一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及模型试验技术领域，尤其是一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置及方法，包括模型架，其由多个单元框架上下组装而成，各单元框架具有设定的尺寸规格，所述单元框架内填充试验土层材料，其中一所述单元框架侧面设有隧道开挖预留口，所述模型架顶部设有基坑开挖预留口；本发明专利技术可通过隧道开挖预留口进行区间隧道的开挖模拟，通过基坑开挖预留口进行基坑开挖模拟，同时可模拟多种支护工艺，如微型钢管柱注浆、高压旋喷桩、地下连续墙等并监测工艺关键参数。等并监测工艺关键参数。等并监测工艺关键参数。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及模型试验
，尤其是一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置及方法。

技术介绍

[0002]地铁建设过程中经常遭遇不良地质，需对地层进行加固、止水处理后方可进行后续开挖。此外，地铁车站和区间隧道开挖过程中对地表建筑物、地下管线的影响较大。因此，地铁建设过程中支护与开挖的安全评价极为重要，鉴于地下工程的复杂性和隐蔽性，模型试验可较为真实的模拟地铁建设过程，而模型试验中模型架的设计与制作是整个试验的核心。
[0003]申请号为2020213692745的专利公开了用于模拟隧道开挖的模型箱及隧道开挖模拟系统，包括顶部开口底部封闭的箱体，箱体的两对侧壁均为双层框架结构，且双层框架结构的夹层中适于容纳透明板材；其中一对相对设置的侧壁上均设有横向插销道；另一对相对设置的侧壁上均设有纵向插销道；且透明板材与夹层配合以及插销与各插销道配合后，能够使得侧壁形成整体密闭的结构。
[0004]申请号为2021202843290专利公开了一种新型复合式室内隧道开挖模拟装置，能够适用于模拟盾构隧道开挖及矿山法隧道开挖；通过在模型箱中间将分隔板插入卡槽中起到将模型箱一分为二的作用，从而防止在开挖圆形断面隧道和马蹄形断面隧道时互不影响，可以做不同断面的开挖实验；通过埋入土层中的土压力盒，可测量不同埋深各开挖进尺下的土层应力。
[0005]虽然上述现有技术解决一些技术问题，但也存在不足：
[0006]第一，模型箱尺寸固定，且只能针对一种工况条件进行模拟，造成了模型箱浪费；第二，侧重于隧道开挖过程中的数据监测，比如位移监测、压力监测。较少涉及地铁工程的抗渗性和整体稳定性评价。第三，仅能实现区间隧道开挖，且开挖断面也较为固定，较少模拟车站基坑开挖，不能很好的反映工程实际问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置及方法，以解决现有技术中存在的不足。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现。
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置，包括模型架，其由多个单元框架上下组装而成，各单元框架具有设定的尺寸规格，所述单元框架内填充试验土层材料，其中一所述单元框架侧面设有隧道开挖预留口，所述模型架顶部设有基坑开挖预留口。
[0009]作为进一步的实现方式，各所述单元框架边缘设有突出的连接翼板并通过螺栓连接上下相邻的所述单元框架。
[0010]作为进一步的实现方式，所述模型架顶部设有承载板，所述承载板的外荷载可通
过堆载或液压施加不同应力。
[0011]作为进一步的实现方式，所述隧道开挖预留口在开挖前通过钢板密封。
[0012]作为进一步的实现方式，所述模型架底部设有承压水供给层，所述承压水供给层内部填充鹅卵石。
[0013]作为进一步的实现方式，所述承压水供给层配置有承压水压力调节器。
[0014]作为进一步的实现方式，所述承压水供给层与最底层的所述单元框架间设有多孔板和透水石。
[0015]作为进一步的实现方式，所述承压水供给层和最底层的所述单元框架间放置密封胶条，在所述密封胶条处涂胶。
[0016]作为进一步的实现方式，最底层的所述单元框架侧壁设有土压力传感器。
[0017]第二方面，本专利技术提供了根据适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置的试验方法，包括以下步骤：
[0018]按照工程现场水文地质条件和模型试验相似比尺，调节承压水供给层内承压水压力；组装各单元框架形成模型架，并向模型架内填充现场原土或配制的相似材料；模型架顶部放置承载板，根据工程现场实际地层应力施加外荷载；撤去承载板，在模型架内模拟支护工艺；模拟结束后，通过隧道开挖预留口进行区间隧道的开挖模拟，通过基坑开挖预留口进行基坑开挖模拟。
[0019]上述本专利技术的有益效果如下：
[0020]1.本专利技术模型架由多个单元框架组装而成，各单元框架通过连接翼板和螺栓上下连接,单元框架的长、宽、高均可按设计要求调节，可填充不同土层或相似材料，装置组装拆卸简单；并可通过隧道开挖预留口进行区间隧道的开挖模拟，通过基坑开挖预留口进行基坑开挖模拟。
