一种盾构全地形掘进模拟试验方法技术

一种盾构全地形掘进模拟试验方法，实现盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验，可以进行盾构施工室内模型试验，开展盾构直径、埋深、掘进参数、施工工况等方面研究。包括步骤：步骤1土样参数获取，预置于上位机；步骤2试验方案确定，预置于上位机中，形成系统试验任务；步骤3安装挡板；步骤4土样制备；步骤5土样定位；步骤6加压；步骤7盾构掘进；步骤8数据采集；步骤9试验结束；步骤10卸压拆样。步骤10卸压拆样。步骤10卸压拆样。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构全地形掘进模拟试验方法


[0001]本专利技术涉及一种盾构全地形掘进模拟试验方法，基于盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台，主要用于模拟盾构施工的室内模型试验，属于隧道建筑工程


技术介绍

[0002]盾构法作为一种高效、安全的施工技术，在地铁隧道的施工中得到了大力推广。为研究盾构施工对周边环境及建构筑物扰动的影响，国内外学者常用的研究方法有：经验公式法、解析法、理论分析法、模型试验法、数值分析法等。由于原型盾构施工涉及复杂的施工流程和管理环节，基本不具备可重复性，在单一变量条件下难以获得确切的研究成果，而模型试验对隧道施工过程能够进行较好地真实再现，具有严格的理论基础和简便易行等优点，研究成果的可靠度也比较高，因而模型试验方法被广泛应用于岩土和地下工程领域。
[0003]盾构施工过程中掘进参数(推进速度、盾构直径)的选取对其周围土体的扰动程度具有较大影响，在实际工程当中通常是基于施工现场的反馈从而调整掘进的参数，对于风险管控具有一定滞后性，存在安全隐患。然而目前盾构掘进施工的室内模型试验仪器较少，从而无法在施工前知晓土体扰动的衍化进程。因此，针对现有技术的不足，设计了盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供了一种盾构全地形掘进模拟试验方法，实现盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验，可以进行盾构施工室内模型试验，开展盾构直径、埋深、掘进参数、施工工况等方面研究。
[0005]技术方案：
[0006]一种盾构全地形掘进模拟试验方法，其特征是，包括步骤：
[0007]步骤1土样参数获取，预置于上位机；
[0008]步骤2试验方案确定，预置于上位机中，形成系统试验任务；
[0009]步骤3安装挡板；
[0010]步骤4土样制备；
[0011]步骤5土样定位；
[0012]步骤6加压；
[0013]步骤7盾构掘进；
[0014]步骤8数据采集；
[0015]步骤9试验结束；
[0016]步骤10卸压拆样。
[0017]本专利技术公开的盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验具有如下优点：
[0018](1)本申请具有可模拟盾构掘进全过程施工的优点。
[0019]本申请聚焦盾构掘进施工时对周围土体的扰动效应，通过掘进系统和加载系统7，真实模拟盾构掘进施工及所处土压力环境，结合上位机和数据采集仪17所采集数据，获得模拟盾构掘进全过程施工期间，土样的压力变化值及位移变化值，掌握盾构施工过程中土体扰动的衍化规律，降低施工风险。
[0020](2)本申请具有可实现对盾构不同掘进参数研究的优点。
[0021]本申请通过掘进系统控制器控制小电机转动上转动杆，带动履带，从而转动带齿轮转动杆，并沿进刀辅助杆齿状纹路推进，并由此带动进刀器推进。通过掘进系统操作面板设定控制进刀器的推进速度V1模拟盾构实际工程中推进速度V，控制电钻的转速ω1模拟盾构机的转速ω。通过选取双叶螺旋杆的直径D1模拟盾构机的直径D。
[0022][0023][0024][0025]式中n1为盾构转速相似比，n2为盾构推进速度相似比，n3为盾构直径相似比。
[0026]实现了对施工过程中盾构直径，盾构推进速度及盾构转速等掘进参数的模拟，从而获取盾构施工时不同掘进参数对于周围土体的位移时空变化规律及力学响应效应，为今后盾构隧道掘进参数的敏感性分析提供参考。
[0027](3)本申请具有可模拟任意埋深下盾构施工的优点。
[0028]盾构施工期间，会受到周围土体竖向及水平向的压力σ
cz
，σ
cX
，σ
cY
。本申请的加载系统通过伺服油源伺服油源伺服油源操作面板控制各油缸的液压值，通过顶推侧向加载板，上加载板，背向加载板完成对于土样的加压。上加载板施加竖向压力σ
cz
模拟盾构掘进时所受土体竖向压力，确定油缸通过侧向加载板施加水平向压力σ
cX
模拟盾构掘进时所受土体水平向压力，确定油缸通过背向加载板施加水平向压力σ
cY
模拟盾构掘进时所受土体沿掘进方向的水平向压力。
[0029]σ
cz
＝γZ
[0030]σ
cX
＝σ
cY
＝K0σ
cz
[0031]式中：K0为土侧压力系数，σ
cz
为土体竖向压力，γ为土体天然重度，Z为盾构施工实际深度。K0和γ在试验前通过室内土工试验测定。
[0032]最大限度模拟盾构开挖位置处真实地应力，实现对不同埋深盾构掘进的模拟，为极端情况的超深盾构施工土体响应研究提供试验基础。
[0033](4)本申请具有可模拟盾构上跨下穿既有构筑物的优点。
