本发明专利技术涉及一种上下交叠盾构隧道施工对既有运营隧道影响的室内模型试验装置，模型箱内纵向对称平行放置既有隧道上、下行线衬砌模型，在既有隧道上、下行线衬砌模型上、下横向对称平行放置开挖隧道上、下行线衬砌模型，既有隧道上、下行线衬砌模型内壁贴有应变计，外壁处粘贴压力盒；开挖隧道上、下行线衬砌模型分成若干衬砌段，衬砌段间用薄橡胶板隔开；位移计支架固定在模型箱顶面；多个位移计分别通过对应的位移计支架固定在既有隧道上、下行线衬砌模型、开挖隧道上、下行线衬砌模型、地层土体表面；开挖施工模拟装置包含围在开挖隧道衬砌模型四周的乳胶膜以及开挖隧道衬砌模型和乳胶膜之间形成的环形液腔，环形液腔一端安装注液导管，另一端安装排液导管。
【技术实现步骤摘要】
上下交叠隧道施工对运营隧道影响的室内模型试验装置
本专利技术涉及一种城市地下建筑工程中的隧道工程，具体涉及一种上下交叠盾构隧道施工对既有运营隧道影响的室内模型试验装置。
技术介绍
随着我国城市化进程不断加剧，城市发展与土地资源之间短缺的矛盾日益突出，城市地下空间资源的开发和利用成为社会可持续发展的重要方向之一。城市软土地区盾构法隧道由于其对周围环境影响较小、适应软弱地质条件以及施工速度较快等优点，在地下工程建设中得到广泛应用。然而，在实际施工中，由于地表建筑物、地下桩基、地埋管线以及运营地铁隧道等诸多因素制约，在隧道施工中将不可避免地出现上下交叠穿越的特殊施工工况，甚至会出现多线交叠穿越的极端工况。如:北京地铁四号线盾构隧道在动物园?白石桥区间以15°的小角度从上方交叠穿越九号线矿山法隧道，最小净间距仅为1.39m ;天津市在广东路与乐园道交口处，地铁5号线、6号线和Zl线三线相交，而且6号线CK31+475?广东路站与Zl线上下交叠并行，叠线段隧道长度竟达392m。因此，在多线交叠隧道施工过程中，尤其是隧道开挖行为的进行，必然会对周围地层产生扰动，引起变形和位移，而地层的变形会对在其影响范围内的既有隧道产生影响。当盾构隧道开挖行为引起周围土体的位移和变形超过一定限度时，将会对临近穿越隧道内部结构及上部地表产生较大影响。众多工程实例表明，在上述交叠工况特点显著，交叠距离较长，甚至多线交叠的情况下进行隧道施工，存在极大的施工风险和安全隐患。因此，如何确保在既有隧道紧临位置修建隧道期间周围土工环境的安全，以及如何控制新建隧道在盾构推进过程中对既有隧道的影响，以确保既有隧道的正常结构形态和新建隧道盾构的顺利推进，对于地铁建设和城市地下空间开发利用，具有非常重要的理论指导和现实意义。目前针对交叠隧道的研究，国内外相关学者主要采用的是数值模拟方法、理论分析法以及现场监测法。数值模拟方法能够模拟盾构隧道管片、接头、周围岩土介质以及临近构筑物与土体的共同作用，但是需要借助大型商用软件，数值模型的建立较为复杂且计算耗时。此外，由于土工测试仪器设备的限制很难获得精确的土体物理力学参数，而土体参数的变化对数值模拟结果影响很大，因此容易造成计算结果的偏差。理论分析法是利用弹性理论，通过假定对研究模型进行简化，但在一定程度上不能准确考虑隧道与土体之间的复杂关系，并且计算量大；现场监测方法是获取交叠地铁施工引起既有运营隧道变形数据的手段之一，但是受仪器设备以及人为观察因素等限制，现场测试结果具有一定偏差，同时现场监测需要投入一定量的人力物力，现场预埋测试元件非常容易在施工中受到破坏，从而延误监测乃至得到错误监测信息。