[0021]2.本专利技术装置底部可提供不同压力的承压水、顶部施加不同应力的外荷载，可模拟多种支护工艺，例如模拟微型钢管+注浆工艺、地下连续墙工艺、高压旋喷桩等工艺，并可监测各工艺过程中的土压力、渗流压力等关键参数。
[0022]3.本专利技术采用模型装置试验结束后，可进行原位压水试验、微型钢管桩抗拔试验、地下连续墙强度测试等，评价车站基坑或区间隧道的抗渗性、整体稳定性。
[0023]4.本专利技术解决了模型箱尺寸固定、模拟工况受限、功能侧重于隧道开挖过程中数据监测、无法兼顾工程支护与开挖、较少涉及地铁工程抗渗性和整体稳定性评价等问题。
附图说明
[0024]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0025]图1是本专利技术实施例中模型试验装置的侧视图。
[0026]图2是本专利技术实施例中模型试验装置的俯视图。
[0027]图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
[0028]其中：1、堆载；2、承载板；3、模型架；3
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1、第一单元框架；3
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2、第二单元框架；3
‑
3、第三单元框架；4、高强连接螺栓；5、土压力传感器；6、连接翼板；7、微型钢管桩；8、压水孔；9、高强密封螺栓；10、隧道开挖预留口；11、透水石；12、多孔板；13、承压水供给层；14、阀门；
15、鹅卵石；16、高压管路；17、承压水压力调节器；18、基坑开挖预留口。
具体实施方式
[0029]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]实施例一
[0031]本专利技术的一种典型的实施方式中，参考图1、图2所示，一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置，包括堆载1、承载板2、模型架3、高强连接螺栓4、土压力传感器5、连接翼板6、微型钢管桩7、压水孔8、高强密封螺栓9、隧道开挖预留口10、透水石11、多孔板12、承压水供给层13、阀门14、鹅卵石15、高压管路16、承压水压力调节器17、基坑开挖预留口18。
[0032]本实施例中模型架3由三个正方形单元框架组成(水平方向剖切后呈正方形)，具体的分别由第一单元框架3
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1、第二单元框架3
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2、第三单元框架3
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3上下连接组成。由于单元框架为正方形，进而模型架3为正方形(水平方向剖切后呈正方形)，单元框本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置，其特征在于，包括模型架，其由多个单元框架上下组装而成，各单元框架具有设定的尺寸规格，所述单元框架内填充试验土层材料，其中一所述单元框架侧面设有隧道开挖预留口，所述模型架顶部设有基坑开挖预留口。2.根据权利要求1所述的一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置，其特征在于，各所述单元框架边缘设有突出的连接翼板并通过螺栓连接上下相邻的所述单元框架。3.根据权利要求1所述的一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置，其特征在于，所述模型架顶部设有承载板，所述承载板的外荷载可通过堆载或液压施加不同应力。4.根据权利要求1所述的一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置，其特征在于，所述隧道开挖预留口在开挖前通过钢板密封。5.根据权利要求1所述的一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置，其特征在于，所述模型架底部设有承压水供给层，所述承压水供给层内部填充鹅卵石。6.根据权利要求5所述的一种适用于地铁工程支护与开挖的模型试验装置，其特征在于，所述承压水供给层配置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯啸，董继国，杨梅，周超，韩理想，张庆松，崔灿，徐博，齐大洪，马恒，李良浩，陶振宇，王洪涛，
申请(专利权)人：徐州地铁集团有限公司徐州地铁基础设施工程有限公司山东大学上海市隧道工程轨道交通设计研究院济南城建集团有限公司，
类型：发明
国别省市：