结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置及应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置及应用，该装置包括模型箱、隧道模拟单元、基坑围护结构模拟单元、千斤顶加载单元和数据采集单元；隧道模拟单元具有多对可闭合隧道接口以及可通过可闭合隧道接口插入模型箱内的预制隧道管，基坑围护结构模拟单元具有两个垂直于模型箱前后箱壁设置于模型箱内的基坑围护结构挡板，千斤顶加载装置可以在指定位置进行加载模拟地表超载情况，数据采集装置则可记录试验过程中采集到的监测数据。与现有技术相比，本发明专利技术除了可以模拟一般的基坑和隧道工程外，还可以模拟左右平行隧道、上下平行隧道、平行基坑以及隧道基坑相互影响等多种复杂工况，提高了模型箱的利用率，节约了试验成本。

Multi-function combined assembly model test box device for foundation pit and tunnel and its application

【技术实现步骤摘要】
结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置及应用
本专利技术属于隧道及地下工程施工试验
，尤其是涉及一种结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置及应用。
技术介绍
随着城市中地铁及各类地下工程建设需求的增多，出现了越来越多近接交叉的隧道施工工况。由于环境限制及设计规划的影响，新建隧道和既有隧道、甚至不同新建隧道之间的距离都越来越近。这无疑使得工程整体趋于复杂，并大大增加了施工难度和风险。因此，对各类近接隧道的受力及变形特征进行研究具有重要意义。目前，采用室内模型试验的方法去模拟复杂的实际工程问题是岩土工程领域广泛应用的研究方法。而关于模拟各类隧道施工方法开挖的试验已经很多，功能各异的模型箱也层出不穷。通常模型箱的基本功能大都是在模拟的地层条件中按比例设置隧道结构，然后类比施工工况进行开挖，并观察这一过程中的结构受力、变形及周边土体变形等情况。但是，目前模拟隧道开挖的各类试验箱中的隧道尺寸及位置大多是固定的，并且可模拟的施工方法较为单一，或为明挖基坑，或为暗挖隧道，极少同时考虑二者。可见，传统的模型试验箱适用范围有很大的局限，难以有针对性地模拟当前城市中越来越多的不同尺寸规格的近接明暗挖隧道。因此，很有必要开发一种可以同时考虑明挖基坑与暗挖隧道且能够快速方便地调节二者尺寸的模型试验装置，以最大程度上满足在室内简便快捷地模拟实际工程中不同隧道尺寸及间距的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置及应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种结合基坑与隧道的多功能组合拼装式模型试验箱装置，包括：模型箱，具有长方体形钢框架以及设置于钢框架底部和四周的箱壁，钢框架的顶部向上延伸形成行车梁，隧道模拟单元，具有多对分别设置于模型箱前后箱壁相对位置处的可闭合隧道接口以及可通过任一对可闭合隧道接口插入模型箱内且两端被可闭合隧道接口锁定的至少一个预制隧道管(用以在试验中模拟隧道衬砌结构)，多对可闭合隧道接口呈阵列状排列，基坑围护结构模拟单元，可选择地设置于模型箱内，具有两个垂直于模型箱前后箱壁设置于模型箱内的基坑围护结构挡板，所述的基坑围护结构挡板的顶部两端可与模型箱前后箱壁顶部滑动连接，千斤顶加载单元，由活动设置于行车梁上并可在水平方向移动的千斤顶本体以及与千斤顶本体连接的加载控制装置组成，数据采集单元，包括数据采集装置，用于采集试验过程中监测得到的包括结构应力、应变及土压力在内的数据。本专利技术在试验时通过控制装置控制千斤顶本体沿水平纵向或横向移动至指定位置施加荷载，可模拟地面堆载、重型车辆行驶等地表超载等情况。