一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验装置及方法制造方法及图纸

一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验装置和方法，所述装置包括模型箱体、升降装置及试验辅助装置。所述模型箱体包括填土箱（1）、钢支架（2）、开挖模块（3）。填土箱安装在钢支架上方，开挖模块置于钢支架的中部位。所述升降装置包括减速电机（12）、螺杆（13），齿轮组（14）。试验辅助装置包括第一外接水箱（15）、第二外接水箱（17）、第一升降架（16）和第二升降机（18）；开挖模块（3）由活动挡板（31）和固定套管（32）构成。所述方法包括：平整场地、设备布置、土样制备、土体饱和、水位调节、形成渗流、试验和记录数据、清理填土箱并重复试验。

Experimental device and method for excavation of submarine shield tunnel under seepage condition

The invention relates to a test device and method for the excavation of submarine shield tunnel under seepage condition. The device comprises a model box, a lifting device and a test auxiliary device. The model box comprises a filling box (1), a steel bracket (2), and a excavation module (3). The filling box is installed above the steel support, and the excavation module is placed in the middle part of the steel bracket. The lifting device comprises a decelerating motor (12), a screw (13), and a gear set (14). The test auxiliary device comprises a first external water tank (15), a second external water tank (17), a first elevator (16) and a second elevator (18), and the excavation module (3) is composed of a movable baffle (31) and a fixed sleeve (32). The method includes: leveling the site, equipment layout, soil sample preparation, soil saturation, water level regulation, formation of seepage, test and recording data, cleaning the fill box and repeated tests.

【技术实现步骤摘要】
一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验装置及方法
本专利技术涉及一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验装置及方法，属海底盾构隧道开挖

技术介绍
土拱效应广泛存在于岩土工程的各个领域，作为土力学当中的一个经典问题一直以来都是人们研究的热点。而在盾构隧道工程当中，由于施工过程中盾构机掘进所造成的上覆土体松动，松动区土体将会发生应力重分布，将部分土压力转移至盾构两侧的土体当中，由于这一土拱效应的存在，作用在管片上部的土压力将远小于全覆土压力。因此，要想合理确定盾构隧道的上覆土压力，土拱效应不可忽略。特别地，对于海底盾构隧道的开挖，高水压引起的强渗流将会在土体骨架中产生渗流体积力，进一步将会削弱土体颗粒间力链的完整性及土拱效应的发挥，从而增大作用在隧道顶端的上覆水土压力及开挖面上的水土压力。目前，关于土拱效应的研究多基于干土条件下进行，对于渗流及土拱效应间的耦合作用尚无系统研究。在此背景之下，有必要提供一种试验方法，通过该方法可以实现不同渗流条件下盾构隧道开挖过程的室内模型试验，从而研究海底盾构隧道水土荷载作用机理，更准确的对海底盾构隧道上覆土压力及开挖面土压力进行评估。
技术实现思路
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【技术保护点】
1.一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验装置，其特征在于，所述装置包括模型箱体、升降装置及试验辅助装置；所述模型箱体与所述升降装置相连接，通过所述升降装置控制活动挡板的移动模拟海底盾构隧道开挖；所述模型箱体由填土箱、钢支架、开挖模块组成；填土箱安装在钢支架上方，开挖模块置于钢支架的中部位置；所述升降装置包括减速电机、螺杆，齿轮组；所述减速电机固定在钢支架上，所述螺杆包括两根，一根竖直放置，与活动挡板相连，另一根水平放置，与减速电机相连，两根螺杆之间通过齿轮组进行传动；所述试验辅助装置包括外接水箱、升降架和数码相机；所述外接水箱包括第一外接水箱和第二外接水箱，所述升降架包括第一升降架和第二升降架；...

【技术特征摘要】
1.一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验装置，其特征在于，所述装置包括模型箱体、升降装置及试验辅助装置；所述模型箱体与所述升降装置相连接，通过所述升降装置控制活动挡板的移动模拟海底盾构隧道开挖；所述模型箱体由填土箱、钢支架、开挖模块组成；填土箱安装在钢支架上方，开挖模块置于钢支架的中部位置；所述升降装置包括减速电机、螺杆，齿轮组；所述减速电机固定在钢支架上，所述螺杆包括两根，一根竖直放置，与活动挡板相连，另一根水平放置，与减速电机相连，两根螺杆之间通过齿轮组进行传动；所述试验辅助装置包括外接水箱、升降架和数码相机；所述外接水箱包括第一外接水箱和第二外接水箱，所述升降架包括第一升降架和第二升降架；第一外接水箱和第二外接水箱分别安装在所述模型箱体两边的第一升降架和第二升降架上；通过控制升降架的上升或下降，外接水箱随升降架上下移动。2.根据权利要求1所述的一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验装置，其特征在于，所述填土箱为立方体，其两个面积最大的侧面为观测面板，其底面由位于两侧的固定底板及中部的开挖模块组成，固定底板两侧角部分别开有进水孔；固定底板与观测面板相邻的两侧壁上分别在相同位置开有两列水位孔，其开设位置与试验方案所需水位相一致，用以控制试验过程中的水位高度，所述模型箱体侧壁及底板均为厚度不小于10mm不锈钢板，观测面板为厚度不小于10mm钢化玻璃板。3.根据权利要求1所述的一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验装置，其特征在于，所述开挖模块由活动挡板和固定套管构成；所述活动挡板为一圆弧形不锈钢板，侧边上贴有一圈防水垫圈，用以防止试验过程中的渗漏，角部开有四个排水孔，用以在试验过程中产生渗流，中部开有测压孔，并连接测压管，用于在试验过程中测量相应位置孔隙水压力，测压孔一侧开有圆形槽，用于放置土压力盒；所述固定套筒为一不锈钢制立方体形套筒，其壁厚不小于10mm，内壁镀锌，内尺寸与活动挡板外轮廓尺寸相同，外边缘与所述填土箱底板相焊接，所述活动挡板与所述升降装置相连，在升降装置的作用下垂直方向在固定套筒内自由上下移动。4.根据权利要求1所述的一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验装置，其特征在于，所述第一外接水箱和第二外接水箱的底部均开孔并设有阀门，可通过塑料软管分别与填土箱底部进水孔相连；所述升降架高度可自由调节，所述数码相机设置在观测面板正前方，用于记录试验过程中土体位移。5.根据权利要求1所述的一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验装置，其特征在于，所述试验装置填土箱内侧及活动挡板上表面在所述进水孔、水位孔、排水孔和测压孔的位置均覆盖一层无纺布；所述进水孔、水位孔、排水孔和测压孔均外接有阀门。6.一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐长节，陈江，武思宇，刘兴旺，陈锦剑，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西,36