模拟盾构近接地下结构物微扰动施工的模型试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种模拟盾构近接地下结构物微扰动施工的模型试验装置，土箱模块包括土箱本体，土箱本体中装有土体，桩基模块和隧道模块埋设在土体内，盾构掘进模块对土体进行切削，推进控制模块用于推进盾构掘进模块；注浆控制模块和渣土改良模块用于注入浆液和渣土改良剂，地下水位控制模块用于调节土箱本体内的地下水位高度，地压加载模块用于调节土体的压力；数据采集模块包括数据采集终端和传感器单元。与现有技术相比，本实用新型专利技术设置了多个模块，能模拟复杂多样的地层条件，而且可以考虑不同的盾构参数、推进参数、注浆参数和渣土参数对地下结构的施工扰动影响，得到的数据更接近真实施工的数据，准确度更高。准确度更高。准确度更高。

【技术实现步骤摘要】
模拟盾构近接地下结构物微扰动施工的模型试验装置


[0001]本技术涉及地下隧道盾构法施工领域，尤其是涉及一种模拟盾构近接地下结构物微扰动施工的模型试验装置。

技术介绍

[0002]随着我国城市公共交通的快速发展，城市轨道交通越来越多地穿越桩基、隧道等既有地下结构，在隧道开挖过程中不可避免地会引起周围土体的变形，进而诱发既有地下结构的变形，当这种变形达到一定限度后，将会影响其安全和正常使用，比如桩身应力集中引发局部破坏、隧道附加内力过大造成管片开裂失稳等。因此，评估盾构开挖对相邻桩基、隧道的施工影响并进行超前控制，是保证盾构施工安全的核心问题。
[0003]国内外学者现阶段对盾构穿越相邻桩基、隧道的研究方法主要是理论分析法、数值模拟法和现场监测法。理论分析法基于弹性理论，对模型进行一系列假设，但是得到的数值解和现场实际情况差距较大；数值模拟法一般借助商业有限元或者有限差分软件，但是由于土体参数选取困难，计算精度难以保证等问题，模拟预测结果有较大误差；现场监测法则受限于仪器设备，且需要花费较大的人力物力，受环境干扰影响大。相比于上述方法，模型试验能模拟真实的土体情况，且操作相对简单，因此通过模型试验研究盾构开挖对隧道、桩基等既有地下结构的影响具有一定的优势。
[0004]公开号为CN109883840A的中国技术专利公开了一种双线盾构隧道下穿施工引起的地下管线变形试验系统，盾构掘进装置模拟双线盾构隧道施工，并利用监测系统实时监测试验过程中的管线变形沉降情况，进而优化双线盾构隧道的设计与施工参数。但是，在实际施工时，土体的情况是复杂多样的，该专利可模拟的地层条件有限，得到的结果不能作为施工的准确依据。

