一种运营公路下浅埋暗挖隧道地层变形试验系统技术方案

本发明专利技术涉及浅埋暗挖隧道地层变形试验系统领域，旨在提供一种运营公路下浅埋暗挖隧道地层变形试验系统。该种浅埋暗挖下穿公路隧道在交通荷载作用下的地层变形试验系统包括公路隧道模拟系统、交通荷载模拟系统、监测系统。本发明专利技术能用伺服加载装置模拟浅埋暗挖下穿公路隧道上方的交通荷载，通过设置不同大小、频率的竖向简谐荷载组合，监测地表沉降变化、围岩接触应力变化、测点土颗粒的加速度和位移变化，来研究地表沉降规律和围岩扰动规律，进而优化初期支护加固参数，实现指导设计与施工。

A ground deformation test system for shallow buried tunnel under operation Highway

The invention relates to the field of ground deformation test system for shallow buried tunnel, aiming at providing a stratum deformation test system for shallow buried tunnel under operation highway. The formation deformation test system of a highway tunnel under the action of traffic load under the shallow buried and dark excavation includes a highway tunnel simulation system, a traffic load simulation system and a monitoring system. This invention can use the servo loading device to simulate the traffic load above the highway tunnel under the shallow buried and dark excavation. By setting up the vertical simple harmonic load combination of different sizes and frequencies, the change of the surface subsidence, the contact stress of the surrounding rock, the acceleration and displacement of the soil particles are measured to study the ground subsidence law and the surrounding rock disturbance. Rules, and then optimize the parameters of initial support and reinforcement, so as to guide the design and construction.

