【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道工程施工，具体涉及一种地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置及模拟方法。
技术介绍
1、地铁的广泛建设是我国社会进步发展的必要产物之一，但是地铁隧道有时需要穿越复杂的富含水的地质环境。人工冻结技术因施工灵活，能适应复杂的地质环境，将天然岩土变为冻土，形成满足工程要求的冻结壁，冻结壁具有良好的止水效果和起到临时支护的作用，故人工冻结技术在地铁隧道的建设过程中被广泛使用。
2、多圈水平冻结法作为地铁隧道冻结工程常使用的冻结施工方法之一，目前缺少模拟装置对该施工方法进行全面系统的研究，在具体工程中难以准确控制冻结壁厚度，减少冻结壁形成时间，降低工程投资，阻碍了该方法在地铁隧道工程中的有效推广。因此，有必要提供一种地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置及模拟方法，通过模拟装置研究双圈水平冻结冻土帷幕的温度场、应力场、位移场变化规律。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供了一种地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置及模拟方法。
2、本专利技术的一种地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置的技术方案是：
3、地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，包括基座、箱体、土体、冻结系统以及数据采集分析系统；
4、所述箱体设置在所述基座上，所述箱体包括箱体本体，所述箱体本体内部用于填充土体，所述箱体本体上贯穿开设有两圈与冻结管和限位管外径相匹配的冻结管预留管孔和限位管预留管孔，所述冻结系统包括冻结管、限位管、拉拔器、分流器、冻结机组、限位机组、拉
5、进一步的，所述基座包括支撑板、固定座以及万向轮，所述固定座以及万向轮设置在所述支撑板下侧面，所述固定座的下侧面设有两个橡胶垫孔洞，上侧面设有两个升降调节螺杆，所述固定座的内部两侧壁上设有导轨，所述导轨之间有滑动板，所述调节螺杆下表面与滑动板上表面相接触，所述滑动块的下表面与橡胶垫固定连接。
6、进一步的，所述箱体本体的外壁设有防腐层，内腔设有防渗层和保温层，所述箱体本体上设有与冻结管和限位管外径相匹配的冻结管预留管孔和限位管预留管孔。
7、进一步的，所述前端冻结管管套的头部为冻结管进出液转头，呈圆锥体状，圆锥体中有一个竖直方向的预留孔，用于冻结软管通过；所述前端冻结管管套的中间部分为管囊导线管，呈空心圆柱体，空心圆柱体的外壁上有旋转的三角隔板，冻结进液软管和冻结出液软管均为蛇形，所述三角隔板的底角位置处留有测温监测点，测温度导线通过管囊导线管与温度采集系统连接；所述前端冻结管管套的尾部为圆盘状，圆盘状尾部的上有3个贯穿的预留孔，中间为测温度导线预留孔，用于测温度导线通过；其余预留孔为冻结进液软管预留孔和冻结出液软管预留孔，分别用于冻结进液软管和冻结出液软管通过；圆盘状尾部的外壁上有于管套连接器右旋内螺纹相匹配的右旋外螺纹，用与连接前端冻结管管套和后端冻结管管套，或与管套拉拔器连接，用于拆卸冻结管。
8、进一步的，所述后端冻结管管套的头部和尾部的结构特点与前端冻结管管套尾部的结构相同；后端冻结管管套头部的外壁上有与管套连接器右旋内螺纹相匹配的右旋外螺纹，用于连接前端冻结管管套和后端冻结管管套；后端冻结管管套尾部的外壁上有于管套拉拔器右旋内螺纹相匹配的右旋外螺纹，用于拆卸冻结管；所述后端冻结管管套中部的结构特点与前端冻结管管套中部的结构特点相同。