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种上下交叠盾构隧道施工对既有运营隧道影响的室内模型试验装置，实现对地铁交叠施工过程中不同施工工况下隧道开挖过程的模拟，准确监测盾构隧道开挖施工引起的周围土体沉降和土压力变化情况，测量临近既有隧道的应变值、纵向沉降值，并对既有隧道进行竖向和水平向力学反应分析。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种上下交叠盾构隧道施工对既有运营隧道影响的室内模型试验装置，包括模型箱、位移计支架、多个位移计、开挖施工模拟装置，其特点是:模型箱内地层土体中纵向对称平行放置由铝合金空心管制成的既有隧道上、下行线衬砌模型，在既有隧道上、下行线衬砌模型上、下横向对称平行放置开挖隧道上、下行线衬砌模型，开挖隧道上、下行线衬砌模型与既有隧道衬砌模型成垂直交叠分布，既有隧道上、下行线衬砌模型内壁贴有多组应变计，外壁处粘贴多组压力盒；开挖隧道上、下行线衬砌模型由铝合金空心管制成，并分成若干衬砌段，衬砌段间采用环形薄橡胶板隔开?’位移计支架固定在所述模型箱顶面；多个位移计分别通过对应的位移计支架固定在既有隧道上、下行线衬砌模型、开挖隧道上、下行线衬砌模型以及地层土体表面；开挖施工模拟装置包含围在开挖隧道衬砌模型四周的乳胶膜以及开挖隧道衬砌模型和乳胶膜之间形成的环形液腔，在环形液腔一端安装设有注液电磁阀的注液导管，在沿环形液腔水平方向上的另一端安装设有排液电磁阀的排液导管。模型箱为铝合金材料制成的长方形箱，分为上、下、左、右四个部分，其顶面设为开口，顶面四周均设有便于固定位移计支架的锚孔。多组应变计以既有隧道衬砌模型纵向对称轴位置为中心，在衬砌模型内壁上呈环向对称分布。多组压力盒分别纵向等距对应于各组应变计，在衬砌模型外壁上呈环向对称分布。位移计支架沿轴线位置处开有多个用于安装位移计，并使位移计在开挖隧道衬砌模型、既有隧道衬砌模型外壁以及土体上表面水平方向固定，垂直方向可调节的小孔。位移计是LVDT位移计，位移计末端用胶布粘贴于对应土体地表、开挖隧道衬砌模型和既有隧道衬砌模型外壁。本专利技术的有益效果是: 本专利技术与现有技术相比较，具有如下显著优点:1、本试验测试装置可以手工制作，在相关科研中广泛性良好，试验测试方案具有较强扩展性，可以进一步应用到城市盾构隧道交叠施工对既有运营隧道的变形影响研究中；2、本试验的盾构隧道开挖施工模拟装置可以较好模拟盾构隧道开挖过程中地层损失引起的地层沉降，并可以较为准确测出施工扰动对临近既有运营隧道的变形影响；3、本试验中通过控制盾构隧道开挖施工模拟装置中各衬砌段的排液体积，可以实现不同地层损失率的隧道开挖施工模拟，在一次试验中获得一系列不同施工工况下的实验数据；4、本试验中通过开挖交叠隧道上下线施工顺序不同，可以模拟多种施工工况，并对比开挖顺序的不同对既有运营隧道的影响情况；5、本试验在实验前先验证既有隧道衬砌模型的纵向抗弯刚度，并对衬砌外壁应变计进行校正，通过纵向抗弯刚度的确定和对既有隧道衬砌模型纵向弯矩应变计的校正，可以反求出模型试验时既有隧道衬砌模型各处的纵向弯矩，较全面的反应既有隧道所受的影响。6、采用本套模拟测试装置进行隧道施工环境土工效应的试验研究，可为隧道工程现场施工提供良好的咨询与建议，对于类似多线交叠工程施工具有重要的现实指导意义，对于制定多线交叠隧道施工安全穿越技术标准以及临近既有构筑物的安全保护措施也具有重要的理论参考价值。