一种模拟盾构掘进引起隧道局部地基沉陷影响的装置及方法，所述装置包括模型箱体、升降装置、模型隧道（5）和轴力施加装置；模型箱体与开挖装置相连接，通过开挖装置控制活动挡板的移动模拟盾构隧道下穿既有地铁隧道施工；模型箱体由填土箱（1）、钢支架（2）、开挖模块（3）组成；升降装置包括减速电机（7）、螺杆（8），齿轮组（9）。轴力施加装置由弹簧（11）、圆板（12）和正圆柱（13）组成。轴力施加装置位于模型隧道两端并于模型隧道和模型箱侧壁相连接，通过弹簧弹力模拟盾构隧道管片安装后残余的轴力。本发明专利技术通过活动挡板下落的方法，模拟盾构隧道下穿施工对既有隧道的影响，丰富了盾构隧道掘进对既有隧道影响方面的研究。隧道影响方面的研究。隧道影响方面的研究。
【技术实现步骤摘要】
模拟盾构掘进引起隧道局部地基沉陷影响的装置及方法
[0001]
[0002]本专利技术涉及一种模拟盾构掘进引起既有隧道局部地基沉陷影响的装置及其试验方法，属盾构隧道
技术介绍
[0003]盾构隧道掘进将对其周边土体产生扰动，使地层产生变形并对临近既有隧道的正常工作状态产生影响。而如何准确预测和评价盾构隧道掘进对临近既有隧道的影响已经成为目前城市地下工程建设中的热点问题。
[0004]目前，关于盾构隧道掘进与既有地铁线路间相互关系的研究多基于理论及现场实测方法进行。然而目前的计算模型多基于传统弹性地基梁模型，计算参数缺乏相关试验依据，而现场实测往往只能针对某一特定工程开展，所得结论缺乏普适性。在此背景之下，有必要提供一种简便的新型试验方法，通过该方法可以在实验室中实现不同工况下盾构隧道下穿既有隧道施工过程的室内模型试验，从而研究盾构隧道下穿施工对既有隧道的影响机理，更准确的对盾构隧道下穿施工情况下既有隧道位移及土压力变化进行评估。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是，为了实现不同工况下盾构隧道下穿既有隧道施工过程的室内模型试验，从而研究盾构隧道下穿施工对既有隧道的影响机理，准确的对盾构隧道下穿施工情况下既有隧道位移及土压力变化进行评估，本专利技术提出一种模拟盾构掘进引起隧道局部地基沉陷影响的装置及其试验方法。
[0006]本专利技术实现的技术方案如下，一种模拟盾构掘进引起隧道局部地基沉陷影响的装置，包括模型箱体、升降装置、模型隧道和轴力施加装置。所述模型箱体由填土箱、钢支架、开挖模块组成；填土箱安装在钢支架上方，开挖模块置于钢支架和填土箱的中部位置；所述填土箱与所述开挖装置相焊接，通过开挖装置控制活动挡板的移动模拟盾构隧道下穿既有地铁隧道施工，所述轴力施加装置模拟盾构隧道管片安装后残余的轴力。
[0007]所述升降装置包括减速电机、螺杆，齿轮组；所述减速电机固定在钢支架上，减速电机通过水平螺杆连接并驱动齿轮组；齿轮组通过竖直螺杆与活动挡板相连。
[0008]所述模型隧道为一空心圆柱体，设置在填土箱两侧之间的空间，模型隧道的中轴线垂直于填土箱两侧的侧壁；空心圆柱体为直径200mm的聚乙烯管。
[0009]模型隧道的两端与填土箱侧壁之间分别安装有由弹簧、圆板和正圆柱组成的轴力施加装置；套在正圆柱外的弹簧和正圆柱的两端通过热熔胶分别固定在两个圆板的中心，连接弹簧的圆板的另一面通过热熔胶和模型隧道一端连接，连接正圆柱的圆板的另一面通过热熔胶分别与模型箱一端的侧壁相连接。轻质弹簧卡扣到聚乙烯圆柱上通过弹簧弹力来模拟盾构隧道管片安装后残余的轴力。