9、进一步的，所述管壳包括前端管壳和后端管壳、防腐层、防渗层、管壳连接器以及管壳盖；所述前端管壳的头部呈半球状，所述前端管壳的中部呈空心圆柱状，所述前端管壳的尾部的外壁上有与管壳连接器右旋内螺纹相匹配的右旋外螺纹，用与连接前端冻结管管壳和后端冻结管管壳；所述后端管壳整体呈空心圆柱状，所述后端管壳的头部外壁上有与管壳连接器右旋内螺纹相匹配的右旋外螺纹，用与连接前端冻结管管壳和后端冻结管管壳；所述后端管壳的尾部外壁上有与管壳盖右旋内螺纹相匹配的右旋外螺纹，用与连接后端冻结管管壳和管壳盖；所述前端管壳和后端管壳的外壁上均有防腐层，内壁上均有防渗层；所述管壳盖内壁上有与后端管壳尾部外壁上的右旋外螺纹相匹配的右旋内螺纹，用于连接管壳盖和后端冻结管管壳；所述管壳盖尾部有管壳盖预留孔，用于冻结管软管通过。
10、进一步的，所述前端限位管管套的头部为限位管进出液转头，呈圆锥体状，圆锥体中有两个竖直方向的预留孔，用于冻结软管和限位软管通过；所述前端限位管管套的中间部分为空心圆柱体，圆柱体用一个s型隔板分为两个通道，用于冻结出液软管和限位出液软管通过；圆柱体的外壁上有旋转的三角隔板，冻结进液软管和限位进液软管均为蛇形，螺旋缠绕于三角隔板两边；所述前端限位管管套的尾部为圆盘状，圆盘状尾部的上有4个贯穿的预留孔，从上到下依次为冻结进液软管预留孔、冻结出液软管预留孔、限位出液软管预留孔、限位进液软管预留孔，分别用于冻结进液软管、冻结出液软管、限位出液软管、限位进液软管通过；所述圆盘状尾部的外壁上有于管套连接器右旋内螺纹相匹配的右旋外螺纹，用与连接前端冻结管管套和后端冻结管管套，或与管套拉拔器连接；所述后端限位管管套头部的外壁上有与管套连接器右旋内螺纹相匹配的右旋外螺纹，用于连接前端限位管管套和后端限位管管套；所述后端限位管管套尾部的外壁上有于管套拉拔器右旋内螺纹相匹配的右旋外螺纹，用于拆卸限位管。
11、进一步的，所述工作部的内腔有与限位管尾部外壁上的管囊右旋外螺纹相匹配的右旋内螺纹，所述拉拔器右旋内螺纹的后面的侧壁上有软管预留孔，用于冻结管软管和限位管软管通过；所述杆件部由若干杆件构成，用于连接工作部和手持部；所述手持部为圆盘状，手持部圆盘中间有软管预留孔，用于冻结管软管和限位管软管通过；所述手持部圆盘上有两个预留的手持孔，方便手握住拉拔器，方便冻结管和限位管的安装和拆卸。
12、进一步的，所述冻结进液分流器包括冻结盐水分管接头、冻结盐水总管接头、阀门、温度计、流量计及滑动卡扣，所述冻结进液分流器用于将制冷设备的冻结盐水分流后流向冻结管和限位管；所述冻结出液分流器包括冻结盐水分管接头、冻结盐水总管接头、阀门、温度计、流量计及滑动卡扣；所述冻结出液分流器用于将冻结管和限位管的冻结盐水汇总后流回制冷设备；所述限位进液分流器包括限位盐水分管接头、限位盐水总管接头、阀门、温度计、流量计及滑动卡扣，所述限位进液分流器用于将恒温加热设备的限位盐水分流后流向限位管；所述限位出液分流器包括限位盐水分管接头、限位盐水总管接头、阀门、温度计、流量计及滑动卡扣，所述限位出液分流器用于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，包括基座、箱体、土体、冻结系统以及数据采集分析系统；
2.根据权利要求1所述的地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，所述基座包括支撑板(1)、固定座(2)以及万向轮(3)，所述固定座(2)以及万向轮(3)设置在所述支撑板下侧面，所述固定座(2)的下侧面设有两个橡胶垫孔洞(21)，上侧面设有两个升降调节螺杆(22)，所述固定座(2)的内部两侧壁上设有导轨(23)，所述导轨之间有滑动板(24)，所述调节螺杆(22)下表面与滑动板(24)上表面相接触，所述滑动块(24)的下表面与橡胶垫(25)固定连接。
