[发明专利]地铁车站底部冻结施工对车站结构影响的模拟系统及方法

说明书

本发明公开了一种地铁车站底部冻结施工对车站结构影响的模拟系统，包括模拟实验箱、车站模型、盐水循环系统、多个检测组件、数据采集仪和计算机，模拟实验箱包括缓冲分水腔和填满模拟土体的土体腔，模拟实验箱上开设泄压孔；缓冲分水腔一侧通过分水腔进水管与外设的渗流盐水箱连通，缓冲分水腔的另一侧与相连，缓冲分水腔内的水分可渗入模型土体内；所述车站模型预埋于模型土体内；所述盐水循环系统的冷端与模型土体相连。本发明还公开了一种地铁车站底部冻结施工对车站结构影响的模拟方法。本发明的有益效果为：本发明可定性模拟分析不同条件下的冻结过程对车站模型结构的影响过程，为探明近距离冻结施工对地铁车站模型结构变形影响规律提供有效的理论指导。

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，具体涉及一种地铁车站底部冻结施工对车站结构影响的模拟系统及方法。

背景技术

众所周知，我国的很多城市都开始修建了地铁，因为城市的不同，其所处的地区地质条件也有差别。当需要建设的地铁位于高承压富水砂层中(例如武汉地铁12号线园林路站)基坑开挖深度大、地质条件及周边环境复杂、地下承压水头高，为一级超深基坑，开挖过程中环境效应明显。为满足在此区域的其他地铁线路盾构下穿，需在此区域临近运营的地铁车站模型结构下进行冻结施工，破除原围护地连墙，冻结粉细砂地层的效果、冻结土体的力学性能和冻结帷幕的稳定性将对洞门破除和盾构穿越施工产生潜在风险；并且，如果冻结施工与结构底板的距离不足，过度冻结或欠冻结均将引起既有园林路站主体结构变形，导致安全风险，给工程施工过程控制和决策带来巨大挑战。因此，亟需针对冻结法施工对既有地铁车站的影响展开系统研究。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种地铁车站底部冻结施工对车站结构影响的模拟系统及方法。

本发明采用的技术方案为：一种地铁车站底部冻结施工对车站结构影响的模拟系统，包括模拟实验箱、车站模型、盐水循环系统、多个检测组件、数据采集仪和计算机，所述模拟实验箱包括缓冲分水腔和填满模拟土体的土体腔，土体腔处的模拟实验箱上开设泄压孔；缓冲分水腔一侧通过分水腔进水管与外设的渗流盐水箱连通，缓冲分水腔的另一侧与相连，缓冲分水腔内的水分可渗入模型土体内；所述车站模型预埋于模型土体内；所述盐水循环系统的冷端与模型土体相连，为模型土体提供冷源；所述检测组件、数据采集仪和计算机依次相连。

按上述方案，所述盐水循环系统包括制冷机组、盐水箱和多组冻结管，所述制冷机组的热源管道与盐水箱的入口连通，盐水箱的出口分别通过管道与冻结管连通，冻结管穿过模拟实验箱的底板伸入，并水平间隔埋设模型土体内。

按上述方案，所述模型土体包括自下而上的黏土层A、粉细砂层、粉质黏土层和黏土层B，其中，车站模型的地连墙插入下部的黏土层A，车站模型的底板位于粉细砂层内，车站模型的顶板为于上部的黏土层B；所述检测组件包括若干压力传感器，压力传感器沿车站模型的地连墙高度方向依次间隔布置，压力传感器通过数据采集仪与计算机相连。

按上述方案，所述检测组件还包括若干位移传感器，位移传感器间隔安装于车站模型的地连墙及底板上，位移传感器通过数据采集仪与计算机相连；所述压力传感器和位移传感器均设于安装于粉细砂层的车站主体车站模型上。

按上述方案，所述蓄水腔通过出水管与外部蓄水池连通，蓄水腔与缓冲分水腔分别设于模拟实验箱的两侧。所述缓冲分水腔与土体腔之间，土体腔与蓄水腔之间，均分别通过开有窗口的隔板分隔，所述窗口上平铺滤网，滤网上包覆土工纱布。

按上述方案，所述盐水箱通过管道与水泵A的入口连通，水泵A与配液圈的入口连通，配液圈的出口分别通过冻结进水管与各冻结管的入口连通，各冻结管的出口经冻结回流管与集液圈的入口相连，集液圈的出口与盐水箱连通；所述盐水循环系统还包括恒温水箱，集液圈的出口通过管道与恒温水箱连通，恒温水箱与通过管道与配液圈连通，恒温水箱经水泵B与分水腔进水管连通。