的千斤顶加载装置，设于千斤顶加载装置下部的管片支撑装置，设于管片支撑装置下部的真空加载装置，设于管片支撑装置与千斤顶加载装置之间的水压加载装置，设于真空加载装置内部的加热装置和设于管片支撑装置上的数据采集模块；真空加载装置位于支撑框架的底部，水压加载装置位于管片支撑装置上；支撑框架呈矩形。


2.根据权利要求1所述的用于低真空隧道的单块管片原型实验装置，其特征是，还包括中央控制模块和真空泵管路，千斤顶加载装置、水压加载装置、真空加载装置、加热装置、数据采集模块和真空泵管路分别与中央控制模块电连接。


3.根据权利要求1所述的用于低真空隧道的单块管片原型实验装置，其特征是，所述管片支撑装置包括2个设于支撑框架下部的混凝土墩（4），混凝土墩位于支撑框架下部左右两侧，各个混凝土墩上均设有支座滑轨（3），设于2个支座滑轨上的管片（1），管片通过2个铰支座（2）分别与2个支座滑轨连接；管片呈向上凸出的拱形，通过调整滑轨上的安装位置适配不同尺寸的管片。


4.根据权利要求3所述的用于低真空隧道的单块管片原型实验装置，其特征是，所述千斤顶加载装置包括设于支撑框架内顶部的T形槽滑轨（12），设于T形槽滑轨上的液压千斤顶（6）和...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪开荣，吕乾乾，陈馈，周建军，杨振兴，张兵，陈瑞祥，孙飞祥，张继超，王新玉，陈桥，杨延栋，张合沛，潘东江，李宏波，
申请(专利权)人：盾构及掘进技术国家重点实验室，中铁隧道局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41