3.根据权利要求2所述的地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，所述箱体本体(4)的外壁设有防腐层(41)，内腔设有防渗层(42)和保温层(43)，所述箱体本体(4)上设有与冻结管和限位管外径相匹配的冻结管预留管孔(51)和限位管预留管孔(61)。
4.根据权利要求2所述的地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，所述前端冻结管管套(12)的头部为冻结管进出液转头(121)，
5.根据权利要求4所述的地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，所述后端冻结管管套(13)的头部和尾部的结构特点与前端冻结管管套(12)尾部的结构相同；后端冻结管管套(13)头部的外壁上有与管套连接器右旋内螺纹(142)相匹配的右旋外螺纹(129)，用于连接前端冻结管管套(12)和后端冻结管管套(13)；后端冻结管管套(13)尾部的外壁上有于管套拉拔器右旋内螺纹(204)相匹配的右旋外螺纹(129)，用于拆卸冻结管；所述后端冻结管管套(13)中部的结构特点与前端冻结管管套(12)中部的结构特点相同。
6.根据权利要求2所述的地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，所述管壳(53)包括前端管壳(15)和后端管壳(16)、防腐层(41)、防渗层(42)、管壳连接器(14)以及管壳盖(17)；所述前端管壳(15)的头部呈半球状，所述前端管壳(15)的中部呈空心圆柱状，所述前端管壳(15)的尾部的外壁上有与管壳连接器(14)右旋内螺纹(142)相匹配的右旋外螺纹(151)，用与连接前端冻结管管壳(15)和后端冻结管管壳(16)；所述后端管壳(16)整体呈空心圆柱状，所述后端管壳(16)的头部外壁上有与管壳连接器(14)右旋内螺纹(142)相匹配的右旋外螺纹(151)，用与连接前端冻结管管壳(15)和后端冻结管管壳(16)；所述后端管壳(16)的尾部外壁上有与管壳盖(17)右旋内螺纹(171)相匹配的右旋外螺纹(151)，用与连接后端冻结管管壳(16)和管壳盖(17)；所述前端管壳(15)和后端管壳(16)的外壁上均有防腐层(41)，内壁上均有防渗层(42)；所述管壳盖(17)内壁上有与后端管壳尾部外壁上的右旋外螺纹(161)相匹配的右旋内螺纹(171)，用于连接管壳盖(17)和后端冻结管管壳(16)；所述管壳盖(17)尾部有管壳盖预留孔(172)，用于冻结管软管(124、125)通过。
7.根据权利要求1所述的地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，所述前端限位管管套(18)的头部为限位管进出液转头(181)，呈圆锥体状，圆锥体中有两个竖直方向的预留孔，用于冻结软管和限位软管通过；所述前端限位管管套(18)的中间部分为空心圆柱体，圆柱体用一个S型隔板分为两个通道，用于冻结出液软管(125)和限位出液软管(182)通过；圆柱体的外壁上有旋转的三角隔板(123)，冻结进液软管(124)和限位进液软管(183)均为蛇形，螺旋缠绕于三角隔板两边；所述前端限位管管套(18)的尾部为圆盘状，圆盘状尾部的上有4个贯穿的预留孔，从上...