【附图说明】图1是本专利技术在实施例中的模型箱内模拟测试装置正视图； 图2是本专利技术在实施例中的模型箱内模拟测试装置侧视图； 图3是本专利技术在实施例中的地铁开挖施工模拟装置示意图； 图4是本专利技术在实施例中的既有隧道衬砌模型及测点布置图； 图4-1是图4中沿A-A剖视图； 图4-2是图4中沿B-B剖视图； 图5是本专利技术在实施例中的既有隧道衬砌模型纵向抗弯刚度验证示意图； 图6是本专利技术在实施例中的既有隧道衬砌模型纵向弯矩校正示意图； 图7是本专利技术在实施例中的位移计支架示意图。【具体实施方式】下面结合附图，通过一个优选实例对本专利技术作进一步地详细说明。首先，制作一个模型箱、两个既有隧道衬砌模型、两个开挖隧道衬砌模型和两个开挖施工模拟装置。如图1、2所示，模型箱I外形呈长方体，内部空间尺寸为1200 mmX1200 mmX800mm(长X宽X高)，由5个厚度为30 mm的铝合金板拼接组成。既有隧道上、下行线衬砌模型2、3分别由空心铝合金管4组成，铝合金管外径为100mm，内径为84mm，壁厚8mm，纵向本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种上下交叠盾构隧道施工对既有运营隧道影响的室内模型试验装置，包括模型箱、位移计支架、多个位移计、开挖施工模拟装置，特征在于：所述模型箱（1）内地层土体中纵向对称平行放置既有隧道上、下行线衬砌模型（2、3），在既有隧道上、下行线衬砌模型（2、3）上、下横向对称平行放置开挖隧道上、下行线衬砌模型（5、6），开挖隧道上、下行线衬砌模型（5、6）与既有隧道衬砌模型成垂直交叠分布，既有隧道上、下行线衬砌模型（2、3）内壁贴有多组应变计（22），外壁处粘贴多组压力盒（23）；开挖隧道上、下行线衬砌模型（5、6）分成若干衬砌段，衬砌段间采用环形薄橡胶板（10）隔开；位移计支架（50）固定在所述模型箱（1）顶面；多个位移计分别穿过位移计支架（50）固定在既有隧道上、下行线衬砌模型（2、3）、开挖隧道上、下行线衬砌模型（5、6）以及地层土体表面；开挖施工模拟装置包含围在开挖隧道衬砌模型四周的乳胶膜（8）以及开挖隧道衬砌模型与乳胶膜（8）之间形成的环形液腔（9），在环形液腔（9）一端安装设有注液电磁阀的注液导管（11），在沿环形液腔（9）水平方向上的另一端安装设有排液电磁阀的排液导管（12）。
【技术特征摘要】
1.一种上下交叠盾构隧道施工对既有运营隧道影响的室内模型试验装置，包括模型箱、位移计支架、多个位移计、开挖施工模拟装置，特征在于:所述模型箱(I)内地层土体中纵向对称平行放置既有隧道上、下行线衬砌模型(2、3)，在既有隧道上、下行线衬砌模型(2、3)上、下横向对称平行放置开挖隧道上、下行线衬砌模型(5、6)，开挖隧道上、下行线衬砌模型(5、6)与既有隧道衬砌模型成垂直交叠分布，既有隧道上、下行线衬砌模型(2、3)内壁贴有多组应变计(22)，外壁处粘贴多组压力盒(23);开挖隧道上、下行线衬砌模型(5、6)分成若干衬砌段，衬砌段间采用环形薄橡胶板(10)隔开；位移计支架(50)固定在所述模型箱(I)顶面；多个位移计分别穿过位移计支架(50)固定在既有隧道上、下行线衬砌模型(2、3)、开挖隧道上、下行线衬砌模型(5、6)以及地层土体表面；开挖施工模拟装置包含围在开挖隧道衬砌模型四周的乳胶膜(8)以及开挖隧道衬砌模型与乳胶膜(8)之间形成的环形液腔(9)，在环形液腔(9) 一端安装设有注液电磁阀的注液导管(11)，在沿环形液腔(9)水平方向上的另一端安装设有排液电磁阀的排液导管(12)。2.根据权利要求1所述的上下...
【专利技术属性】
技术研发人员：张治国，王卫东，白乔木，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。