[实用新型]盾构隧道动态掘进诱发地层损失及地表沉陷试验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于岩土及地下工程中的隧道工程领域，具体涉及一种可模拟城市盾构隧道动态掘进诱发地层损失及地表沉陷的室内模型试验装置。

背景技术

地铁隧道工程作为城市地下工程的一个重要分支，其对于解决城市交通拥堵、出行困难，实现可持续发展战略起着至关重要的作用。地铁隧道施工方法主要有：盾构暗挖法、矿山法、盖挖逆作法、明挖顺作法，而在城市地下空间开发中用得较多的是对周边环境影响较小的盾构暗挖法。但是，盾构机在开挖掘进过程中受到的各种阻力都将不可避免的对土体产生扰动，引起隧道周边土体应力释放及地层变形，特别是软土隧道中尤甚，极易带来一系列诸如道路路面塌陷、地下管线与既有地铁隧道等构筑物变形、开裂等环境问题。因此有必要针对盾构隧道开挖导致的地层变形与位移机理及其随盾构推进时的演变规律展开可靠研究，从而保证地铁隧道安全施工、运营及周边建筑物的正常使用。

目前关于地铁隧道开挖诱发地层变位的研究采用的方法主要有：经验公式法、数值计算法、现场实测法及室内物理模型试验法。其中，室内物理模型试验法因其可以人为地控制和改变试验条件，可进行重复地破坏性试验，效果直观清楚，周期短、见效快，且可对理论分析及数值计算结果进行补充、验证的优点而被研究人员广泛运用，尽管该试验方法很难达到与原型相同的应力条件，但若基于相似理论，保持模型与原型在几何、材料等方面相似，就能把模型试验结果应用于原型。目前针对隧道开挖引发的地层反应研究中，常用的室内物理模型试验方法有活板门（trap door）试验法、刚性管结合可移动开挖面试验法、压缩空气法、聚苯乙烯结合有机溶剂溶解法以及微型隧道掘进机技术，但是，上述试验仪器及方法都很难考虑隧道开挖深度、开挖直径等影响因素对地层变位的影响效应及影响规律，且往往只有一种模型边界尺寸，易受边界效应影响，使试验结果偏离实际。

发明内容

本实用新型提供一种盾构隧道动态掘进诱发地层损失及地表沉陷试验装置，其目的是要解决现有室内物理模型试验装置难以适应隧道开挖深度、开挖直径等影响因素变化的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种盾构隧道动态掘进诱发地层损失及地表沉陷试验装置，包括模型箱，其创新在于：所述模型箱上设有隧道模拟机构和升降调节机构；

所述模型箱为顶面敞口的长方形箱体，该长方形箱体由四块侧板和一块底板拼接构成，其中两块相对的侧板上对应开设有通槽，通槽的长度沿长方形箱体侧板的竖直方向布置；

所述隧道模拟机构具有模拟盾构的盾管和模拟隧道的隧管，盾管为中空管状体，隧管具有模拟隧道的外壁，盾管套装在隧管上，盾管与隧管之间沿管轴方向设有至少两组弹性支撑件，每组弹性支撑件由沿盾管内壁周向设置的至少三个弹性支撑脚构成，使隧管在盾管内悬空定位，盾管的内壁与隧管的外壁之间留有空隙；所述弹性支撑脚具有弹性臂或弹簧，弹性臂或弹簧的一端与盾管的内壁连接，另一端与隧管的外壁接触； 

所述升降调节机构对应每个通槽配备一套，每套升降调节机构包括一升降板，该升降板在所述通槽位置上与模型箱侧板紧贴，升降板两侧设有滑道，滑道相对模型箱固定，滑道沿模型箱的竖直方向设置，升降板的左右两侧位于滑道上，有一顶升机构或提升机构与升降板连接，并作用在竖直方向；所述升降板上对应盾管开设有通孔，在装配状态下，所述隧道模拟机构穿设于通孔和通槽中。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述弹性臂包括摆臂、滑轮以及弹性件，所述摆臂的一端与盾管连接，另一端与滑轮支承连接，所述滑轮抵在隧管外壁上，所述弹性件一端连接盾管，另一端连接摆臂，所述弹性件为拉簧或扭簧。

2、上述方案中，所述隧管内壁沿隧管的轴向上开设凹槽，所述滑轮位于凹槽内，相对凹槽滑动设置。

3、上述方案中，所述模型箱的四块侧板中，至少有一块侧板为有机玻璃板，模型箱的其余各面均采用钢板或/和有机玻璃板。

4、上述方案中，所述通槽为长方形，通槽设于其所在侧板的中间位置，所述通槽的几何中心与其所在侧板的几何中心在同一竖直线上。 

5、上述方案中，所述模型箱的四块侧板分别为前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，所述模型箱的底部沿左右方向设有两副滑轨，每副滑轨上均设有第一滑道，所述左侧板和右侧板对应第一滑道处开设第一凹槽，该第一凹槽与第一滑道滑动连接；所述左侧板与前侧板和后侧板之间通过螺钉固定连接，所述右侧板与前侧板和后侧板之间通过螺钉固定连接。

6、上述方案中，所述顶升机构为千斤顶。