技术实现思路

[0005]本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模拟盾构近接地下结构物微扰动施工的模型试验装置，设置了土箱模块、桩基模块、隧道模块、盾构掘进模块、推进控制模块、注浆控制模块、渣土改良模块、地下水位控制模块、地压加载模块、数据采集模块，能模拟复杂多样的地层条件，而且可以考虑不同的盾构参数、推进参数、注浆参数和渣土参数对地下结构的施工扰动影响，得到的数据更接近真实施工的数据，准确度更高。
[0006]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种模拟盾构近接地下结构物微扰动施工的模型试验装置，包括土箱模块、桩基模块、隧道模块、盾构掘进模块、推进控制模块、注浆控制模块、渣土改良模块、地下水位控制模块、地压加载模块、数据采集模块、外接电源和控制器，所述控制器与盾构掘进模块、推进控制模块、注浆控制模块、渣土改良模块、地下水位控制模块和地压加载模块通信连接，所述外接电源为盾构掘进模块、推进控制模块、注浆控制模块、渣土改良模块、地下水位控
制模块、地压加载模块、数据采集模块和控制器提供电能；
[0008]所述土箱模块包括土箱本体，土箱本体中装有土体，桩基模块和隧道模块埋设在土体内，土箱本体上设有开挖孔，盾构掘进模块通过开挖孔伸入土箱本体内并对土体进行切削，所述推进控制模块用于带动盾构掘进模块靠近或远离土箱本体；
[0009]所述注浆控制模块用于向盾构掘进模块与土体之间的间隙注入浆液，所述渣土改良模块用于向盾构掘进模块注入渣土改良剂，所述地下水位控制模块用于调节土箱本体内的地下水位高度，所述地压加载模块设置在土箱本体的内壁，用于调节土体的压力；
[0010]所述数据采集模块包括数据采集终端和传感器单元，所述数据采集终端与传感器单元、盾构掘进模块、推进控制模块、注浆控制模块、渣土改良模块、地下水位控制模块和地压加载模块通信连接；
[0011]所述传感器单元包括：设置在土箱本体上方的激光扫描仪、设置在土体上表面的地表位移计、设置在土体中的压力盒、设置在桩基模块上的第一应变片、设置在隧道模块上的第二应变片、设置在盾构掘进模块内的压力传感器和设置在盾构掘进模块内的扭矩传感器。
[0012]优选的，所述土箱本体包括底板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，前侧板和后侧板为钢化玻璃板，底板、左侧板和右侧板为金属板，开挖孔设置在前侧板上，所述开挖孔与盾构掘进模块的接触面上设有止水环，止水环为环形橡胶止水环。
[0013]优选的，所述土箱还包括支撑底座和支撑框架，所述支撑框架固定在支撑底座上，土箱本体设于支撑底座上方的支撑框架内，所述支撑框架包括通过立杆、横杆、横撑和轨道架，所述立杆垂直设置在底座上，横杆和横撑用于连接所述立杆，横杆平行于前侧板和后侧板，横撑平行于左侧板和右侧板，所述轨道架通过横撑固定在土箱本体的上方，激光扫描仪沿所述轨道架运动。
[0014]优选的，立杆、横杆、横撑和轨道架之间通过螺栓连接，支撑底座与支撑框架之间通过螺栓连接。
[0015]优选的，所述桩基模块包括筏板和与筏板垂直的桩身，所述桩身上设置有多个第一应变片；所述隧道模块为圆柱形管道，圆柱形管道上设有多个第二应变片。
[0016]优选的，桩身的数量为多个，第一应变片均匀对称布置在各个桩身上；第二应变片沿圆柱形管道的周向和径向均匀布置，且对称设于圆柱形管道的内外。
[0017]优选的，所述盾构掘进模块包括刀盘、盾构圆筒、刀盘驱动主轴、刀盘驱动机构和螺旋出土机构，刀盘位于盾构圆筒的一端，所述刀盘驱动机构通过刀盘驱动主轴带动所述刀盘旋转以切削土体，所述盾构圆筒靠近刀盘一端的直径大于远离刀盘的一端的直径，盾构圆筒的外壳上设有注浆管和渣土改良剂入口，注浆管敷设在盾构圆筒的外壳上，注浆控制模块通过注浆管向盾构圆筒的外壳与土体之间的环形间隙注入浆液，渣土改良模块通过渣土改良剂入口向盾构圆筒内注入渣土改良剂。
[0018]优选的，所述刀盘为辐条式刀盘，包括多个辐条，辐条的背面设有刀盘背面搅拌棒；所述刀盘驱动主轴上设有螺旋叶片和驱动主轴搅拌棒；盾构圆筒为空心圆柱结构，靠近刀盘的一端和远离刀盘的一端直径不同，呈台阶式变化，注浆管沿盾构圆筒的纵向敷设在盾构圆筒远离刀盘的一端。
[0019]优选的，所述盾构圆筒远离刀盘的一端为与刀盘平行的隔板，压力传感器设于隔
