一种用于模拟非对称基坑开挖对临近既有隧道影响的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于模拟非对称基坑开挖对临近既有隧道影响的装置和方法，包括模型箱、既有隧道、地下连续墙、锚索、桩基础、基坑底板、加载砝码、拉线式位移计、橡胶棒、应变片、和微型土压力计。本发明专利技术结合非对称荷载，可开展基坑开挖卸载－再加载的全周期过程模型试验，研究非对称荷载下临近既有隧道的变形规律；本发明专利技术考虑桩

【技术实现步骤摘要】
一种用于模拟非对称基坑开挖对临近既有隧道影响的装置和方法


[0001]本专利技术是涉及地下工程开挖领域，特别是涉及一种用于模拟非对称基坑开挖对临近既有隧道影响的装置和方法。

技术介绍

[0002]随着城市地铁隧道的建设，地下基坑工程的开挖对既有地铁隧道扰动的概率也大大增加，而地铁隧道在正常运营期间的扰动控制标准较高，探究基坑工程开挖对既有地铁隧道变形的影响十分重要。
[0003]基坑工程在开挖的过程中有对称开挖和非对称开挖等，其中非对称开挖对既有隧道变形影响较大。非对称基坑开挖会引起土体应力释放，在周围土体中产生非对称卸载效应，从而导致既有隧道发生不均匀上浮或偏移。基坑开挖完成后，地面建筑荷载施加对土体产生非堆成加载作用，周围土体再次产生非对称变形，既有隧道会产生非对称下沉和反向偏移等效果，从而对既有隧道整体受力产生不均匀变形。
[0004]为了分析非对称基坑开挖对既有隧道结构的影响机制，开展模型试验，对非对称开挖卸载－非对称再加载的全过程，基于土体
‑
隧道的荷载传递机制，系统分析非对称基坑开挖及建筑物荷载下既有隧道结构的受力特征和空间位移变化规律。本专利技术提出了一种用于模拟非对称基坑开挖对隧道影响的试验装置和方法，可对非对称开挖卸载－非对称再加载的全过程进行试验模拟，研究非对称基坑开挖及建筑物荷载下既有隧道结构的受力特征和空间位移变化规律。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种用于模拟非对称基坑开挖对既有隧道影响的试验装置和方法，用于开展非对称基坑开挖对既有隧道的模型试验。
[0006]为实现本专利技术之目的，采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种用于非对称基坑开挖对既有隧道的装置，包括模型箱(1)、既有隧道(2)、地下连续墙(3)、锚索(4)、桩基础(5)、基坑底板 (6)、加载砝码(7)、拉线式位移计(8)、橡胶棒(9)应变片(10) 和微型土压力计(11)。模型箱(1)为整个试验装置的基础，为既有隧道(2)、地下连续墙(3)，锚索(4)、桩基础(5)和基坑底板(6) 的安装提供基础框架。既有隧道(2)埋设在模型箱(1)土体中预定的位置。地下连续墙(3)安装在模型箱(1)土体中预定位置，通过锚索(4)与模型箱(1)的侧壁相连，通过桩基础(5)保证基坑开挖的稳定性。开挖完成后施作基坑底板(6)，方便后续基坑通过加载砝码(7)进行再加载。
[0008]作为本专利技术的优选技术方案，所述模型箱(1)为一箱型结构，作为试验装置的基础结构，通过装填土体模拟施工现场的土体场地，为试验中其他设备的安装提供条件。既有隧道(2)埋设在模型箱(1) 中预定的位置，模拟施工现场的既有隧道结构。地下连续墙(3)通过锚索(4)固定在模型箱(1)的侧壁上，保证基坑地下连续墙的稳定性。
[0009]作为本专利技术的优选技术方案，所述既有隧道(2)包括两个隧道结构，材质可采用橡胶或者有机玻璃，为基坑底部的既有隧道结构。由于基坑的非对称开挖会导致周围土体产生非对称卸载应力，土体变形进而导致既有隧道(5)产生不均匀上浮或偏移。
