[实用新型]浅埋暗挖隧道超前加固下的地层变形试验系统

说明书

技术领域

本实用新型是关于浅埋暗挖隧道地层变形试验系统领域，特别涉及浅埋暗挖隧道超前加固下的地层变形试验系统。

背景技术

浅埋暗挖法提出了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的18字方针，突出时空效应对防塌的重要作用，提出在软弱围岩必须快速施工的理念。其施工理念的目的是控制地表沉降和开挖面应力释放。而对于软岩和软土，明确超前加固与地层变形和开挖面应力释放规律的关系是保证施工安全性、经济性的关键。

实际的工程中，超前加固的形式包括管棚、注浆等，但是对不同超前加固形式下，开挖面应力释放机理和地层变形机理缺乏理论的指导，所以往往选取很高的安全系数，导致加固形式和使用量的浪费。因此有必要开展不同超前加固形式下浅埋暗挖隧道开挖面应力释放和地层变形响应机理的模型试验来优化加固参数。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供通过设置不同的超前加固形式，能模拟不同的卸载速度，监测地层变形和开挖面轴力的试验系统。为解决上述技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供浅埋暗挖隧道超前加固下的地层变形试验系统，能利用土样研究地层变形试验，所述地层变形试验系统包括模型槽内部系统、驱动系统、外部监测系统；

所述模型槽内部系统包括模型槽、隧道模型，隧道模型的主体用于布置在模型槽内，且模型槽内部的剩余空间用于分层填充土样；

所述模型槽为顶部开口的矩形槽，且模型槽的前面板、后面板都是玻璃板，模型槽的两个侧面板和底面板是设有钢肋加固的钢板；模型槽的右侧面板上还设有开口；

所述隧道模型为半圆环柱形模型，包括半圆环柱形衬砌、衬砌支座、管棚固定装置、管棚、移动面板、轴力计、传动杆、变速器，用于利用轴对称性分析圆环柱形隧道开挖引起的地层变化；

所述半圆环柱形衬砌为半圆环柱形的结构，衬砌支座为内弧形实体支座，半圆环柱形衬砌的半圆环状外凸面能与衬砌支座的内弧面匹配固定，且半圆环柱形衬砌利用衬砌支座安装在模型槽内：半圆环柱形衬砌利用衬砌支座与模型槽的前面板、底面板、右面板固定，衬砌支座的底面固定在模型槽的底面板，保证半圆环柱形衬砌的半圆环状内凹面面向模型槽的前面板；

所述管棚固定装置为矩形小钢块，矩形小钢块上开有设有内螺纹的管棚固定孔；管棚固定装置至少两个，均匀分布焊接在半圆环柱形衬砌的半圆环状外凸面的上半部分上；所述管棚为钢条，管棚的一端设有与管棚固定孔的内螺纹匹配的外螺纹，用于利用管棚固定装置固定安装在半圆环柱形衬砌上；

所述移动面板为半圆形面板，移动面板的半径小于半圆环柱形衬砌的半圆环状内凹面的内径，移动面板设置在半圆环柱形衬砌的半圆环状内凹面与模型槽的前面板之间；移动面板包括前板和后板，前板和后板上分别对应设置有注浆孔，用于超前注浆加固；

移动面板、轴力计、传动杆依次连接，传动杆能穿过模型槽右面板上的开口，连接到设置在模型槽外部的变速器，变速器再与驱动系统连接；移动面板上设有滚轮，利用滚轮，移动面板能在传动杆的控制下，在半圆环柱形衬砌内移动；所述轴力计用于测试移动面板的压力，所述变速器用于控制移动面板的前进和后退速度；

所述驱动系统采用电机实现，用于为移动面板的移动提供动力；

所述外部监测系统包括数字摄影相机、LVDT位移传感器；所述数字摄影相机分别设置在模型槽内部的上面、模型槽前面板的外部，用于记录试验过程中开挖面前方、上方土样的变化情况；所述LVDT位移传感器利用跨设在模型槽顶部且可移动的槽型钢板，竖向布置在模型槽内部的顶面，用于观测土样的沉降。

作为进一步的改进，所述移动面板的边缘粘贴有橡胶密封条，用于防止土样进入隧道模型。

作为进一步的改进，所述移动面板在半圆环柱形衬砌内移动时，能凸出半圆环柱形衬砌的长度为0.02～0.05倍隧道直径；隧道直径即半圆环柱形衬砌内直径。

作为进一步的改进，所述移动面板还包括移动面板支柱，前板和后板平行设置，且前板和后板通过移动面板支柱实现固定连接。

作为进一步的改进，所述前板的注浆孔上设置有封闭活塞，封闭活塞连接有活塞拉杆，活塞拉杆的另一端从后板对应的注浆孔伸出，通过控制活塞拉杆的移动，能实现前板注浆孔的开放和关闭。

作为进一步的改进，所述移动面板的前板和后板上的注浆孔，分别对应设置有一对。

作为进一步的改进，所述前板的厚度为0.06倍隧道直径，后板的厚度为15mm；隧道直径即半圆环柱形衬砌内直径。