[发明专利]一种双线盾构隧道下穿施工引起的地下管线变形试验系统

说明书

本发明涉及一种双线盾构隧道下穿施工引起的地下管线变形试验系统。该种双线盾构隧道下穿施工引起的地下管线变形试验系统包括模型箱，模型箱内填充土样。盾构掘进装置用于对土样进行掘进，土样上部预埋管线；管线上设有应变片、LVDT位移传感器。本发明能用盾构掘进装置模拟双线盾构隧道施工，通过改变双线盾构隧道的布置形式、开挖顺序，实现不同工况组合，并利用监测系统实时监测试验过程中的管线变形沉降情况，来研究双线盾构隧道在不同布置形式以及不同开挖顺序下，下穿地下管线施工引起的管线变形沉降规律，进而优化双线盾构隧道的设计与施工参数。

技术领域

本发明属于地下管线变形试验系统领域，特别涉及一种双线盾构隧道下穿施工引起的地下管线变形试验系统。

背景技术

目前有关隧道-管线-土体的相互作用机理，岩土学者们虽开展了较为系统的研究工作，但较少涉及双线隧道开挖对既有地下管线的影响，且有关双线盾构隧道不同布置方式及不同开挖顺序工况下施工对既有管线的影响研究更是少有报道。目前，这一问题已经受到了学术界和工程界的普遍关注。

盾构隧道下穿施工给邻近地埋管线带来的影响主要体现在管线整体沉降和管线弯曲应变两方面，两者都可以通过监测仪器直接进行观测记录。但是，由于双线盾构隧道不同布置方式及不同开挖顺序给地埋管线带来的沉降变形性状影响有所差异，因此需要分别研究。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能通过盾构掘进装置模拟不同布置方式以及不同开挖顺序下，双线盾构隧道施工下穿既有地下管线的工况组合，监测不同工况下双线盾构隧道施工带来的地下管线沉降变形差异的实验装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种双线盾构隧道下穿施工引起的地下管线变形试验系统，能利用土样研究地下管线变形试验，所述地下管线变形试验系统包括模型箱、所述模型箱内布置有挡土板，挡土板将模型箱分隔为填土区和操作区，模型箱的四侧面板以及挡土板均为有机玻璃板，模型箱的底面板为加肋钢板，挡土板上设置有上线左开挖孔、上线右开挖孔、下线左开挖孔、下线右开挖孔共四个开挖孔；填土区内填充土样；所述土样上部设有管线，管线位置高于开挖孔，管线侧壁设有应变片和LVDT位移传感器，LVDT位移传感器用于监测试验过程中铝制模型管线的整体沉降情况，应变片用于监测试验过程中铝制模型管线的弯曲应变情况；所述的操作区内具有盾构掘进装置，所述盾构掘进装置包括沿水平方向布置的滑轨，安装在滑轨上沿滑轨滑动的电机和固定在滑轨前端的行程套，以及连接于电机输出端的螺旋环形刀片和位于螺旋环形刀片前端的金属钻头；所述滑轨垂直于挡土板，两端分别活动安装于模型箱内侧壁和挡土板，使得金属钻头对准开挖孔；所述行程套内侧壁具有与所述螺旋环形刀片吻合的螺旋形凹槽，所述螺旋环形刀片位于行程套内，电机驱动螺旋环形刀片转动，螺旋环形刀片与行程套发生相对转动，沿行程套内的螺旋形凹槽前进，穿过开挖孔，在填土区开挖形成盾构隧道模型，以达到盾构掘进装置通过开挖孔在土样中进行施工开挖模拟的目的，同时带动电机沿滑轨前进。在实际试验过程中，盾构掘进装置每掘进一个进尺后，在盾构隧道模型已形成的内壁上安装一道隧道衬砌，隧道衬砌与土样之间以及相邻的隧道衬砌环与环之间均采用水泥砂浆加固，所述隧道衬砌可以为由钢板制作成的圆环，直径为倍铝制模型管线直径，壁厚为.倍铝制模型管线直径，环宽为.倍铝制模型管线直径。

进一步地，所述模型箱内侧壁和挡土板上均设有四个U形支撑座，所述滑轨端部安装在U形支撑座内。

进一步地，还包括用于密封开挖孔的橡胶塞。盾构施工作业模拟中，通过先后开挖其中任意两个开挖孔，进行双线隧道不同布置方式和不同开挖顺序的工况组合，未进行开挖的孔用橡胶塞暂时密闭孔口，以防止填土区内的土样溢出造成地层损失。

进一步地，管线与盾构隧道模型垂直，管线的壁厚为0.1倍管径，长度为50倍管径，两端封闭且两端与模型箱的面板之间存有1.5倍管径的空隙，以减小模型箱边界效应的影响。