[0010]作为本专利技术的优选技术方案，所述地下连续墙(3)包括基坑四面的挡土墙，材料可采用一定厚度的薄钢板，作为基坑开挖过程中的挡土结构，保证基坑开挖的稳定性，限制基坑周围土体的变形，保证试验过程的顺利进行。地下连续墙(3)通过锚索(4)固定在模型箱 (1)的侧壁上，进一步加强了地下连续墙(3)的稳定性，防止周围土体向基坑内部坍塌。
[0011]作为本专利技术的优选技术方案，所述锚索(4)包括多根钢丝锚索，材料可采用钢丝，为基坑侧壁的加固结构，加强了基坑的抗变形能力，减少了周围土体的变形。锚索(4)的两端分别连接在地下连续墙(3) 和模型箱(1)的侧壁上，保证基坑开挖过程中的稳定性。
[0012]作为本专利技术的优选技术方案，所述桩基础(5)包括多根桩体，材料可采用铝制金属细管，为基坑底部的加固结构。通过桩基础(5) 与周围土体的相互作用，减少了基坑底部土体的隆起，进一步也限制了基坑周围土体的变形，保证了基坑底部的抗隆起能力。
[0013]作为本专利技术的优选技术方案，所述基坑底板(6)包括基坑底板的施作，材料可为一定厚度的薄钢板，为后续基坑的再加载提供试验平台。
[0014]作为本专利技术的优选技术方案，所述加载砝码(7)包括多个铸铁砝码，便于基坑开挖完成后的再加载过程的实施。
[0015]一种用于模拟非对称基坑开挖对隧道影响的试验方法，包括试验内容、监测方案、试验步骤和试验系统。
[0016]其试验内容旨在研究非对称基坑开挖下隧道的变性规律和隧道周围土压力的变形规律。
[0017]其试验监测方案包括：隧道的纵向位移监测方案、横向位移监测方案、纵向收敛监测方案横向、隧道横向弯矩值监测方案和隧道周围土压力监测方案。
[0018]其试验步骤包括：试验准备阶段，基坑开挖阶段和再加载阶段。
[0019]既有隧道(2)的竖向位移采用拉线式位移计(8)监测，目的是研究隧道的竖向位移变化规律。拉线式位移计(8)连接在隧道的点位5处，通过测量拉线式位移计(8)的数值得出隧道的竖向位移。监测断面为基坑中心横断面所对应的隧道横断面。
[0020]既有隧道(2)的横向位移采用拉线式位移计(8)监测，目的是研究隧道的横向位移变化规律。拉线式位移计(8)分别连接在隧道的点位3和点位7处，通过测量拉线式位移计(8)的数值得出隧道的横向位移。监测横断面为基坑中心横断面所对应的隧道横断面。
[0021]既有隧道(2)的横向收敛采用橡胶棒(9)和应变片(10)监测，目的是研究隧道的横向收敛变化规律。应变片(10)贴在预先标定的橡胶棒(9)中点的侧面上，通过应变片(10)测量应变量并换算得到橡胶棒的轴向变形，进而得到隧道断面的横向收敛变形。监测横断面为基坑中心横断面所对应的隧道横断面，和其两侧
±
1D和
±
3D处共 5个横向监测断面。其中D为隧道的直径。
[0022]既有隧道(2)的竖向收敛采用橡胶棒(9)和应变片(10)监测，目的是研究隧道的竖向收敛变化规律。应变片(10)贴在预先标定的橡胶棒(9)中点的侧面上，通过应变片(10)测量应变量并换算得到橡胶棒的轴向变形，进而得到隧道断面的竖向收敛变形。监测横断面为基坑中心横断面所对应的隧道横断面，和其两侧
±
1D和
±
3D处共 5个横向监测断面。其
中D为隧道的直径。
[0023]既有隧道(2)的横向弯矩采用应变片(11)监测，目的是研究隧道的横向弯矩变化规律。应变片(11)分别贴在隧道点位1到点位 8共八个点位，通过贴在隧道内、外表面的应变片读数换算得到隧道的横向弯矩，换算公式如(1
‑
1)(1
‑
2)。监测横断面为基坑中心横断面所对应的隧道横断面，和其两侧
±
2D和
±
