本发明专利技术公开了一种模拟不同净距隧道施工的模型试验装置及试验方法，包括箱体，箱体上设置有第一隧道孔、第二隧道调节孔，每处第二隧道调节孔上设置有第二隧道平移块，两处第二隧道平移块上对应设置有第二隧道孔；第二隧道平移块底部设置有齿条部，齿条部下方设置有平移驱动机构，第二隧道调节孔的上下侧均设置有轴杆滑动槽，每处轴杆滑动槽内设置有两处滑动轴杆。本发明专利技术的试验装置和试验方法，可以通过试验模拟得到近接隧道最优净距，能够实现近接隧道施工期或运营期长期研究。本发明专利技术可以试验第一隧道、第二隧道施工相互影响规律，为小净距隧道设计施工提供依据。距隧道设计施工提供依据。距隧道设计施工提供依据。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟不同净距隧道施工的模型试验装置及试验方法
[0001]本专利技术涉及隧道工程
，具体涉及一种模拟不同净距隧道施工的模型试验装置及试验方法。
技术介绍
[0002]随着中国交通公路与铁路的快速发展，但由于线路条件的限制，隧道选线时常采用小净距隧道方案，有时也会遇到线路附近存在既有隧道的情况，因此不可避免地要修建小净距隧道。在隧道选线对于复杂围岩条件下的小净距隧道，由于围岩本身工程力学性质较差，而中夹岩墙在隧道施工过程中受到多次扰动，使得围岩及支护结构的力学行为变得更为复杂。因此对不同净距隧道施工进行相似模型试验，研究其适宜的施工方法、支护结构形式、合理净距为设计方案的选择提供试验基础。
[0003]以往研究小净距隧道的模型试验装置主要为单一净距下的隧道模型实验装置、亦或是考虑偏压问题的单隧道模型实验装置模拟小净距隧道施工。单一净距下的隧道模型试验装置，限制于某一固定净距，虽然能够模拟小净距隧道施工，但其模型箱利用率低，只对单一净距研究不能较好的指导设计，分析最合理净距。将小净距隧道问题等效于偏压问题的模型试验装置，虽能反映不同净距下的隧道施工所导致的力学行为变化，但其真实性不如单一净距下的模型试验装置，且不能够反映两个近接隧道间中夹岩墙的扰动规律，同样存在局限性。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的上述不足，为了真实地模拟近接隧道施工和运营的周边岩体及衬砌结构力学行为，以及模拟不同净距隧道施工期内各开挖工法及支护方式对隧道互扰影响，试验模拟得到近接隧道最优净距，本专利技术提供了一种模拟不同净距隧道施工的模型试验装置及试验方法。
[0005]为达到上述专利技术目的，本专利技术的模拟不同净距隧道施工的模型试验装置的技术方案为：包括箱体，箱体前后侧对应设置有第一隧道孔和第二隧道调节孔，每处第二隧道调节孔上设置有第二隧道平移块，两处第二隧道平移块上对应设置有第二隧道孔，第二隧道平移块滑动时完全遮挡第二隧道孔；第二隧道平移块底部设置有齿条部，齿条部下方设置有平移驱动机构，第二隧道调节孔的上下侧均设置有轴杆滑动槽，每处轴杆滑动槽内设置有两处滑动轴杆，每处滑动轴杆两端分别与两处第二隧道平移块连接。
[0006]进一步地，平移驱动机构包括与齿条部啮合的传动齿轮和与传动齿轮啮合的手摇齿轮，两处传动齿轮通过传动轴杆贯穿固定在箱体上，手摇齿轮通过转轴固定在箱体上，手摇齿轮上还固定连接有摇杆。
[0007]进一步地，还包括第一隧道安装板，第一隧道孔设置在第一隧道安装板上，箱体上设置有安装第一隧道安装板的第一隧道安装孔，第一隧道安装孔为矩形孔；第一隧道安装板包括与第一隧道安装孔配合的限位板和固定板，限位板安装在第一隧道安装孔内，固定
