[发明专利]土工离心机模型试验中实现地下连续墙沟槽开挖测量系统及施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在土工离心机模型试验中实现地下连续墙沟槽开挖测量系统及施工方法。 

背景技术

随着国民经济的快速增长，城市基础建设进入了空前的迅速发展阶段，尤其是在地下空间开发方面。由于地下工程的复杂性，很多工程需要进行土工离心机试验来模拟实际情况。在地铁车站建设上，国内外一直不遗余力考虑对施工工法进行研究和改进，以求解决在工程中所遇到的各种问题。对于软土基坑施工多采用围护结构＋支撑的施工方法。以上海地区最常用的基坑施工方式为例，多采用地下连续墙＋钢支撑或地下连续墙＋现浇钢筋混凝土支撑作为基坑开挖的支护体系。对于地下连续墙施工，需要研究泥浆槽壁稳定性受到沟槽宽度、厚度、深度、土层状况、降水条件等因素的影响，因此迫切需要一种可以在土工离心机试验机中应用的研究泥浆沟槽施工和监测装置，能够适应不同的沟槽要求，提高模拟精度。 

发明内容

本发明的目的是提供一种在土工离心机模型试验中实现地下连续墙沟槽开挖测量系统及施工方法。该系统可以实现在离心机模型箱中研究泥浆沟槽开挖过程，通过数据采集系统进行实时测量。 

为了实现上述目的，本发明提供一种土工离心机模型试验中实现地下连续墙沟槽开挖测量系统，所述系统位于离心机试验模型箱内，模型箱为立方体结构，模型箱内设有钢隔板1、水平防水传感器2、钢隔板套筒4、泥浆储备室6和沟槽钢板8，钢隔板1水平放置，将模型箱内分为上部模型箱工作区域7和下部泥浆储备室6，钢隔板1面向模型箱工作区域7一侧为半凹槽型，泥浆储备室6通过连通孔连接模型箱工作区域7，泥浆储备室6纵向设有若干个隔板，将泥浆储备室6分成若干个储备间，相邻的储备间之间通过连通孔连接，每个储备间内设有水平防水传感器2，水平防水传感器2通过固定螺母固定在钢隔板套筒4内，水平防水传感器2上的顶针伸出于模型箱工作区域7，钢隔板套筒4固定于钢隔板1下方，所述沟槽钢板8位于钢隔板1半凹槽部位内；水平防水传感器2连接离心机数据采集系统。 

本发明提出的土工离心机模型试验中实现地下连续墙沟槽开挖施工方法，具体步骤如下： 

（1）将水平防水传感器固定于钢隔板套筒内，并调整好水平防水传感器顶针的位置，将钢隔板安装入离心机试验模型箱内，钢隔板两侧与离心机试验模型箱接触部分进行密封加固；将水平防水传感器与离心机数据采集系统连接；

（2）待整个离心机模型试验箱准备就绪后，运行离心机进行土体固结；即将沟槽钢板装入钢隔板上，沟槽钢板需要挤压水平防水传感器顶针钢隔板，然后填装需要固结的分层土体，土体填装压实后在离心机上固结，当一层土体达到固结要求后再填装一层土体；

（3）固结完成后进行开挖施工，在泥浆储备室中灌满所需泥浆，同时水平防水传感器就位开始监测；离心机重新加载试验并采集数据。试验完成后，拆卸传感器及固定装置以备下一次试验使用。

本发明的工作原理是：通过一个钢隔板装置，充分利用模型箱空间，把模型箱分隔成土体工作区域和泥浆储备区域；泥浆储备室用于储备泥浆，在开挖阶段泥浆随着开挖通过钢隔板连通孔进入沟槽，泥浆在离心机工作阶段会渗入土体形成泥膜，储备室可用来补充沟槽泥浆，同时提供传感器套筒的工作空间；钢隔板提供沟槽空间和测量泥浆槽壁变形传感器套筒；工作区域为土体模型区域，沟槽开挖采用开挖钢板模拟，在开挖的同时，泥浆随着钢隔板的连通孔灌入沟槽中，同时传感器顶针自动顶入预定土体槽壁就位。 

根据上述技术方案，本发明具有以下优点： 

(1) 对离心机模型箱进行重新划分格局，改变了传统的离心机模型箱全部用于模型工作区域的布局方式，充分利用了模型箱尺寸空间；

(2) 采用泥浆存储室隔间可以对泥浆槽及时补充泥浆，维持泥浆液面稳定，有效模拟泥浆与土体的相互作用；

(3) 钢隔板有诸多功能，用于隔离出模型箱工作区域的同时，作为槽壁水平防水传感器套管的支架，准确定位传感器于槽壁待测点上，钢隔板的连通孔可以连通泥浆存储室和土体沟槽。

(4) 沟槽开挖采用钢板模拟可以排除传统开挖中模型施工对土体扰动影响，钢板与土体接触面抛光处理，减少拔板施工对土体摩擦，拔板后槽壁可以保持竖直。 

附图说明

图1为本离心机模型装置的使用流程图。 

图2(a)为本装置所依附的离心机试验模型箱平面图。 

图2(b)为本装置所依附的离心机试验模型箱剖面图。 

图3(a)为本试验装置说明详图。 

图3(b)为图3(a)的1-1剖面图。