4D处共5个横向监测断面。其中D为隧道的直径。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于非对称基坑开挖对既有隧道的装置，其特征在于：包括模型箱(1)、既有隧道(2)、地下连续墙(3)、锚索(4)、桩基础(5)、基坑底板(6)和加载砝码(7)；模型箱(1)为整个试验装置的基础，为既有隧道(2)、地下连续墙(3)，锚索(4)、桩基础(5)和基坑底板(6)的安装提供基础框架；既有隧道(2)埋设在模型箱(1)土体中预定的位置；地下连续墙(3)安装在模型箱(1)土体中预定位置，通过锚索(4)与模型箱(1)的侧壁相连，通过桩基础(5)保证基坑开挖的稳定性；开挖完成后施作基坑底板(6)，方便后续基坑通过加载砝码(7)进行再加载。2.根据权利要求1所述的一种用于非对称基坑开挖对既有隧道的装置，其特征在于：所述模型箱(1)为一箱型结构，作为试验装置的基础结构，通过装填土体模拟施工现场的土体场地，为试验中其他设备的安装提供条件；既有隧道(2)埋设在模型箱(1)中预定的位置，模拟施工现场的既有隧道结构；地下连续墙(3)通过锚索(4)固定在模型箱(1)的侧壁上，保证基坑地下连续墙的稳定性。3.根据权利要求1所述的一种用于非对称基坑开挖对既有隧道的装置，其特征在于：所述既有隧道(2)包括两个隧道结构，材质采用橡胶或者有机玻璃，为基坑底部的既有隧道结构；由于基坑的非对称开挖会导致周围土体产生非对称卸载应力，土体变形进而导致既有隧道(5)产生不均匀上浮或偏移。4.根据权利要求1所述的一种用于非对称基坑开挖对既有隧道的装置，其特征在于：所述地下连续墙(3)包括基坑四面的挡土墙，材料采用一定厚度的薄钢板，作为基坑开挖过程中的挡土结构，保证基坑开挖的稳定性，限制基坑周围土体的变形，保证试验过程的顺利进行；地下连续墙(3)通过锚索(4)固定在模型箱(1)的侧壁上，加强地下连续墙(3)稳定性，防止周围土体向基坑内部坍塌。5.根据权利要求1所述的一种用于非对称基坑开挖对既有隧道的装置，其特征在于：所述锚索(4)包括多根钢丝锚索，材料采用钢丝，为基坑侧壁的加固结构，加强了基坑的抗变形能力，减少周围土体变形；锚索(4)的两端分别连接在地下连续墙(3)和模型箱(1)的侧壁上，保证基坑开挖过程中的稳定性。6.根据权利要求1所述的一种用于非对称基坑开挖对既有隧道的装置，其特征在于：所述桩基础(5)包括多根桩体，材料可采用铝制金属细管，为基坑底部的加固结构；通过桩基础(5)与周围土体的相互作用，减少基坑底部土体的隆起，进一步限制基坑周围土体的变形，保证基坑底部的抗隆起能力。7.根据权利要求1所述的一种用于非对称基坑开挖对既有隧道的装置，其特征在于：所述基坑底板(6)包括基坑底板的施作，材料可为一定厚度的薄钢板，为后续基坑的再加载提供试验平台。8.根据权利要求1所述的一种用于非对称基坑开挖对既有隧道的装置，其特征在于：所述加载砝码(7)包括多个铸铁砝码，便于基坑开挖完成后的再加载过程的实施。9.一种用于模拟非对称基坑开挖对隧道影响的试验方法，包括试验内容、监测方案、试验步骤和试验系统；试验内容旨在研究非对称基坑开挖下隧道的变性规律和隧道周围土压力的变形规律；试验监测方案包括：隧道的纵向位移监测方案、横向位移监测方案、纵向收敛监测方案横向、隧道横向弯矩值监测方案和隧道周围土压力监测方案；
试验步骤包括：试验准备阶段，基坑开挖阶段和再加载阶段；既有隧道(2)的竖向位移采用拉线式位移计(8)监测，目的是研究隧道的竖向位移变化规律；拉线式位移计(8)连接在隧道的点位5处，通过测量拉线式位移计(8)的数值得出隧道的竖向位移；监测断面为基坑中心横断面所对应的隧道横断面；既有隧道(2)的横向位移采用拉线式位移计(8)监测，目的是研究隧道的横向位移变化规律；拉线式位移计(...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱浩勇，许成顺，杜修力，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：