【技术特征摘要】
1.地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，包括基座、箱体、土体、冻结系统以及数据采集分析系统；
2.根据权利要求1所述的地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，所述基座包括支撑板(1)、固定座(2)以及万向轮(3)，所述固定座(2)以及万向轮(3)设置在所述支撑板下侧面，所述固定座(2)的下侧面设有两个橡胶垫孔洞(21)，上侧面设有两个升降调节螺杆(22)，所述固定座(2)的内部两侧壁上设有导轨(23)，所述导轨之间有滑动板(24)，所述调节螺杆(22)下表面与滑动板(24)上表面相接触，所述滑动块(24)的下表面与橡胶垫(25)固定连接。
3.根据权利要求2所述的地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，所述箱体本体(4)的外壁设有防腐层(41)，内腔设有防渗层(42)和保温层(43)，所述箱体本体(4)上设有与冻结管和限位管外径相匹配的冻结管预留管孔(51)和限位管预留管孔(61)。
4.根据权利要求2所述的地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，所述前端冻结管管套(12)的头部为冻结管进出液转头(121)，呈圆锥体状，圆锥体中有一个竖直方向的预留孔，用于冻结软管通过；所述前端冻结管管套(12)的中间部分为管囊导线管(122)，呈空心圆柱体，空心圆柱体的外壁上有旋转的三角隔板(123)，冻结进液软管(124)和冻结出液软管(125)均为蛇形，所述三角隔板的底角位置处留有测温监测点(301)，测温度导线(302)通过管囊导线管(122)与温度采集系统(30)连接；所述前端冻结管管套(12)的尾部为圆盘状，圆盘状尾部的上有3个贯穿的预留孔，中间为测温度导线预留孔(126)，用于测温度导线通过；其余预留孔为冻结进液软管预留孔(127)和冻结出液软管预留孔(128)，分别用于冻结进液软管和冻结出液软管通过；圆盘状尾部的外壁上有于管套连接器(14)右旋内螺纹(142)相匹配的右旋外螺纹(129)，用与连接前端冻结管管套(12)和后端冻结管管套(13)，或与管套拉拔器(14)连接，用于拆卸冻结管。
5.根据权利要求4所述的地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，所述后端冻结管管套(13)的头部和尾部的结构特点与前端冻结管管套(12)尾部的结构相同；后端冻结管管套(13)头部的外壁上有与管套连接器右旋内螺纹(142)相匹配的右旋外螺纹(129)，用于连接前端冻结管管套(12)和后端冻结管管套(13)；后端冻结管管套(13)尾部的外壁上有于管套拉拔器右旋内螺纹(204)相匹配的右旋外螺纹(129)，用于拆卸冻结管；所述后端冻结管管套(13)中部的结构特点与前端冻结管管套(12)中部的结构特点相同。
6.根据权利要求2所述的地铁隧道双圈水平冻结法施工模拟装置，其特征在于，所述管壳(53)包括前端管壳(15)和后端管壳(16)、防腐层(41)、防渗层(42)、管壳连接器(14)以及管壳盖(17)；所述前端管壳(15)的头部呈半球状，所述前端管壳(15)的中部呈空心圆柱状，所述前端管壳(15)的尾部的外壁上有与管壳连接器(14)右旋内螺纹(142)相匹配的右旋外螺纹(151)，用与连接前端冻结管管壳(15)和后端冻结管管壳(16)；所述后端管壳(16)整体呈空心圆柱状，所述后端管壳(16)的头部外壁上有与管壳连接器(14)右旋内螺纹(142)相匹配的右旋外螺纹(151)，用与连接前端冻结管管壳(15)和后端冻结管管壳(16)；所述后端管壳(16)的尾部外壁上有与管壳盖(17)右旋内螺纹(171)相匹配的右旋外螺纹(151)，用与连接后端冻结管管壳(16)和管壳盖(17)；所述前端管壳(15)和后端管壳(16)的外壁上均有防腐层(41)，内壁上均有防渗层(42)；所述管壳盖(17)内壁上有与后端管壳尾部外壁上的右旋外螺纹(161)相匹配的右旋内螺纹(171)，用于连接管壳盖(17)和后端冻结管管壳(16)；所述管壳盖(17)尾部有管壳盖预留孔(172)，用于冻结管软管(124、125)通...
【专利技术属性】
技术研发人员：张超，刘泊渊，李雨桐，陈红衛，刘凯，李佳霖，王翠霞，邓楠，刘铨鸿，徐平，何伟，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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