板上；所述刀盘驱动机构设于盾构圆筒远离刀盘的一端，包括刀盘驱动电机、刀盘减速器、第一联轴器和第二联轴器，所述刀盘驱动主轴通过固定套筒贯穿隔板并与第一联轴器连接，固定套筒固定在隔板上，刀盘驱动电机通过刀盘减速器与第二联轴器连接，第一联轴器与第二联轴器之间通过扭矩传感器连接；所述螺旋出土机构设于盾构圆筒远离刀盘的一端，包括螺旋出土器、排渣口、出土驱动电机和出土减速器，所述出土驱动电机通过出土减速器与盾构圆筒内的螺旋出土器连接，螺旋出土器的下方为排渣口。
[0020]优选的，所述盾构掘进模块还包括第一支座、第二支座和第三支座，第一支座、第二支座和第三支座的顶部分别连接至固定套筒、扭矩传感器和刀盘减速器，第一支座、第二支座和第三支座的底部均固定在推进控制模块上。
[0021]优选的，所述推进控制模块包括台车、导轨、固定底座、台车驱动装置和台车牵引装置，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟盾构近接地下结构物微扰动施工的模型试验装置，其特征在于，包括土箱模块、桩基模块、隧道模块、盾构掘进模块、推进控制模块、注浆控制模块、渣土改良模块、地下水位控制模块、地压加载模块、数据采集模块和控制器(60)，所述控制器(60)与盾构掘进模块、推进控制模块、注浆控制模块、渣土改良模块、地下水位控制模块和地压加载模块通信连接；所述土箱模块包括土箱本体，土箱本体中装有土体，桩基模块和隧道模块埋设在土体内，土箱本体上设有开挖孔，盾构掘进模块通过开挖孔伸入土箱本体内并对土体进行切削，所述推进控制模块用于带动盾构掘进模块靠近或远离土箱本体；所述注浆控制模块用于向盾构掘进模块与土体之间的间隙注入浆液，所述渣土改良模块用于向盾构掘进模块注入渣土改良剂，所述地下水位控制模块用于调节土箱本体内的地下水位高度，所述地压加载模块设置在土箱本体的内壁，用于调节土体的压力；所述数据采集模块包括数据采集终端(61)和传感器单元，所述数据采集终端(61)与传感器单元、盾构掘进模块、推进控制模块、注浆控制模块、渣土改良模块、地下水位控制模块和地压加载模块通信连接；所述传感器单元包括：设置在土箱本体上方的激光扫描仪(10)、设置在土体上表面的地表位移计(14)、设置在土体中的压力盒(15)、设置在桩基模块上的第一应变片(13)、设置在隧道模块上的第二应变片(17)、设置在盾构掘进模块内的压力传感器(30)和设置在盾构掘进模块内的扭矩传感器(34)。2.根据权利要求1所述的模拟盾构近接地下结构物微扰动施工的模型试验装置，其特征在于，所述土箱本体包括底板(1)、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，前侧板和后侧板为钢化玻璃板(2)，底板、左侧板和右侧板为金属板(3)，开挖孔设置在前侧板上，所述开挖孔上设有止水环(22)。3.根据权利要求2所述的模拟盾构近接地下结构物微扰动施工的模型试验装置，其特征在于，所述土箱还包括支撑底座(4)和支撑框架，所述支撑框架固定在支撑底座(4)上，土箱本体设于支撑底座(4)上方的支撑框架内，所述支撑框架包括立杆(5)、横杆(6)、横撑(7)和轨道架(9)，所述立杆(5)垂直设置在底座(4)上，横杆(6)和横撑(7)用于连接所述立杆(5)，横杆(6)平行于前侧板和后侧板，横撑(7)平行于左侧板和右侧板，所述轨道架(9)通过横撑(7)固定在土箱本体的上方，激光扫描仪(10)沿所述轨道架(9)运动。4.根据权利要求1所述的模拟盾构近接地下结构物微扰动施工的模型试验装置，其特征在于，所述桩基模块包括筏板(11)和桩身(12)，所述桩身(12)上设置有多个第一应变片(13)；所述隧道模块为圆柱形管道(16)，圆柱形管道(16)上设有多个第二应变片(17)。5.根据权利要求1所述的模拟盾构近接地下结构物微扰动施工的模型试验装置，其特征在于，所述盾构掘进模块包括刀盘(26)、盾构圆筒(41)、刀盘驱动主轴(28)、刀盘驱动机构和螺旋出土机构，刀盘(26)位于盾构圆筒(41)的一端，所述刀盘驱动机构通过刀盘驱动主轴(28)带动所述刀盘(26)旋转以切削土体，所述盾构圆筒(41)靠近刀盘(26)一端的直径大于远离刀盘(26)的一端的直径，盾构圆筒(41)的外壳上设有注浆管(27)和渣土改良剂入口(31)，所述注浆管(27)敷设在盾构圆筒(41)的外壳上，注浆控制模块通过注浆管(...

【专利技术属性】
技术研发人员：种记鑫，张锟，王钦山，薛海儒，刘毅，徐前卫，贺翔，周峰，崔越榜，
申请(专利权)人：济南轨道交通集团有限公司，
类型：新型
国别省市：