板的四角处还设置有螺栓孔，螺栓孔内设置有安装板螺栓，箱体上设置有与安装板螺栓的固定螺纹孔，固定板通过安装板螺栓固定在箱体上。
[0008]进一步地，滑动轴杆的两端均设置有螺纹部，螺纹部上设置有轴杆螺栓，第二隧道平移块上设置有与滑动轴杆配合的轴杆通孔，两处第二隧道平移块通过滑动轴杆和轴杆螺栓固定在第二隧道调节孔外部。
[0009]进一步地，滑动轴杆与轴杆滑动槽之间设置有滑动轴承，轴杆滑动槽的外部设置有与滑动轴承配合的轴承滚动槽。
[0010]进一步地，箱体的四周设置有外部加强格板，箱体的底部设置有底部支撑隔板，外部加强格板和底部支撑隔板均为格栅板；底部支撑隔板上设置有若干起吊孔，起吊孔为条形孔；两处第二隧道平移块的内侧均设置有限位块，限位块长条状。
[0011]模拟不同净距隧道施工的模型试验装置的试验方法，包括如下步骤：
[0012]S1：根据实际施工隧道长度、箱体的宽度确定几何相似比l，设定若干组第一隧道与第二隧道的模拟净距值L1、L2、
…
L
n
，n为模拟净距值的组数；根据原岩室内三轴试验测量实际施工隧道的围岩岩石物理力学参数得到施工隧道模拟土的容重相似比K；
[0013]S2：选取一组模拟净距值进行隧道施工模拟试验，实验前根据选取的模拟净距值L将第二隧道平移块调整至模拟位置，并用挡板在外侧封堵第一隧道孔和第二隧道孔；
[0014]S3：根据容重比K，选取施工隧道模拟土，进行箱体内施工隧道模拟土的填土，施工隧道模拟土进行逐层添加并夯实；进行施工隧道模拟土的填土过程中，并在第一隧道和第二隧道的拱顶、中夹岩墙位置埋设若干微型土压力盒与若干位移传感器；
[0015]S4：撤除第二隧道孔上的挡板，对第二隧道进行开挖，开挖过程中对第二隧道进行初期支护，并在初期支护与土体接触位置埋设土压力盒传感器，并在监测断面上安装应变片；
[0016]S5：第二隧道开挖结束后撤除第一隧道孔的外部挡板，利用步骤S4的方法进行第一隧道的开挖与检测设备的安装；并进行一组模拟净距值的隧道施工模拟试验；
[0017]S6：结束一组模拟净距值进行隧道施工模拟试验后，挖出箱体中的施工隧道模拟土；选取一组余下的模拟净距值，并调整第二隧道平移块的位置，返回步骤S2，进行下一组模拟净距值的隧道施工模拟试验；
[0018]S7：重复步骤S2
‑
S6继续试验，直到完成所有组隧道净距值的隧道施工模拟试验；
[0019]S8：模拟试验完所有组的隧道净距值后，得到不同模拟净距组下的监测数据，完成整个不同净距隧道施工的模拟试。
[0020]进一步地，施工隧道模拟土为铁矿粉、重晶石粉和石英砂的混合物。
[0021]进一步地，施工隧道模拟土为铁矿粉、重晶石粉、石英砂、酒精松香溶液和液压油的混合物。
[0022]进一步地，模拟钢拱架采用铜带，喷射混凝土采用石膏与水的混合物，石膏与水的比例为1:1.06。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术模拟不同净距隧道施工过程，第二隧道块的可平移功能使得在同一个模型试验装置中能够完成不同净距隧道的施工模拟，实现对土体压力及位移监测，模拟不同开挖工法以及模拟不同支护方式，与现场设计方案相对应，验证设计方案的可行性。该装置减
小了以往通过不同模型箱研究不同净距隧道施工带来的误差，可用于室内研究小净距隧道力学研究。
[0025]本专利技术利用带第一隧道孔的箱体和带第二隧道孔的第二隧道平移块共同组成模拟不同净距的模型试验装置，装置内部放置施工隧道模拟土材料，第二隧道平移块负责封闭模型试验装置以及实现第二隧道的水平方向移动，目的在于模拟不同净距隧道施工期或运营期场景，在模型箱内部设置土压力盒、位移计、应变片，对第一、第二隧道的支护结构和周边土体压力进行监测，研究第一、第二隧道不同净距下的中夹岩墙受力特性。
