【技术实现步骤摘要】
本申请总地涉及隧道工程领域，特别是涉及一种用于盾构隧道模型的试验装置和相应的试验方法。
技术介绍
1、近年来，随着城市规模不断扩大，地铁作为一种高运量、便捷型的交通方式得到空前的发展。地铁隧道施工受诸多因素影响，其衍生出了众多施工方法，盾构法就是其中之一。所谓“盾构法”是一种隧道施工方法，即，使用盾构机进行地层的开挖，隧道管片的拼装。
2、在施工与运营过程中，受到复杂地层条件及其他扰动因素容易的影响，隧道常产生不同程度的变形，例如收敛和纵向不均匀沉降现象，给隧道安全运营带来了威胁。因此，对隧道变形的影响因素与控制方法的研究十分重要。
3、隧道模型是对工程实际隧道按照一定比例缩小，在按比例缩小的模型上可方便地进行相应的试验，从而量测获得相关的参数，尤其是能够反映模型隧道横向收敛及纵向不均匀沉降的参数。具体地，上述参数包括但不限于：在隧道纵向的整体沉降曲线、不同环之间的错台与张开量、同一环内不同管片间的错台与张开量，等等。
4、然而，隧道模型较小的内径尺寸限制了在其内部的量测仪器的布置，给试验的设计带来了挑战。例如，在隧道半结构模型(根据结构几何和力学的对称性，取一半结构进行分析)试验中，由于隧道模型内径较小，给用于量测隧道收敛、管片间张开与错台量的例如传感器之类的量测装置的布置造成较大难度，进而影响试验方案的制定。另外，目前已有的量测装置不能动态地、精确地获取上述的隧道模型的各种关键参数。因此，需要一种特别设计的量测装置，以优化试验设计，提高数据获取的便捷性和准确性。
5、目前已有例
6、cn214893070u公开了一种隧道模型试验衬砌变形测试仪器，包括在进行试验时放置于地面或试验台的底座，在底座上设有两根向上的固定杆，在固定杆的上部悬挑设有两根滑杆，在两根滑杆上设有一个固定外环，在固定外环的螺孔一上固定安装有感应触头，感应触头通过数据线外接一个数据转换器，从而显示每个感应触头位置的量测值。然而，这种变形测试仪器并不能动态地、精确地获取各种变形参数，而且在结构上比较复杂，占用空间较大。
7、cn215524519u公开了一种平面对称深埋模型隧道的变形量测装置，属于土工模型检测
该变形量测装置包括底座，底座的一侧设置有长度小于底座的模型隧道本体，底座的一侧设置有传动机构。通过安装座、固定测量机构、转动测量机构、支撑架和角度刻度的配合设置，可以通过观察指针角度刻度来调整转动测量机构的旋转角度，进而能够通过所述的转动测量机构来测量模型隧道本体的内壁的变形量，从而使得该装置能够进行不同角度的测量工作，扩大了该装置的测量范围。就这种用于模型隧道的变形量测装置而言，虽然移动座可通过电机驱动而处于模型隧道中的不同位置，但该变形量测装置仍不能动态地、精确地获取各种变形参数。而且，由于变形量测装置需完全布置在半圆形模型隧道内，因而使得整个构造尺寸较大，不便于试验和观察。
技术实现思路
1、针对现有技术的上述问题，本专利技术的主要目的在于，提供一种能动态地、精确地获取隧道模型各种参数的盾构隧道模型试验装置。
2、本专利技术的另一个目的在于，提供一种能利用上述盾构隧道模型试验装置来动态地、精确地获取隧道模型各种参数的盾构隧道模型试验方法。
3、本专利技术的又一个目的在于，提供一种能适应小尺寸隧道模型量测的盾构隧道模型试验装置。
4、为实现上述目的，本专利技术提供了一种盾构隧道模型试验装置，用于和隧道模型相结合来测量盾构隧道的多种参数，该隧道模型包括模型箱，该模型箱的侧面设置有半结构的隧道，该盾构隧道模型试验装置包括：测量动力单元，包括用于环向运动的环向动力源和用于纵向运动的纵向动力源；测量传动单元，包括连接至环向动力源的环向传动件和连接至纵向动力源的纵向传动件，环向传动件和纵向传动件分别用于输出环向动力源和纵向动力源的动力；以及测量单元，包括设置于模型箱的侧面且位于隧道外侧的纵向导轨、在纵向导轨上滑动的纵向滑块、与纵向滑块相连的支架、设置在支架上的环向导轨、与环向传动件相联的径向传动杆、设置在径向传动杆的末端并且可在环向导轨中运动的位移传感器。
5、优选的是，环向导轨是与隧道大致同心的半圆形状。
6、优选的是，在纵向滑块上设置有径向滑槽，在支架上设置有径向滑块，通过径向滑块在径向滑槽中的滑动，能调节支架进而是位移传感器与隧道的距离，从而获得径向的测量自由度。
7、优选的是，还包括：分别与环向传动件和径向传动杆相连的环向传动轴。
8、优选的是，环向动力源和纵向动力源设置在隧道模型以外的位置上。
9、优选的是，环向传动件和纵向传动件部分地设置在隧道模型以外的位置上。
10、优选的是，半结构的隧道是大致半圆形的，隧道的直径是16cm或更小。
11、优选的是，位移传感器是激光位移传感器。
12、优选的是，多种参数包括：隧道模型不同位置的水平收敛和竖向变形曲线、隧道纵向沉降位移曲线、隧道环缝与纵缝的错台量和张开量。
