具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例涉及一种盾构隧道管片浮力测量模型实验装置，其包括模拟隧道管片的内筒1、与内筒1形成环状间隙的外筒2、固定并密封外筒2的两侧挡板3、测定内筒1浮力的拉力传感器4和横梁6；所述的横梁6穿过两挡板3和内筒1，横梁6两端位置固定；内筒1的两端通过密封圈7紧贴在两侧挡板3上，横梁6通过调节装置5与内筒1连接，所述的拉力传感器4安装在调节装置5上，挡板3的侧部安装有注浆装置8，所述的注浆装置8与内外筒之间的环状间隙连通。

如图1、图3和图4所示，所述的调节装置5对称设置在内筒1中心的两侧，调节装置5包括调节螺杆51、调节螺母52、固端螺母53和固定杆54，所述的固端螺母53内嵌在内筒1的内壁，固定杆54的顶部与固端螺母53连接，所述的拉力传感器4为中空结构，拉力传感器4的中间孔壁上设有内螺纹，固定杆54的下端与拉力传感器4螺纹连接，调节螺杆51的下部卡在横梁6的U型卡槽61内，调节螺杆51上端与拉力传感器4螺纹连接，所述的调节螺母52连接在横梁6下方的调节螺杆51上，使得横梁6压在调节螺母52上。

如图1所示，所述的注浆装置8包括注浆管81、流量调节阀82和漏斗83，所述的注浆管81下端穿过挡板3与环状间隙连通，漏斗83安装在注浆管81上端，流量调节阀82安装在注浆管81上用于控制注浆。

如图2和图5所示，所述的挡板3四个边角处分别设有孔洞31，连接杆9穿过孔洞31将挡板3与外筒2的两侧连接，连接杆9的两端通过连接螺母10固定。在四个孔洞31中分别穿过连接杆9，将挡板3与外筒2的两端固定密封，结构稳固，在两个挡板3与外筒2的接触面处涂抹少量凡士林，所述挡板3采用聚四氟乙烯薄板，表面摩擦系数极小，可以减小内筒1上浮过程中与两侧挡板3的摩擦力。

所述的挡板3上设有圆孔32，圆孔32的孔径小于内筒1的筒径，内筒1在上浮时，内筒1始终处于圆孔32的外围，横梁6穿过圆孔32。圆孔32方便横梁6的安装，且为实验过程提供操作的便利。

如图1所示，所述内筒1的两端和外筒2的两端均为敞口结构，外筒2上设有出气孔21。外筒2上的出气孔21用于在向外筒2中注浆时排出外筒2中的空气。所述的内筒1外表面包裹金属网，金属网外表面涂抹水泥浆，可以模拟钢筋混凝土管片表面情况。处理方式包括将内筒1外表面打磨粗糙后用涂刷水泥浆，或者包裹金属网、布料等材料后涂抹水泥浆。

所述的挡板3内侧设有第一环形定位块11和第二环形定位块12；所述的内筒1下端位于第一环形定位块11上，外筒2下端位于第二环形定位块12上。第一环形定位块11和第二环形定位块12用于确定内筒1和外筒2安装位置。

所述的密封圈7与挡板3的接触面为光滑面。密封圈7采用U型橡胶密封圈或U型海绵密封圈，可以紧密贴合在挡板3上，防止浆液漏到内筒中，密封圈7表面喷涂聚凡士林，可以减小内筒1上浮过程中与两侧挡板3的摩擦力。

本实施例具体安装过程如下：

步骤一：内筒1内壁嵌设固端螺母53，内筒1两端套入密封圈7，此时，密封圈7与内筒1两端面之间留有缝隙，并且密封圈7的两端面间距略大于外筒1长度。固定杆54的上端旋入固端螺母53，拉力传感器4分别与固定杆54的下端和调节螺杆51的上端连接，并在调节螺杆51的下部旋入调节螺母52，将内筒1装入外筒2中。

步骤二：挡板3放置在内筒1、外筒2的外侧，内筒3放置在第一环形定位块11上，外筒2放置在第二环形定位块12上，旋转外筒2，保证出气孔21位于正上方。在两侧挡板3四角处孔洞31穿入连接杆9，旋紧连接螺母10，使两侧挡板3与外筒2压紧密封，同时密封圈7沿内筒1滑动，两侧挡板3与密封圈7紧密贴合。

步骤三：将横梁6穿过圆孔32插入内筒1，并将两只调节螺杆51卡入U型槽61内。将横梁6两侧固定，保证横梁6不发生移动。旋转调节螺母52使之与横梁6接触，调试拉力传感器4并接入数据采集仪(图中未画出)。安装注浆管81。

本实施例使用原理：

步骤一：实验装置调试完毕，拌合充足的浆液，浆液通过注浆管81注入内筒1和外筒2之间的间隙中，外筒2内空气体由出气孔21排出，直至浆液充满整个环形间隙时，关闭调节阀82。

步骤二：内筒1在浆液的浮力作用下上浮，内筒1带动固定杆54上移，拉力传感器4的两端分别受到固定杆54和调节螺杆51的拉力，两个拉力传感器4的拉力之和等于内筒1的浮力，从而通过拉力传感器4可测得内筒1的浮力。

步骤三：试验时，可将两只调节螺母52向下旋转一定距离，在浮力作用下内筒1上浮同样的距离，拉力传感器4测得此位置的浮力，以此类推可以测得内筒1浮到不同位置时的浮力，直至内筒1上浮到平衡位置。试验完成后拆除挡板3，取出内筒1，清洗试验装置。