[0026]本专利技术利用同一模型箱完成对不同净距隧道的模拟，解决了模型箱只能模拟单一净距的问题，提高了模型箱的使用效率、降低了试验成本并增加了研究中夹岩墙的可能性。
[0027]本专利技术利用手摇齿轮驱动第二隧道平移块水平移动，四根滑动轴杆及一根传动轴杆保证了模型试验箱的机械化，确保两块第二隧道本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟不同净距隧道施工的模型试验装置，其特征在于，包括箱体(1)，所述箱体(1)前后侧对应设置有第一隧道孔(3)和第二隧道调节孔(20)，每处所述第二隧道调节孔(20)上设置有第二隧道平移块(6)，两处所述第二隧道平移块(6)上对应设置有第二隧道孔(4)，所述第二隧道平移块(6)滑动时完全遮挡所述第二隧道孔(4)；所述第二隧道平移块(6)底部设置有齿条部(5)，齿条部(5)下方设置有平移驱动机构，所述第二隧道调节孔(20)的上下侧均设置有轴杆滑动槽(17)，每处所述轴杆滑动槽(17)内设置有两处滑动轴杆(11)，每处所述滑动轴杆(11)两端分别与两处所述第二隧道平移块(6)连接。2.根据权利要求1所述的模拟不同净距隧道施工的模型试验装置，其特征在于，所述平移驱动机构包括与齿条部(5)啮合的传动齿轮(8)和与传动齿轮(8)啮合的手摇齿轮(10)，两处所述传动齿轮(8)通过传动轴杆(7)贯穿固定在所述箱体(1)上，所述手摇齿轮(10)通过转轴固定在所述箱体(1)上，所述手摇齿轮(10)上还固定连接有摇杆(9)。3.根据权利要求1所述的模拟不同净距隧道施工的模型试验装置，其特征在于，还包括第一隧道安装板(19)，所述第一隧道孔(3)设置在所述第一隧道安装板(19)上，所述箱体(1)上设置有安装所述第一隧道安装板(19)的第一隧道安装孔，第一隧道安装孔为矩形孔；所述第一隧道安装板(19)包括与所述第一隧道安装孔(19)配合的限位板和固定板，所述限位板安装在所述第一隧道安装孔(19)内，所述固定板的四角处还设置有螺栓孔，所述螺栓孔内设置有安装板螺栓(23)，所述箱体(1)上设置有与所述安装板螺栓(23)的固定螺纹孔，所述固定板通过安装板螺栓(23)固定在所述箱体(1)上。4.根据权利要求1所述的模拟不同净距隧道施工的模型试验装置，其特征在于，所述滑动轴杆(11)的两端均设置有螺纹部(21)，所述螺纹部(21)上设置有轴杆螺栓(12)，所述第二隧道平移块(6)上设置有与所述滑动轴杆(11)配合的轴杆通孔，两处所述第二隧道平移块(6)通过滑动轴杆(11)和轴杆螺栓(12)固定在第二隧道调节孔(20)外部。5.根据权利要求1所述的模拟不同净距隧道施工的模型试验装置，其特征在于，所述滑动轴杆(11)与所述轴杆滑动槽之间设置有滑动轴承(16)，所述轴杆滑动槽的外部设置有与所述滑动轴承(16)配合的轴承滚动槽(18)。6.根据权利要求1所述的模拟不同净距隧道施工的模型试验装置，其特征在于，所述箱体(1)的四周设置有外部加强格板(2)，所述箱体(1)的底部设置有底部支撑隔板(13)，所述外部加强格板(2)和所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡辉，浣宇翔，杨文波，田浩晟，姚超凡，周扬，尤著刚，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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