优选地，基坑围护结构模拟单元，设置于隧道模拟单元的左侧或右侧，所述的基坑围护结构挡板通过与模型箱前后箱壁顶部滑动连接，用于两个基坑围护结构挡板之间以及基坑围护结构模拟单元和隧道模拟单元之间的距离的调节。优选地：设置于钢框架四周的箱壁采用有机玻璃面板，并在表面标有刻度线，且左右箱壁均为可拆卸侧板，前后箱壁的顶部设有滑槽，用于基坑围护结构挡板的滑动；设置于钢框架底部的箱壁为实心钢板。优选地，所述的钢框架与玻璃面板之间的连接处以及可闭合隧道接口与有机玻璃面板之间的连接处均粘贴有密封橡胶垫，以保证防水效果。优选地，所述的钢框架的底部设有带锁万向轮，用于在试验前将模型箱移动至试验区域。到达指定位置后扳下带锁万向轮的锁扣将所述模型箱固定在指定位置。优选地，隧道模拟单元具有十对分别设置于模型箱前后箱壁相对位置处的可闭合隧道接口，排列成5行、2列的5×2阵列。优选地，所述的可闭合隧道接口上设有光圈阀门、用于调节光圈阀门开关的调节开关以及用于将可闭合隧道接口固定在箱壁上的多个固定螺栓。优选地，所述的预制隧道管由隧道管身和设置于隧道管身两端的不锈钢接头组成，所述的不锈钢接头上设有一圈凹槽，用于光圈阀门的锁定。优选地，所述的隧道管身上布有多组与数据采集装置连接的隧道微型应变计及压力计。优选地，所述的隧道管身由PVC材料制作而成。优选地，所述的基坑围护结构挡板由竖置的主面板、设置于主面板顶部的不锈钢转轴以及分别设置于不锈钢转轴两端的两个滑栓，所述的滑栓可沿模型箱前后箱壁顶部滑动。所述的滑槽上设有若干滑槽锁扣，用于滑栓的在滑槽上的锁定。优选地，所述的基坑围护结构模拟单元还包括设置于两个基坑围护结构挡板内侧面的多个预留螺栓孔以及用于连接两个基坑围护结构挡板以模拟基坑内支撑的基坑支撑螺杆，所述的基坑支撑螺杆的两端分别与两个基坑围护结构挡板上的预留螺栓孔连接。优选地，所述的预留螺栓孔为内螺纹孔。优选地，所述的基坑支撑螺杆由伸缩螺杆和设置于伸缩螺杆两端的两个接头螺杆组成，两个接头螺杆用于与两个基坑围护结构挡板上的预留螺栓孔连接。优选地，所述的主面板为铝制面板。本专利技术还提供一种结合基坑与隧道的多功能组合拼装式模型试验箱装置，其特征在于，两个基坑围护结构挡板的外侧面均设有多组挡板微型应变计及压力计，且两个基坑围护结构挡板的外侧面均布设有微型测斜管。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术的模型试验箱装置不仅可以进行一般的基坑和隧道工程的模拟，还可以进行左右平行隧道、上下平行隧道、平行基坑以及隧道基坑相互影响等多种复杂工况的模拟，试验操作方便、适用范围广。2.本专利技术隧道及基坑的尺寸和间距可以自由调节组合，以适应对实际工程中不同情况进行室内模型试验的需求。例如采用伸缩螺杆模拟基坑内支撑，通过伸缩改变长度并与基坑围护结构挡板相连，可以满足不同形式、宽度的基坑开挖模型试验的要求。3.本专利技术的微型应变计及压力计等监测元件都已预先布设在预制隧道管、基坑围护挡板等预制构件上，有利于试验过程中对监测元件的保护，同时也大大减少了试验现场布设监测元件的工作量，节约了试验操作时间。附图说明图1为本专利技术实施例1的模型试验箱装置的三维示意图；图2为本专利技术实施例1的模型试验箱装置的主视图；图3为本专利技术实施例1的模型试验箱装置的左视图；图4为本专利技术实施例1的模型试验箱装置的俯视图；图5为本专利技术实施例1的模型试验箱装置的A-A剖面图；图6(a)为本专利技术实施例1的模型试验箱装置上的隧道接口示意图；图6(b)为本专利技术实施例1的模型试验箱装置上的隧道接口完全关闭状态示意图；图7(a)为本专利技术实施例1的模型试验箱装置中基坑围护结构挡板正面示意图；图7(b)为本专利技术实施例1的模型试验箱装置中基坑围护结构挡板背面示意图；图8为本专利技术实施例1的基坑支撑螺杆三维示意图；图9为本专利技术实施例1的预制隧道管三维示意图。