【技术实现步骤摘要】
一种运营公路下浅埋暗挖隧道地层变形试验系统
本专利技术是关于浅埋暗挖隧道地层变形试验系统领域，特别涉及一种运营公路下浅埋暗挖隧道地层变形试验系统。
技术介绍
浅埋暗挖法具有开工快、对地面交通影响小等优点，目前已广泛应用于国内外的隧道开挖工程中。对于采用浅埋暗挖法施工的下穿公路式隧道，由于隧道埋深较浅，因此路面交通荷载对隧道的影响较大，容易引起隧道结构的变形破坏。这一问题已经受到了学术界和工程界的普遍关注。路面交通荷载的影响主要体现在地面沉降和围岩扰动两方面，其中地面沉降可以通过仪器直接观测，而围岩扰动则需要通过各个测点土颗粒的位移、加速度、围岩接触应力等来体现，比较具有代表性的测点为拱顶和两侧拱腰的位置，隧道结构的破坏往往也最先发生在这几个位置。另外，初次衬砌的破坏一般发生在二次衬砌之前，因此，研究隧道结构在不同交通荷载情况下的破坏规律时，只要考虑初次衬砌的破坏情况。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种通过伺服加载装置产生不同频率、大小的竖向荷载来模拟不同交通荷载工况，监测在路面交通荷载作用下地表沉降情况和围岩扰动情况的实验装置。为解决上述问题，本专利技术的解决方案是：提供一种运营公路下浅埋暗挖隧道地层变形试验系统，能利用土样研究地层变形试验，所述地层变形试验系统包括公路隧道模拟系统、交通荷载模拟系统、监测系统。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种运营公路下浅埋暗挖隧道地层变形试验系统，所述地层变形试验系统包括公路隧道模拟系统、交通荷载模拟系统、监测系统；所述公路隧道模拟系统包括模型槽、隧道模型，隧道模型布置在模型槽内，且模型槽内部的剩余空间填充有土样；所述隧道模型为由钢筋网和混凝土衬砌构成的圆筒形模型，混凝土衬砌中具有沿轴向布置的多个网构钢拱架，相邻的网构钢拱架之间通过钢筋拉杆相连；每个网构钢拱架所在截面为一测试面，每个测试面内的拱顶及两侧拱腰位置均有沿隧道模型径向布置的一个LVDT位移传感器、一个压力盒和一个加速度传感器，所述LVDT位移传感器设置在混凝土衬砌的内壁上，所述压力盒和加速度传感器均埋设于混凝土衬砌中，且位于网构钢拱架内侧；土样顶面布置有伺服加载装置和多个LVDT位移传感器，其中LVDT位移传感器分为两列沿隧道模型中心轴对称布设，伺服加载装置位于土样顶面的正中位置；伺服加载装置构成所述交通荷载模拟系统，LVDT位移传感器、压力盒和加速度传感器构成所述监测系统。进一步地，所述网构钢拱架沿隧道模型径向的截面是边长为0.1倍隧道直径的矩形，相邻网构钢拱架的间距为0.4倍隧道直径，且在相邻两钢拱架之间，沿钢拱架周边均匀焊接根细钢筋拉杆进行纵向连接加固。进一步地，网构钢拱架与钢筋网之间的间距为0.05倍隧道直径，网构钢拱架内侧的混凝土衬砌的厚度为0.2倍隧道直径。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术能用伺服加载装置模拟浅埋暗挖下穿公路隧道上方的交通荷载，通过设置不同大小、频率的竖向简谐荷载组合，监测地表沉降变化、围岩接触应力变化、测点土颗粒的加速度和位移变化，来研究地表沉降规律和围岩扰动规律，进而优化初期支护加固参数，实现指导设计与施工。附图说明图1为本专利技术中隧道模型的侧剖面图。图2为图1中局部放大图。图3为本专利技术中隧道模型的正剖面图。图4为图3中局部放大图。图5为本专利技术中钢拱架的构造细部图。图中的附图标记为：1.模型槽；2.玻璃面板；3.土样；4.伺服加载装置；5.底部加勒钢板；6.LVDT位移传感器；7.隧道模型；8.土压力盒；9.加速度传感器；10.钢筋网；11.钢筋拉杆；12.网构钢拱架；13.混凝土衬砌。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步阐述：为了明确浅埋暗挖下穿公路隧道在不同频率、不同大小的交通荷载作用下，地表沉降规律和围岩扰动规律，提供一种浅埋暗挖下穿公路隧道在交通荷载作用下的地层变形试验系统，能通过伺服加载装置进行不同大小、频率的竖向简谐荷载组合，监测地表沉降变化、围岩接触应力变化、测点土颗粒的加速度和位移变化，来实现这一目的。如图1所示的地层变形试验系统包括公路隧道模拟系统、交通荷载模拟系统、监测系统。所述公路隧道模拟系统包括模型槽1、隧道模型7，隧道模型7布置在模型槽1内，且模型槽1内部的剩余空间填充有土样3；所述隧道模型7为由钢筋网10和混凝土衬砌13构成的圆筒形模型，混凝土衬砌13中具有沿轴向布置的多个网构钢拱架12，相邻的网构钢拱架12之间通过钢筋拉杆11相连。每个网构钢拱架12所在截面为一测试面，每个测试面内的拱顶及两侧拱腰位置均有沿隧道模型7径向布置的一个LVDT位移传感器6、一个压力盒8和一个加速度传感器9；所述LVDT位移传感器6设置在混凝土衬砌13的内壁上，用于观测试验过程中各测点的土样位移变化情况；所述压力盒8和加速度传感器9均埋设于混凝土衬砌13中，且位于网构钢拱架12内侧，压力盒8用于记录试验过程中各测点的围岩接触应力变化情况，加速度传感器9用于记录试验过程中各测点的土样加速度变化情况。