[0034]本申请基于模型试验的相似理论，几何相似制定既有构筑物模拟模型几何形状，材料相似选取制作既有构筑物模拟模型的材质。，确定既有构筑物模拟模型。与双叶螺旋钻杆的间距H1，模拟实际工程中盾构上跨下穿既有构筑物的间距H，两者满足下式：
[0035][0036]式中：n4为构筑物间距相似比。
[0037]结合上位机和数据收集仪在试验过程所得的土样压力和位移实时变化值，获取盾构上跨下穿既有构筑物过程中，既有构筑物所受到土样扰动的影响进程，知晓土样扰动程度最大的最不利施工工况。
[0038](5)本申请具有适用范围广的特点。
[0039]本申请通过填筑不同性质的土样，即可开展不同土层环境的盾构掘进施工模型试验。实现了全地形无障碍盾构掘进施工的模拟，从而获取任意地质条件下盾构施工的影响效应，可为相应工程施工提供借鉴性意见。
附图说明
[0040]图1是全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台剖面图
[0041]图2是图1所示装置的A
‑
A剖面图
[0042]图3是图1所示装置的B
‑
B剖面图
[0043]图4是图1所示装置主视图
[0044]图5是图1所示装置左视图
[0045]图6是图1所示装置右视图
[0046]图7是装置掘进工作示意图
[0047]图8是图7所示装置工作状态下的C
‑
C剖面图
[0048]图9是掘进系统示意图
[0049]图10是侧向支撑挡板示意图
[0050]图11是后向支撑挡板示意图
[0051]图12是固定凹槽板示意图
[0052]图13是加载系统沿装置掘进方向加压示意图
[0053]图14是加载系统垂直装置掘进方向加压示意图
[0054]图15是本专利技术盾构全地形掘进模拟试验方法流程图
具体实施方式
[0055]本专利技术盾构全地形掘进模拟的液压加载智控式模型试验台，包括如下部分：
[0056]各个构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构全地形掘进模拟试验方法，其特征是，包括步骤：步骤1土样(13)参数获取，预置于上位机(22)；步骤2试验方案确定，预置于上位机(22)中，形成系统试验任务；步骤3安装挡板；步骤4土样制备；步骤5土样定位；步骤6加压；步骤7盾构掘进；步骤8数据采集；步骤9试验结束；步骤10卸压拆样。2.如权利要求1所述的试验方法，其特征是，步骤1土样(13)参数获取，预置于上位机(22)；选取施工现场的土样(13)，进行室内土工试验，获取制定试验方案所需要的天然重度γ，土侧压力系数K0。3.如权利要求1所述的试验方法，其特征是，步骤2试验方案确定，预置于上位机(22)中，形成系统试验任务；步骤2.1.确定掘进系统(2)的掘进参数：确定进刀器(202)的推进速度V1模拟盾构实际工程中推进速度V，确定电钻(201)的转速ω1模拟盾构机的转速ω，将确定的掘进参数V1和ω1输入掘进系统操作面板(213)；选取双叶螺旋杆(205)的直径D1模拟盾构机的直径D；或通过输入预置于上位机(22)中，上位机(22)与掘进系统控制设备连接；步骤2.2.确定加载系统(7)的加载压力：根据实际埋深及步骤1所获取土样(13)天然重度γ和土侧压力系数K0输入伺服油源操作面板(708)或通过输入预置于上位机(22)中，上位机(22)与加载系统(7)的控制设备连接，从而确定盾构掘进施工时周围的土压力大小；油缸(710)通过上加载板(702)施加竖向压力σ
cz
模拟盾构掘进时所受土样(13)竖向压力，确定油缸(710)通过侧向加载板(701)施加水平向压力σ
cX
模拟盾构掘进时所受土样(13)水平向压力，确定油缸(710)通过背向加载板(706)施加水平向压力σ
cY
模拟盾构掘进时所受土样(13)沿掘进方向的水平向压力；步骤2.3.确定既有构筑物模拟模型(21)材质、大小和间距，预置于上位机(22)：根据模型试验的几何相似理论及材料相似理论，确定所制作的既有构筑物模拟模型(21)几何形状和材质，模拟盾构施工过程中所遇到的既有构筑物；根据实际工程中盾构与构筑物两者间距，确定与双叶螺旋钻杆(205)的间距H1，模拟实际工程中盾构上跨下穿既有构筑物的间距；步骤2.4.确定监测设备的布设方案，预置于上位机(22)：确定土压力盒(18)与位移传感器(19)在土样(13)的埋设位置；
σ
cz
＝Zσ
cX
＝σ
cY
＝K0σ
cz
式中n1为盾构转速相似比，n2为盾构推进速度相似比，n3为盾构直径相似比，n4为构筑物间距相似比。4.如权利要求1所述的试验方法，其特征是，步骤3安装挡板；将承载主机(1)沿着线性滑轨(101)拉出，将后向支撑挡板(3)和侧向支撑挡板(4)放置于下支撑挡板(5)上，随后将后向支撑挡板(3)中的四根可旋转固定螺栓(301)分别卡在侧向支撑挡板(4)背部钢立板(402)上中对应的固定凹槽板(401)中，最后旋紧螺帽(302)进行固定；此时，承载主机(1)，后向支撑挡板(3)，侧向支撑挡板(4)与下支撑挡板(5)构成临时的试验模型箱；为了防止土样(13)与各支撑挡板粘结，在后向支撑挡板(3)、侧向支撑挡板(4)及下支撑挡...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹宝平，胡波，胡如盛，彭武奎，谢况琴，罗战友，冉龙，邓沿生，陈永国，陈其志，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司市政工程公司，
类型：发明
国别省市：