[发明专利]一种土压平衡盾构机模拟实验中土箱填土的方法

说明书

本发明公开了一种土压平衡盾构机模拟实验中土箱填土的方法，通过该方法不但可以模拟真实盾构环境中土壤内部的压力，还可通过在土箱盖上设置进气管，利用高压气体模拟真实盾构时地面建筑物或公路等物体对地面产生的边界压力；并且因为是采用气体施压的方式，所以可以进一步在土体表面布置位移传感器，以测试盾构对地表形变的影响。

技术领域

本发明涉及一种土压平衡盾构机的模拟实验方法，具体涉及一种土压平衡盾构机的模拟实验中土箱填土的方法。

背景技术

盾构法是一种重要的隧道施工方法，近年来在我国的市政、交通等领域有着广泛的应用。土压平衡盾构机是软土隧道施工的常用设备，目前已成为城市地下工程施工技术的主流，盾构法施工是一个连续、动态的过程，盾构机挖掘过程中有各种机器参数和施工参数需要设定，例如刀盘转速、螺旋出土器转速、推进总压力、土舱压力、推进速度、刀盘扭矩等单数，上述参数之间存在怎样的关系，如何设定这些参数才能实现高效、稳定、安全的掘进状态是施工过程中的基本问题；另外，在对软土的盾构施工中，总会对土体造成一定的扰动，从而造成土体一定范围内的应力改变，例如使地表产生形变等，如何通过设定盾构过程中的施工参数，减小对地层的扰动，这也是一个重要的问题。

为了研究上述问题，现在已经有许多土压平衡盾构机的模拟实验装置，但是这些模拟实验装置均存在一些问题。例如公开号为CN101403306A的发明专利，公开了一种土压平衡式盾构模拟实验系统，该系统通过使用土压千斤顶和混凝土垫层来模拟实际隧道施工环境中土体内部的压力,以及地面上建筑物或公路等物体对土体产生的边界压力，从而使实验更加真实可靠，但是由于使用了千斤顶和混凝土垫层，就无法在土体表面设置位移传感器，从而使该系统无法进行地表形变方面的研究；另外，因为混凝土层覆盖在土体表面上，所以会在很大程度上影响地表形变的结果，从而使实验结果与真实施工情况相差较大。

发明内容

本发明的目的在于设计出一种土压平衡盾构机模拟实验中土箱填土的方法，解决上述现有技术中的不足。

本发明通过下列具体结构实现：

本发明土压平衡盾构机模拟实验装置,包括微型模拟盾构机组件和土箱组件，微型模拟盾构机组件和土箱组件均放置在基体上，土箱内填装有模拟土体，微型模拟盾构机放置在土箱内,所述土箱为长方体型土箱，包括土箱壁、土箱底和土箱盖；土箱盖四周具有第一环形凸缘，土箱壁四周具有与土箱盖上的凸缘配合的第二环形凸缘，土箱盖和土箱壁上的环形凸缘通过螺栓固定连接，且两环形凸缘结合处设置有弹性密封垫圈；所述土箱盖上固定有多个可伸缩的液压缸，所述液压缸下方固定铰接有一钢板，钢板的长度略小于土箱的长度，钢板的宽度略小于土箱的宽度，所述钢板上开设有多个通气孔；所述土箱盖中部还设置有进气管，高压气体依次通过进气管、钢板上的通气孔进入钢板与模拟土体表面，以对模拟土体表面持续产生一定的压力。

进一步的，本发明的土箱填土方法具体包括如下步骤:

（a）打开土箱盖，在土箱内放置一定量的模拟土体，在模拟土体内的预定位置埋设压力传感器、光纤光栅传感器和位移传感器，并将土箱盖与土箱壁固定连接；

（b）通过土箱盖上的可伸缩液压缸推动钢板，对土箱内的模拟土体施加预定的压力，并保持一定时间；

（c）收回所述可伸缩液压缸，使钢板与模拟土体表面分离，并打开土箱盖，然后在模拟土体的表面预定位置设置位移传感器；

（d）将土箱盖与土箱壁固定密封连接，通过土箱盖上的进气管向土箱内通入高压气体，高压气体可穿过钢板上的通孔，对模拟土体表面持续产生一定的压力，从而完成土箱的填土。