土样3顶面布置有伺服加载装置4和多个LVDT位移传感器6，其中LVDT位移传感器6分为两列沿隧道模型7中心轴对称布设，用于观测试验过程中的地表沉降；伺服加载装置4位于土样3顶面的正中位置，用于在槽内土样3顶面施加不同频率、大小的简谐荷载组合。伺服加载装置4构成所述交通荷载模拟系统；LVDT位移传感器6、压力盒8和加速度传感器9构成所述监测系统。所述钢筋网10采用细铁丝加工成片状网格实现；所述混凝土衬砌13采用具有一定配合比的水泥砂浆实现；所述网构钢拱架12由细钢筋焊接加工而成。作为优选的技术方案，所述网构钢拱架12沿隧道模型7径向的截面是边长为0.1倍隧道直径的矩形，矩形各边以及各斜对角线均由细钢筋焊接而成，相邻钢拱架的间距取0.4倍隧道直径，且在相邻两钢拱架之间，沿钢拱架周边均匀焊接8根细钢筋拉杆11进行纵向连接，网构钢拱架12的细部构造如图5所示。为在所述模型槽1中构建隧道模型7，一般在模型槽1的两个侧面板上设有开口，先向模型槽1内填充土样3至一定高度，然后通过两侧玻璃面板2上的开口开挖土样，进行浅埋暗挖下穿公路隧道的施工模拟。施工顺序：采用分步开挖法进行施工模拟，开挖一个进尺后，先在隧道模型7内表面铺设钢筋网10，然后立即均匀涂抹厚度为0.05倍隧道直径的水泥砂浆模拟混凝土衬砌13，再安装网构钢拱架12，并在钢拱架上相应测点处安装压力盒8和加速度传感器9，最后均匀涂抹厚度为0.2倍隧道直径的水泥砂浆模拟混凝土衬砌13，并在隧道模型7内表面相应测点处安装LVDT位移传感器6，完成后进行下一个进尺的施工模拟。施工模拟完成后，在土样3顶面中心位置安装伺服加载装置4，在不同的试验组别中设置不同频率、大小的简谐荷载，得到大量详细的监测数据，通过对数据的对比分析，可以得到不同交通荷载工况下，地表沉降规律和围岩扰动规律，进而优化初期支护加固参数，实现指导设计与施工。本专利技术的合理性和适用性已经通过杭州市第二水源千岛湖配水工程输水线路浅埋暗挖段这一实例得到验证，将本专利技术模拟得出的地表沉降规律、围岩扰动规律和利用数值分析得出的结果进行对比，发现误差较小。最后，需要注意的是，以上列举的仅是本专利技术的具体实施例。显然，本专利技术不限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运营公路下浅埋暗挖隧道地层变形试验系统，其特征在于，所述地层变形试验系统包括公路隧道模拟系统、交通荷载模拟系统、监测系统；所述公路隧道模拟系统包括模型槽(1)、隧道模型(7)，隧道模型(7)布置在模型槽(1)内，且模型槽(1)内部的剩余空间填充有土样(3)；所述隧道模型(7)为由钢筋网(10)和混凝土衬砌(13)构成的圆筒形模型，混凝土衬砌(13)中具有沿轴向布置的多个网构钢拱架(12)，相邻的网构钢拱架(12)之间通过钢筋拉杆(11)相连。每个网构钢拱架(12)所在截面为一测试面，每个测试面内的拱顶及两侧拱腰位置均有沿隧道模型(7)径向布置的一个LVDT位移传感器(6)、一个压力盒(8)和一个加速度传感器(9)，所述LVDT位移传感器(6)设置在混凝土衬砌(13)的内壁上，所述压力盒(8)和加速度传感器(9)均埋设于混凝土衬砌(13)中，且位于网构钢拱架(12)内侧。土样(3)顶面布置有伺服加载装置(4)和多个LVDT位移传感器(6)，其中LVDT位移传感器(6)分为两列沿隧道模型(7)中心轴对称布设，伺服加载装置(4)位于土样(3)顶面的正中位置。伺服加载装置(4)构成所述交通荷载模拟系统，LVDT位移传感器(6)、压力盒(8)和加速度传感器(9)构成所述监测系统。...

【技术特征摘要】
1.一种运营公路下浅埋暗挖隧道地层变形试验系统，其特征在于，所述地层变形试验系统包括公路隧道模拟系统、交通荷载模拟系统、监测系统；所述公路隧道模拟系统包括模型槽(1)、隧道模型(7)，隧道模型(7)布置在模型槽(1)内，且模型槽(1)内部的剩余空间填充有土样(3)；所述隧道模型(7)为由钢筋网(10)和混凝土衬砌(13)构成的圆筒形模型，混凝土衬砌(13)中具有沿轴向布置的多个网构钢拱架(12)，相邻的网构钢拱架(12)之间通过钢筋拉杆(11)相连。每个网构钢拱架(12)所在截面为一测试面，每个测试面内的拱顶及两侧拱腰位置均有沿隧道模型(7)径向布置的一个LVDT位移传感器(6)、一个压力盒(8)和一个加速度传感器(9)，所述LVDT位移传感器(6)设置在混凝土衬砌(13)的内壁上，所述压力盒(8)和加速度传感器(9)均埋设于混凝土衬砌(13)中，且位于网构钢拱架...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹志刚，范昌杰，许斌，严舒豪，张志祥，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33