实施例2

如图6和图7所示，本实施例涉及一种压力式测量盾构隧道管片浮力模型实验装置，其包括模拟隧道管片的内筒1、与内筒1形成环状间隙的外筒2、固定并密封外筒2的两侧挡板3、测定内筒1浮力的压力传感器13和横梁6；所述的横梁6穿过两挡板3和内筒1，横梁6两端位置固定；内筒1的两端通过密封圈7紧贴在两侧挡板3上，横梁6通过调节装置5与内筒1连接，所述的压力传感器13安装在调节装置5上，挡板3的侧部安装有注浆装置8，所述的注浆装置8与内外筒之间的环状间隙连通。

如图4和图6所示，所述的调节装置5对称设置在内筒1中心的左右两侧，调节装置5包括调节螺杆51、调节螺母52和固端螺母53，所述的固端螺母53内嵌在内筒1的内壁，调节螺杆51的顶部与固端螺母53连接，所述的横梁6上设有两个U型卡槽61，调节螺杆51下部卡在U型卡槽61内，所述的压力传感器13套设在调节螺杆51上，在压力传感器13下方旋入调节螺母52，使得在横梁6压在压力传感器13上，压力传感器13压在调节螺母52上。

如图6所示，所述的注浆装置8包括注浆管81、流量调节阀82和漏斗83，所述的注浆管81下端穿过挡板3与环状间隙连通，漏斗83安装在注浆管81上端，流量调节阀82安装在注浆管81上用于控制注浆。

如图5和图7所示，所述的挡板3四个边角处分别设有孔洞31，连接杆9穿过孔洞31将挡板3与外筒2的两侧连接，连接杆9的两端通过连接螺母10固定。在四个孔洞31中分别穿过连接杆9，将挡板3与外筒2的两端固定密封，结构稳固，在两个挡板3与外筒2的接触面处涂抹少量凡士林，所述挡板3采用聚四氟乙烯薄板，表面摩擦系数极小，可以减小内筒1上浮过程中与两侧挡板3的摩擦力。

所述的挡板3上设有圆孔32，圆孔32的孔径小于内筒1的筒径，内筒1在上浮时，内筒1始终处于圆孔32的外围，横梁6穿过圆孔32。圆孔32方便横梁6的安装，且为实验过程提供操作的便利。

如图6所示，所述内筒1的两端和外筒2的两端均为敞口结构，外筒2上设有出气孔21。外筒2上的出气孔21用于在向外筒2中注浆时排出外筒2中的空气。

所述的内筒1外表面包裹金属网，金属网外表面涂抹水泥浆，可以模拟钢筋混凝土管片表面情况。处理方式包括将内筒1外表面打磨粗糙后用涂刷水泥浆，或者包裹金属网、布料等材料后涂抹水泥浆。

如图6和图7所示，所述的挡板3内侧设有第一环形定位块11和第二环形定位块12；所述的内筒1下端位于第一环形定位块11上，外筒2下端位于第二环形定位块12上。第一环形定位块11和第二环形定位块12用于确定内筒1和外筒2安装位置。

所述的密封圈7与挡板3的接触面为光滑面。密封圈7采用U型橡胶密封圈或U型海绵密封圈，可以紧密贴合在挡板3上，防止浆液漏到内筒中，密封圈7表面喷涂聚凡士林，可以减小内筒1上浮过程中与两侧挡板3的摩擦力。

本实施例具体安装过程如下：

步骤一：内筒1内壁嵌设固端螺母53，内筒1两端套入密封圈7，此时，密封圈7与内筒1两端面之间留有缝隙，并且密封圈7的两端面间距略大于外筒1长度。调节螺杆51上端旋入固端螺母53，压力传感器13套入调节螺杆51，并在下方旋入调节螺母52，防止压力传感器13滑落，将内筒1装入外筒2中。

步骤二：挡板3放置在内筒1、外筒2的外侧，内筒3放置在第一环形定位块11上，外筒2放置在第二环形定位块12上，旋转外筒2，保证出气孔21位于正上方。在两侧挡板3四角处孔洞31穿入连接杆9，旋紧连接螺母10，使两侧挡板3与外筒2压紧密封，同时密封圈7沿内筒1滑动，两侧挡板3与密封圈7紧密贴合。

步骤三：将横梁6穿过圆孔32插入内筒1，并将两只调节螺杆51卡入U型槽61内。将横梁6两侧固定，保证横梁6不发生移动。旋转调节螺母52保证压力传感器13与横梁6轻微挤压，调试压力传感器13并接入数据采集仪(图中未画出)。安装注浆管81。

本实施例使用原理：

步骤一：实验装置调试完毕，拌合充足的浆液，浆液通过注浆管81注入内筒1和外筒2之间的间隙中，外筒2内空气体由出气孔21排出，直至浆液充满整个环形间隙时，关闭调节阀82。

步骤二：内筒1在浆液的浮力作用下上浮，内筒1带动调节螺杆51上移，调节螺母52给压力传感器13施加压力，两个压力传感器13的压力之和等于内筒1的浮力，通过压力传感器13可测得内筒1的浮力。

步骤三：试验时，可将两只调节螺母52向下旋转一定距离，在浮力作用下内筒1上浮同样的距离，压力传感器13测得此位置的浮力，以此类推可以测得内筒1浮到不同位置时的浮力，直至内筒1上浮到平衡位置。试验完成后拆除挡板3，取出内筒1，清洗试验装置。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方案，实际的结构并不局限于此。所以本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。