一种盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置及模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置及模拟方法，包括稳定架、设置在稳定架上的外壳组件、设置在外壳组件内且用于对盾构隧道管片进行X向及Y向限位的限位器以及位于盾构隧道管片下方且用于模拟地层结构的地层模拟组件；通过伸缩结构的限位器实现了对盾构隧道管片水平面上位移的有效防控，利用底部可自由拆卸的多层地层弹簧，上部通过高精度位移传感器监测隧道多位置的沉降变形，在盾构隧道管片拼装完成后通过伸缩结构的限位器与外壳组件的配合实现对盾构隧道管片位置的固定，实现多类型地层的模拟试验，可适用于不同隧道模型直径，不同复合地层。不同复合地层。不同复合地层。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置及模拟方法


[0001]本专利技术涉及隧道施工地质环境环境
，具体涉及一种盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置及模拟方法。

技术介绍

[0002]目前，由于盾构隧道在掘进速度、对地面交通扰动以及施工安全上具有明显优势，大量盾构的隧道应用于城市地铁区间隧道，而由于使用范围越来越大，隧道面临的地层环境也越来越复杂，隧道不仅要穿过大量城市建筑的区域，还会面临地表基坑开挖，除此之外，也会出现软硬地层不连续的情况，这些问题不仅会导致地表不均匀沉降，也会影响地上建筑和地下区间隧道的运营。
[0003]已有学者基于复合成层地层开展的隧道开挖诱发地表沉降的研究主要集中在理论解析和现场实测两方面，在实际隧道开挖工程设计中对于土体本构模型多选用莫尔库伦(MC)模型，进行数值计算，其所需材料参数简单，且可通过实验室获得，因此，其在实际工程设计中应用非常广泛。
[0004]然而，值得注意的是，选用莫尔库伦(MC)模型所得隧道开挖诱发地表沉降槽的数值预测与高斯经验曲线或实测数据有较大差异，特别是对于砂土隧道的开挖问题。莫尔库伦(MC)模型的选取远远低估了地表实际沉降，对工程的指导是偏于不安全的。采用剑桥模型或修正剑桥(MCC)模型对于地表沉降预测具有一定优化作用。但是，自然界中地层多为复合成层地层，甚或非均质土地层，这样仍然不太适合作为工程上的指导。
[0005]如果采用现场试验或者大型室内试验还原环境，这需要很高的成本和很长周期，同时还有一定风险。采用得到的理论或者经验公式时，得到的结果与工程结果误差较大，因此亟需提供一种模拟地表不同分层的盾构隧道管片环间接头变形和地表沉降的装置，方便、有效的测量模型变形沉降。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置及模拟方法。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置，包括稳定架、设置在稳定架上的外壳组件、设置在外壳组件内且用于对盾构隧道管片进行X向及Y向限位的限位器以及位于盾构隧道管片下方且用于模拟地层结构的地层模拟组件；
[0008]盾构隧道管片的顶面设置有荷载承载板，荷载承载板上布置有用于监测变形沉降的监测件，用于X向限位的限位器分别设置在盾构隧道管片的侧面和外壳组件之间，用于Y向限位的限位器分别设置在盾构隧道管片的端面和外壳组件之间。
[0009]进一步地，限位器包括伸缩板支座以及分别设置在伸缩板支座上的伸缩板和弹簧套筒，伸缩板的伸缩端滑动延伸至弹簧套筒内，并与设置在弹簧套筒内的水平地层弹簧抵
接，伸缩板支座的端部与外壳组件相连接，弹簧套筒的端面与盾构隧道管片相连接。
[0010]进一步地，水平地层弹簧沿弹簧套筒的高度方向依次设置有多组，相邻水平地层弹簧之间具有间距。
[0011]进一步地，地层模拟组件包括限位板、传力剪切板、位于传力剪切板内的防偏板以及设置在限位板与防偏板之间的可拆卸弹簧，限位板设置在稳定架上。
[0012]进一步地，地层模拟组件为多组，且沿稳定架高度方向设置，且下层的地层模拟组件的传力剪切板作为上层的地层模拟组件的限位板。
[0013]进一步地，还包括万向轮，万向轮通过转动连接杆设置在稳定架上，转动连接杆上设置有用于固定装置位置的折叠式固定支座。
[0014]进一步地，稳定架上设置有悬挂杆，监测件分布在悬挂杆上。
[0015]本专利技术还提供了一种复合地层下的盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟方法，采用上述模拟装置进行模拟，包括以下步骤：
[0016]S1：调节限位器位置，保证盾构隧道管片在X向、Y向的位移限制；
[0017]S2：在盾构隧道管片上方设置加载板模拟工况的载荷加载情况，将荷载承载板水平放置在盾构隧道管片上，放置好荷载承载板之后，安装多位置监测件，记录隧道结构在不同位置的变形沉降情况，监测件固定在顶部预留固定杆上，然后将监测件调整到0刻度；
[0018]S3：根据试验所模拟的工况，将下部的地层弹簧和传力剪切板刚度调整到模拟工况所在地层，然后将地层弹簧和传力剪切板安装放入装置，等待加载；
