滨海软土地铁联络通道冻结法界面效应试验模拟系统技术方案

本发明专利技术属于地铁隧道领域，涉及滨海软土地铁联络通道冻结法界面效应试验模拟系统，适用于地铁联络通道冻结法施工界面效应研究。一种滨海软土地铁联络通道冻结法界面效应试验模拟系统，其特征在于，包括三个子系统：制冷系统、界面模拟系统、土体检测系统。本申请装置可模拟现实中地铁联络通道冻结法施工冻土帷幕的形成及消融全过程，可对地铁联络通道冻结法施工中多种界面进行模拟的优点，可模拟研究多种土层环境下地铁联络通道的冻结法施工的界面效应，可实现对试验过程中的土层性质多维度监测，具有还原度高、可适用范围广、数据精确度高、操作简单的优点。操作简单的优点。操作简单的优点。

【技术实现步骤摘要】
滨海软土地铁联络通道冻结法界面效应试验模拟系统


[0001]本专利技术属于地铁隧道领域，涉及滨海软土地铁联络通道冻结法界面效应试验模拟系统，适用于地铁联络通道冻结法施工界面效应研究。

技术介绍

[0002]近些年来，随着城市化不断推进，地铁隧道的建设尤为迅速。其中联络通道作为联通、排水及防火作用的通道，在建设中也显现出其特有地位。通常联络通道在开挖前，需要进行地层加固，常见加固方式有地面加固法、隧道内注浆加固法和冻结加固法。冻结加固法作为一种常见方式，已大范围的展开了应用。
[0003]冻结法是通过人工制冷技术，将地层中的水冻结成冰，把天然岩土变成人工冻土，形成冻土帷幕，隔绝地下水，提高土体强度及稳定性的地层加固方法。由此，在富含水的滨海软土地层中，冻结法尤为适用。冻土在相邻两隧道间形成筒状的封闭帷幕(冻土帷幕)，帷幕边界与周围环境存在诸多交界面，在界面处冻土与外界发生热交换，造成冷量损失，引起温度场变化，严重时将导致边界冻土融化，使帷幕内外水系贯通，隔水性失效，在联络通道开挖时将引起渗水、涌砂等现象。长期的冷量损失会导致冻结缘持续后移，影响帷幕整体稳定性，严重者将引起联络通道孔壁坍塌，若水土涌入隧道内部，形成大量流失，将引发地层沉陷。由此可以看出，界面效应在冻结法施工当中是一个重要的影响因素。
[0004]但目前的冻结法模型试验设备无法对冻结法施工的界面效应进行研究，导致对于界面效应引起的帷幕状态变化相关研究较少。因此，为了克服现有冻结法模型试验设备无法对冻结法施工的界面效应进行研究的不足，专利技术了滨海软土地铁联络通道冻结法界面效应试验模拟系统。