图中，1为模型箱，2为钢框架，2-1为行车梁，3为带锁万向轮，4为滑槽，5为可拆卸侧板，6为可闭合隧道接口，7为预制隧道管，8为基坑围护结构挡板，9为千斤顶本体，10为加载控制装置，11为数据采集装置，12为滑槽锁扣，13为基坑支撑螺杆，6-1为光圈阀门，6-2为调节开关，6-3为固定螺栓，7-1为隧道管身，7-2为隧道微型应变计及压力计，7-3为不锈钢接头，8-1为主面板，8-2为预留螺栓孔，8-3为滑栓，8-4为不锈钢转轴，8-5为基坑微型应变计及压力计，8-6为微型测斜管，13-1为伸缩螺杆，13-2为接头螺杆。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置，其特征在于，包括：模型箱(1)，具有长方体形钢框架(2)以及设置于钢框架(2)底部和四周的箱壁，钢框架(2)的顶部向上延伸形成行车梁(2‑1)，隧道模拟单元，具有多对分别设置于模型箱(1)前后箱壁相对位置处的可闭合隧道接口(6)以及可通过任一对可闭合隧道接口(6)插入模型箱(1)内且两端被可闭合隧道接口(6)锁定的至少一个预制隧道管(7)，多对可闭合隧道接口(6)呈阵列状排列，基坑围护结构模拟单元，可选择地设置于模型箱内，具有两个垂直于模型箱(1)前后箱壁设置于模型箱(1)内的基坑围护结构挡板(8)，所述的基坑围护结构挡板(8)的顶部两端可与模型箱(1)前后箱壁顶部滑动连接，千斤顶加载单元，由活动设置于行车梁(2‑1)上并可在水平方向移动的千斤顶本体(9)以及与千斤顶本体(9)连接的加载控制装置(10)组成，数据采集单元，包括数据采集装置(11)，用于采集试验过程中监测得到的包括结构应力、应变及土压力在内的数据。

【技术特征摘要】
1.一种结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置，其特征在于，包括：模型箱(1)，具有长方体形钢框架(2)以及设置于钢框架(2)底部和四周的箱壁，钢框架(2)的顶部向上延伸形成行车梁(2-1)，隧道模拟单元，具有多对分别设置于模型箱(1)前后箱壁相对位置处的可闭合隧道接口(6)以及可通过任一对可闭合隧道接口(6)插入模型箱(1)内且两端被可闭合隧道接口(6)锁定的至少一个预制隧道管(7)，多对可闭合隧道接口(6)呈阵列状排列，基坑围护结构模拟单元，可选择地设置于模型箱内，具有两个垂直于模型箱(1)前后箱壁设置于模型箱(1)内的基坑围护结构挡板(8)，所述的基坑围护结构挡板(8)的顶部两端可与模型箱(1)前后箱壁顶部滑动连接，千斤顶加载单元，由活动设置于行车梁(2-1)上并可在水平方向移动的千斤顶本体(9)以及与千斤顶本体(9)连接的加载控制装置(10)组成，数据采集单元，包括数据采集装置(11)，用于采集试验过程中监测得到的包括结构应力、应变及土压力在内的数据。2.根据权利要求1所述的结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置，其特征在于：设置于钢框架(2)四周的箱壁采用有机玻璃面板，并在表面标有刻度线，且左右箱壁均为可拆卸侧板(5)，前后箱壁的顶部设有滑槽(4)，用于基坑围护结构挡板(8)的滑动；设置于钢框架(2)底部的箱壁为实心钢板。3.根据权利要求1所述的结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置，其特征在于，所述的可闭合隧道接口(6)上设有光圈阀门(6-1)、用于调节光圈阀门(6-1)开关的调节开关(6-2)以及用于将可闭合隧道接口(6)固定在箱壁上的多个固定螺栓(6-3)。4.根据权利要求3所述的结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置，其特征在于，所述的预制隧道管(7)由隧道管身(7-1)和设置于隧道管身(7-1)两端的不锈钢接头(7-3)组成，所述的不锈钢接头(7-3)上设...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖少明，易琼，李航，杨超，王元东，白乔木，
申请(专利权)人：同济大学，上海市政工程设计研究总院集团有限公司，上海机场集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31