[0019]S4：施加上部载荷，每隔1
‑
2min，对盾构隧道管片的沉降进行监测；
[0020]S5：载荷施加完成后，将装置静置，并间隔均匀时间监测一次数据。
[0021]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提供的一种盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置及模拟方法，通过伸缩结构的限位器实现了对盾构隧道管片水平面上位移的有效防控，利用底部可自由拆卸的多层地层弹簧，上部通过高精度位移传感器监测隧道多位置的沉降变形，在盾构隧道管片拼装完成后通过伸缩结构的限位器与外壳组件的配合实现对盾构隧道管片位置的固定，实现多类型地层的模拟试验，可适用于不同隧道模型直径，不同复合地层。此外，本专利技术中，盾构隧道管片上方采用分片式加载板，同时根据加载范围采用可折叠式加载板，调整加载版宽度，根据管片环数，进行加载板分片，大大提高了载荷加载的可靠性。并且本专利技术中，在万向轮上设置折叠式的固定支座，不仅万向轮可以方便装置的移动，也可以通过设置的折叠式的固定支座固定装置位置，提高效率，在足够的空间下，将装置的底部装置固定支座展开固定装置位置，提高装置的使用性能。
附图说明
[0022]图1为本专利技术结构示意图；
[0023]图2为本专利技术中限位器结构示意图；
[0024]图3为本专利技术中地层模拟组件结构示意图；
[0025]图4为本专利技术中万向轮结构示意图。
具体实施方式
[0026]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并
非用于限定本专利技术的范围。
[0027]如图1所示，一种盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置，包括稳定架1、设置在稳定架1上的外壳组件2、设置在外壳组件2内且用于对盾构隧道管片10进行X向及Y向限位的限位器3以及位于盾构隧道管片10下方且用于模拟地层结构的地层模拟组件4。限位器3为四组，用于X向限位的限位器3分别设置在盾构隧道管片10的侧面和外壳组件2之间，用于Y向限位的限位器3分别设置在盾构隧道管片10的端面和外壳组件2之间，通过外壳组件2与限位器3实现装置对管片的限位作用。通过其中两组限位器3限制隧道左右两侧的Y方向位移，释放X,Z方向位移，通过另外两组限位器3限制隧道左右两侧的X方向位移，释放Y,Z方向位移。地层模拟组件4用来模拟地层状况，实现多类型地层的模拟试验。
[0028]盾构隧道管片10的顶面设置有荷载承载板5，荷载承载板5上布置有用于监测变形沉降的监测件6。稳定架1上设置有悬挂杆9，监测件6分布在悬挂杆9上。该监测件6采用位移传感器，通过位移传感器记录隧道结构在不同位置的变形沉降情况。荷载承载板5可以采用分片式或折叠式，其数量可以根据盾构隧道管片10的数量进行叠加使用，提高载荷加载的可靠性。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置，其特征在于，包括稳定架(1)、设置在所述稳定架(1)上的外壳组件(2)、设置在所述外壳组件(2)内且用于对盾构隧道管片(10)进行X向及Y向限位的限位器(3)以及位于所述盾构隧道管片(10)下方且用于模拟地层结构的地层模拟组件(4)；所述盾构隧道管片(10)的顶面设置有荷载承载板(5)，所述荷载承载板(5)上布置有用于监测变形沉降的监测件(6)，用于X向限位的限位器(3)分别设置在盾构隧道管片(10)的侧面和外壳组件(2)之间，用于Y向限位的限位器(3)分别设置在盾构隧道管片(10)的端面和外壳组件(2)之间。2.根据权利要求1所述的盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置，其特征在于，所述限位器(3)包括伸缩板支座(30)以及分别设置在所述伸缩板支座(30)上的伸缩板(31)和弹簧套筒(32)，所述伸缩板(31)的伸缩端滑动延伸至所述弹簧套筒(32)内，并与设置在弹簧套筒(32)内的水平地层弹簧(33)抵接，所述伸缩板支座(30)的端部与外壳组件(2)相连接，所述弹簧套筒(32)的端面与盾构隧道管片(10)相连接。3.根据权利要求2所述的盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置，其特征在于，所述水平地层弹簧(33)沿所述弹簧套筒(32)的高度方向依次设置有多组，相邻所述水平地层弹簧(33)之间具有间距。4.根据权利要求1所述的盾构隧道管片变形及地表沉降的模拟装置，其特征在于，所述地层模拟组件(4)包括限位板(40)、传力剪切板(41)、位于所述传力剪切板(41)内的防偏板(42)以及设置在所述限位板(40)与所述防偏板(42)之间的可拆卸弹簧(43)，所述限位板(40)设置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳阳，乐新龙，陈善，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：