技术实现思路

[0005]为了克服现有冻结法模型试验设备无法对冻结法施工的界面效应进行研究的不足，本专利技术提供了滨海软土地铁联络通道冻结法界面效应试验模拟系统，能够有效避免现有试验装备的不足。本装置不但可以模拟实际的地铁联络通道冻结法施工冻土帷幕的形成及消融过程，还原度高，而且适用范围广，操作简单，造价低。
[0006]一种滨海软土地铁联络通道冻结法界面效应试验模拟系统，其特征在于，包括三个子系统：制冷系统、界面模拟系统、土体检测系统；
[0007]所述制冷系统，包括进出软管及保温层、冷源发射体、冻结液(105)、制冷机(108)、计算机控温面板(109)、冻结液流量控制面板(110)，所述软管及保温层、冷源发射体、制冷机(108)形成回路，冻结液(105)由制冷机(108)产出并进入回路，通过回路送入冷源发射体中，所述冷源发射体置于界面模拟系统内；进一步的，冷源发射体包括多根冻结管(103)，共有8根，呈正八边形分布，以及包括位于两侧的分水器(104)，多根冻结管连接两侧的分水器；所述计算机控温面板(109)用于控制冻结液(105)的温度，从而控制制冷系统的试验环境温度，所述冻结液流量控制面板(110)用于控制制冷机的工作；
[0008]界面模拟系统包括冻融模型箱(210)，四壁为空心夹层结构，底板为实心，冻融模型箱内放置待测土体(212)，土体底部与底板直接接触，土体与空心夹层壁之间设置保温填充材料211后再接触，土体上部与空气直接接触；
[0009]所述界面模拟系统，还包括由钢管片(209)制的隧道模型管，以及隔热措施层；
[0010]所述隧道模型管设置于中央发射体的中心，隧道模型管与中央发射体在冻融模型箱内都呈轴向布置；
[0011]分布于隧道模型管与冻结管(103)之间的为内侧土体；分布于冻融模型箱夹层结构与冻结管(103)之间的为外侧土体；
[0012]在冻融模型箱内，其轴向：包括隔热措施逐级降低的A、B、C三阶土体界面模拟系统区域，所述隧道模型管在所处的A、B、C三个不同土体界面模拟系统区域内采用与之相匹配的隔热措施层；
[0013]在冻融模型箱的外侧土体区域，包括A
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、B
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、C
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三阶土体界面模拟系统，利用冻融模型箱敞开、实心底板、四周夹层结构分别匹配A
’
、B
’
、C
’
三个不同土体界面模拟系统；
[0014]所述土体检测系统，包括测温系统、应变仪系统、IDS探地雷达(304)；
[0015]应变仪系统包括应变仪(305)和分布于土体分界面上的众多应变片(306)，在试验过程中对冻融模型箱(210)内的各测点土体(212)的位移应变进行全过程监测；
[0016]测温系统(301)，包括分布于土体分界面上的众多测温探头(302)，测温系统在试验过程中对冻融模型箱(210)内的各测点土体(212)的温度进行全过程监测；
[0017]IDS探地雷达(304)，在试验期内对冻融模型箱(210)的土体(212)地质情况进行扫描监测。
[0018]进一步的，所述进出软管包括冻结液回路软管(101)、冻结液去路软管(106)；所述保温层采用保温海绵(102)，用于包裹于进出软管的外侧。
[0019]进一步限定，所述冻结液(105)，采用与实际工程相同的盐水。
[0020]进一步限定，冻结液流量控制面板(110)，位于制冷机(108)上，控制冻结液的流量。
[0021]本专利技术给出的滨海软土地铁联络通道冻结法界面效应试验模拟系统，适用于地铁联络通道冻结法施工界面效应研究。
[0022]该装置具有如下优点：
[0023](1)本申请装置具有可模拟现实中地铁联络通道冻结法施工冻土帷幕的形成及消融全过程，还原度高的优点。本申请装置设计制作了铜材质隧道模型管，以及设计制冷系统作为模拟试验冷源。实现了对现实中地铁联络通道冻结法施工冻土帷幕的形成及消融全过程的模拟，极大得提高了模拟试验的还原度。
[0024](2)本申请装置具有可对地铁联络通道冻结法施工中多种界面进行模拟的优点。本申请装置通过制冷系统1对冻融模型箱210土体212进行冻结。待土体212冻结交圈后，将以冻结管103布置圈为中心环，形成具有一定厚度的筒状冻土帷幕，中心环内外两侧均有冻土分布。
[0025]内侧冻土与隧道模型管不同接触物形成：包裹隔热泡沫钢管片
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土体界面模拟系统，涂有隔热涂料钢管片
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土体界面模拟系统，钢管片
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土体界面模拟系统；
[0026]外侧冻土：与空气接触形成空气
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土体界面模拟系统，与模型箱箱壁接触形成含保
温填充材料夹层钢管片
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土体界面模拟系统，与模型箱箱底接触形成钢管片
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土体界面模拟系统。实行对地铁联络通道冻结法施工多种界面的模拟，探究不同界面对与冻土帷幕的影响。
[0027](3)本申请装置具有适用范围广，可模拟研究多种土层环境下地铁联络通道的冻结法施工的界面效应的优点。本申请装置通过将装填在冻融模型箱210的土体212作为研究对象，研究地铁联络通道冻结法施工的界面效应。选择不同物理性质的土地21本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滨海软土地铁联络通道冻结法界面效应试验模拟系统，其特征在于，包括三个子系统：制冷系统、界面模拟系统、土体检测系统；所述制冷系统，包括进出软管及保温层、冷源发射体、冻结液(105)、制冷机(108)、计算机控温面板(109)、冻结液流量控制面板(110)，所述软管及保温层、冷源发射体、制冷机(108)形成回路，冻结液(105)由制冷机(108)产出并进入回路，通过回路送入冷源发射体中，所述冷源发射体置于界面模拟系统内；进一步的，冷源发射体包括多根冻结管(103)，共有8根，呈正八边形分布，以及包括位于两侧的分水器(104)，多根冻结管连接两侧的分水器；所述计算机控温面板(109)用于控制冻结液(105)的温度，从而控制制冷系统的试验环境温度，所述冻结液流量控制面板(110)用于控制制冷机的工作；界面模拟系统包括冻融模型箱(210)，四壁为空心夹层结构，底板为实心，冻融模型箱内放置待测土体(212)，土体底部与底板直接接触，土体与空心夹层壁之间设置保温填充材料211后再接触，土体上部与空气直接接触；所述界面模拟系统，还包括由钢管片(209)制的隧道模型管，以及隔热措施层；所述隧道模型管设置于中央发射体的中心，隧道模型管与中央发射体在冻融模型箱内都呈轴向布置；分布于隧道模型管与冻结管(103)之间的为内侧土体；分布于冻融模型箱夹层结构与冻结管(103)之间的为外侧土体；在冻融模型箱内，其轴向：包括隔热措施逐级降低的A、B、C三阶土体界面模拟系统区域，所述隧道模型管在所处的A、B、C三个不同土体界面模拟系统区域内采用与之相匹配的隔热措施层...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹宝平，胡波，李晓泉，罗战友，夏建中，易觉，范秀江，詹海鸿，牟军东，姜叶翔，赵胜利，陈明，李强，邓沿生，孔勃文，赵昕，陈其志，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：