[0010]所述弹簧为轻质弹簧，圆板为直径200mm的聚乙烯圆板，正圆柱为直径150mm，长150mm的聚乙烯圆柱。
[0011]所述填土箱为立方体，其两个面积最大的侧面为观测面板，其底面由位于两侧的固定底板及中部的开挖模块组成；所述模型箱体侧壁及底板均为厚度不小于10mm不锈钢板，观测面板为厚度不小于10mm钢化玻璃板，所述模型箱顶面开口，并设有一根横梁。所述模型隧道为一空心圆柱体，其两端与模型箱侧壁内表面相连接。
[0012]所述开挖模块由活动挡板和固定套管构成；所述活动挡板为一圆弧形不锈钢板；所述固定套筒为一不锈钢制立方体形套筒，其壁厚不小于10mm，内尺寸与活动挡板外轮廓尺寸相同，外边缘与所述填土箱底板相焊接，所述活动挡板与所述升降装置相连，在升降装置的作用下垂直方向在固定套筒内自由上下移动。
[0013]数码相机设置在观测面板正前方，用于记录试验过程中土体位移。
[0014]本专利技术一种模拟盾构掘进引起隧道局部地基沉陷影响的试验方法，包括以下步骤：（1）整平场地，放置试验装置并清理试验装置填土箱，对填土箱内壁进行润滑，在填土箱两侧无锈钢内壁及固定底板上粘贴一层特氟龙薄膜，在填土箱前后钢化玻璃观测面板内侧涂抹一层硅油；（2）采用砂雨法分层填筑试验土样至模型隧道底部的设计高度，并安装模型隧道和轴力施加装置；所述试验土样为砂土，填筑每层土样时，砂雨装置漏斗口距土样顶面的距离相同；（3）安装百分表及薄膜压力传感器，在模型隧道指定位置连接拉线式位移传感器，将薄膜压力传感器及拉线式位移传感器导线连接采集仪并平衡及清除零点；所述百分表安装在试验装置活动挡板底部；所述薄膜压力传感器粘贴在模型隧道中部；所述拉线式位移传感器粘贴在模型箱顶面横梁上；（4）继续采用砂雨法分层填筑试验土样至试验设计高度；（5）模拟盾构下穿施工，并通过薄膜压力传感器及拉线式位移传感器分别监测既有隧道土压力及位移变化，通过数码相机记录试验土样位移场，从而得到盾构下穿施工过程中土体破坏模式；（6）更换土样，改变填土高度及既有隧道高度，重复步骤(2)至(6)，探究不同工况下盾构下穿施工对既有隧道的影响。
[0015]所述模拟盾构下穿施工，通过减速电机控制活动挡板匀速下落，模拟盾构隧道的开挖；当活动挡板位移达到预设位移时，关闭减速电机。
[0016]本专利技术的有益效果是，本专利技术首次通过活动挡板下落的方法，模拟盾构隧道下穿施工对既有隧道的影响，考虑了盾构隧道管片安装后残余轴力的影响，丰富了盾构隧道掘进对既有隧道影响方面的研究，补充了盾构隧道掘进过程中土与结构相互作用相关方面理论。
附图说明
[0017]图1为模拟盾构掘进引起隧道局部地基沉陷影响的试验装置结构示意图；图2为模型箱体侧视图；
图3为模型箱体俯视图；图4为活动挡板结构示意图；图5为模型隧道示意图；图6为模拟盾构掘进引起既有隧道局部地基沉陷影响的试验方法流程图；图中，1为填土箱，2为钢支架，3为开挖模块，4为观测面板，5为模型隧道，6为薄膜压力传感器，7为减速电机，8为螺杆，9为齿轮组，10为拉线式位移传感器，11为弹簧，12为圆板，13为正圆柱，14为数码相机，15为横梁。
具体实施方式
[0018]如图1所示，本实施例一种模拟盾构掘进引起既有隧道局部地基沉陷影响的装置，包括模型箱体、升降装置、模型隧道5及轴力施加装置。所述模型箱体与所述升降装置相连接，通过所述升降装置控制活动挡板的移动模拟盾构隧道开挖；所述轴力施加装置分别与模型隧道两端及模型箱侧壁相连接，模拟盾构隧道管片安装后残余的轴力。
