[发明专利]一种盾构隧道上覆土体沉降模拟试验平台及试验方法

说明书

本发明提供一种盾构隧道上覆土体沉降模拟试验平台，通过自由选取所需模拟的实际隧道横剖面的一段弧长来模拟整个圆形盾构隧道，通过在圆弧隧道上部布置不同厚度、不同性质的土层，模拟实际开挖过程中拱顶上方土体，并在底板上部实现开挖注浆，并通过注浆压力和开挖注浆层内卸压情况进行控制模拟盾构开挖。上覆压力均匀，盾构开挖过程中模拟土层上覆土压力不变，模拟更加真实，贴近实际盾构开挖。本发明制作方便、可拆除回收重复利用，进一步探究土体分层沉降规律，更好的进行沉降监测、指导盾构隧道施工。

技术领域

本发明涉及盾构隧道沉降试验领域，尤其是一种盾构隧道上覆土体沉降模拟试验平台及试验方法。

背景技术

随着城市地铁的建设，盾构技术得到大力发展。盾构法施工技术是地铁建设工程的关键技术，随着轨道交通建设的不断进行，盾构施工因其施工的快速、安全迅速在城市轨道交通建设中占据了一席之地。但地表沉降已成为不可忽视的问题，尤其是在地铁隧道建设过程中，对土体的沉降控制尤为重要。目前虽然有对地表沉降的相关监测手段，但大多结构复杂，现场监测通常由于施工条件的各种限制而无法有效实施，盾构室内相似模拟难度较大，为了弄清楚在盾构隧道开挖过程中上覆土体的沉降规律，同时模拟注浆对地表沉降控制的影响，设计一种室内1:1的相似模拟实验平台显得至关重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种盾构隧道上覆土体沉降模拟试验平台，按照实际盾构隧道规模尺寸1:1比例设计，并且能够模拟分层沉降，更加真实、更加准确地模拟盾构隧道上覆土体开挖沉降以及注浆对沉降控制的影响，该平台制作组装方便，可拆除重复利用。

本发明首先提供一种盾构隧道上覆土体沉降模拟试验平台，其包括由圆弧形底板、侧板、端板以及顶板围成的模拟实验箱，在所述模拟试验箱内，所述圆弧形底板的上部设置下部开挖注浆气层，下部开挖注浆气层设置连通箱体外部的注浆孔和泄压孔，下部开挖注浆气层的上部填充模拟试验土体形成土体填充层，土体填充层的上部铺设上部气体恒压层，上部气体恒压层的上部铺设所述顶板，顶板上方设置有加载系统。

通过在顶板和土体之间安装上部气体恒压层，使上覆压力更加均匀，盾构开挖过程中，模拟土层上覆土压力不变。

通过设置下部开挖注浆气层，借助注浆和卸压情况控制模拟盾构开挖，如此使得模拟更加真实，贴近实际盾构开挖。

本发明还提供一种盾构隧道上覆土体沉降模拟试验方法，如下步骤：

(1)隧道断面选取：选取所需模拟的实际隧道横剖面的一段弧长模拟整个圆形盾构隧道；

(2)土压力计算：选择需要模拟的一层或几层土体，计算出拱顶上方厚度h范围内土体的土压力及h范围以上土体的土压力；

(3)模拟试验平台组装：

i、安装圆弧形底板、侧板和端板；

ii、将下部开挖注浆气层铺设于所述圆弧形底板上并充气使下部开挖注浆气层内的气压和所要模拟的拱顶上方承受的全部上覆土压力一致；

iii、在所述下部开挖注浆气层上铺设不同性质和厚度的拱顶上覆试验土体形成土体填充层，各土层厚度总和h；

iv、安装上部气体恒压层、顶板和加载系统；

(4)加载及上部土压恒压控制：通过加载系统初步加载至拱顶上方h范围以上土体的土压力值，调节加载系统对顶板施加的压力，以及借助上部气体恒压层的稳压仓，使得上部气体恒压层内的气压和拱顶上方h范围以上土体的土压力一致、均匀，从而实现拱顶上方土体的原状土压力模拟；

(5)隧道开挖注浆模拟：通过卸压孔从下部开挖注浆气层卸压模拟开挖，卸压同时通过注浆孔进行同步注浆，通过注浆压力和下部开挖注浆气层内气体卸压情况进行控制模拟盾构开挖；