13、本专利技术还提供了一种使用上述盾构隧道模型试验装置的试验方法，包括：环向测量步骤，在该步骤中通过环向动力源、环向传动件带动测量单元中的位移传感器沿环向导轨滑动，由此来测量隧道的环向收敛、隧道的同一环的相邻管片之间的错台量、或隧道的同一环的相邻管片之间的张开量；和/或纵向测量步骤，在该步骤中通过纵向动力源、纵向传动件带动该测量单元中的位移传感器沿纵向导轨滑动，由此来测量隧道的纵向整体变形曲线、隧道底部的沉降曲线、隧道的相邻环边界之间的错台量、或隧道的相邻环边界之间的张开量。
14、与现有的试验装置和方法相比，本专利技术的装置和方法在环向和纵向上均可以实现自动化参数化控制下的匀速低速转动。因此，除了能获取模型隧道表面特征之外，还可精细化地获取隧道纵缝的错台量和张开量以及隧道相邻环之间环缝的错台量和张开量。
15、另外，由于可将主要的驱动和传动部分置于隧道外部，能最大程度节省隧道内部空间，实现较小尺寸模型隧道的量测，适用性更加广阔，而且能显著减少其他物料的用量。
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1.一种盾构隧道模型试验装置，用于和隧道模型相结合来测量盾构隧道的多种参数，所述隧道模型包括模型箱，所述模型箱的侧面设置有半结构的隧道，所述盾构隧道模型试验装置包括：
2.如权利要求1所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，所述环向导轨是与所述隧道大致同心的半圆形状。
3.如权利要求1所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，在所述纵向滑块上设置有径向滑槽，在所述支架上设置有径向滑块，通过所述径向滑块在径向滑槽中的滑动，能调节所述支架进而是所述位移传感器与所述隧道的距离，从而获得径向的测量自由度。
4.如权利要求1所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，还包括：分别与所述环向传动件和所述径向传动杆相连的环向传动轴。
5.如权利要求1所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，所述环向动力源和所述纵向动力源设置在所述隧道模型以外的位置上。
6.如权利要求1所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，所述环向传动件和所述纵向传动件部分地设置在所述隧道模型以外的位置上。
7.如权利要求1所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于
8.如权利要求1所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，所述位移传感器是激光位移传感器。
9.如上述任一项权利要求所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，所述多种参数包括：隧道模型不同位置的水平收敛和竖向变形曲线、隧道纵向沉降位移曲线、隧道环缝与纵缝的错台量和张开量。
10.一种使用如权利要求1-9中任一项所述的盾构隧道模型试验装置的试验方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道模型试验装置，用于和隧道模型相结合来测量盾构隧道的多种参数，所述隧道模型包括模型箱，所述模型箱的侧面设置有半结构的隧道，所述盾构隧道模型试验装置包括：
2.如权利要求1所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，所述环向导轨是与所述隧道大致同心的半圆形状。
3.如权利要求1所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，在所述纵向滑块上设置有径向滑槽，在所述支架上设置有径向滑块，通过所述径向滑块在径向滑槽中的滑动，能调节所述支架进而是所述位移传感器与所述隧道的距离，从而获得径向的测量自由度。
4.如权利要求1所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，还包括：分别与所述环向传动件和所述径向传动杆相连的环向传动轴。
5.如权利要求1所述的盾构隧道模型试验装置，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李家平，初巍，黄宏伟，闫静雅，张东明，王如路，邵华，王鲁杰，张少夏，肖同刚，
申请(专利权)人：上海申通地铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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