[0019]如图1、图2和图3所示，模型箱体包括填土箱1，钢支架2和开挖模块3。填土箱1为立方体，架设在钢支架2上，其两个面积最大的侧面为由钢化玻璃制成的观测面板4，观测面板通过热熔胶与两侧箱体固定。填土箱1底面由两侧固定底板及中部的开挖模块3构成。开挖模块的宽度为B。模型箱体侧壁及底板均为厚度不小于10mm不锈钢板，观测面板为厚度不小于10mm钢化玻璃板。模型箱体顶面开口，并设置一根截面尺寸为50mm
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50mm横梁15。
[0020]开挖模块3由活动挡板31和固定套管32构成。所述活动挡板31为一圆弧形不锈钢板；所述固定套筒32为一不锈钢制立方体形套筒，其壁厚不小于10mm，内尺寸与活动挡板外轮廓尺寸相同，外边缘与所述填土箱底板本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟盾构掘进引起既有隧道局部地基沉陷影响的装置，其特征在于，所述装置包括模型箱体、升降装置、模型隧道和轴力施加装置；所述模型箱体由填土箱、钢支架、开挖模块组成；填土箱安装在钢支架上方，开挖模块置于钢支架和填土箱的中部位置；所述填土箱与所述开挖装置相焊接，通过开挖装置控制活动挡板的移动模拟盾构隧道下穿既有地铁隧道施工，所述轴力施加装置模拟盾构隧道管片安装后残余的轴力；所述升降装置包括减速电机、螺杆、齿轮组；所述减速电机固定在钢支架上，所述螺杆包括两根，一根竖直放置，与活动挡板相连，另一根水平放置，与减速电机相连，两根螺杆之间通过齿轮组进行传动；所述模型隧道为一空心圆柱体，设置在填土箱两侧之间的空间，模型隧道的中轴线垂直于填土箱两侧的侧壁；模型隧道的两端与填土箱侧壁之间分别安装有由弹簧、圆板和正圆柱组成的轴力施加装置；套在正圆柱外的弹簧和正圆柱的两端通过热熔胶分别固定在两个圆板的中心，连接弹簧的圆板的另一面通过热熔胶和模型隧道一端连接，连接正圆柱的圆板的另一面通过热熔胶分别与模型箱一端的侧壁相连接；弹簧卡扣到正圆柱上通过弹簧弹力来模拟盾构隧道管片安装后残余的轴力。2.根据权利要求1所述的模拟盾构掘进引起既有隧道局部地基沉陷影响的装置，其特征在于，所述填土箱为立方体，其两个面积最大的侧面为观测面板，其底面由位于两侧的固定底板及中部的开挖模块组成；所述模型箱体侧壁及底板均为厚度不小于10mm不锈钢板，观测面板为厚度不小于10mm透明钢化玻璃板；所述模型箱顶面开口，并设有一根横梁。3.根据权利要求1所述的模拟盾构掘进引起既有隧道局部地基沉陷影响的装置，其特征在于，所述空心圆柱体为直径200mm的聚乙烯管；所述圆板为直径200mm的聚乙烯圆板；所述正圆柱为直径150mm，长150mm的聚乙烯圆柱；所述弹簧为轻质弹簧。4.根据权利要求1所述的模拟盾构掘进引起既有隧道局部地基沉陷影响的装置，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟庆华，陈明，王兴陈，钟旭，杨敏龙，李强，徐长节，
申请(专利权)人：浙江大学华东交通大学，
类型：发明
国别省市：
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