[实用新型]一种大直径土压盾构隧道掘进界面模拟试验系统

说明书

本实用新型公开了一种大直径土压盾构隧道掘进界面模拟试验系统。在安放盾构模型的模型箱中填充土样，盾构掘进系统包括土仓控制装置和排土、排水控制装置，用于模拟盾构掘进过程；水位控制系统将水送至模型箱不同高度，实现地下水位模拟；渗流示踪装置通过颜料在渗流作用下的扩散对所在位置处渗流流线分布进行示踪；监测系统包括数字摄影相机，土、水压力传感器，用于监测掘进面土体变形、土仓压力分布及波动规律。本实用新型通过设置不同水位高度、掘进速度，监测土体变形、土仓压力波动及渗流分布，用于研究渗透地层中大直径盾构掘进面的地下水渗流规律及失稳特征，对掘进面失稳做出有效的预警，进而建立对应失稳机制。

技术领域

本实用新型涉及一种隧道掘进界面模拟试验系统，特别涉及一种大直径土压盾构隧道掘进面模拟试验系统。

背景技术

目前，土压盾构施工正朝着大直径，大埋深方向发展。在实际掘进过程中，随着刀盘转动、开挖出土、盾构推进、润滑发泡剂注射等因素的影响下，土仓压力常出现持续波动。随着土压盾构直径增加，土仓内不同高度处压力差别更显著，掘进扰动下土仓中上部较容易形成明显的低压区并导致局部区域支护荷载不足，部分区域率先出现应变局部化特征。渗透性地层中土压盾构发生掘进面失稳和地层坍塌事故屡见不鲜，在渗流作用下，应变局部化加速发展，并逐渐形成贯通的剪切带，失稳土体沿着剪切带滑移形成坍塌破坏。

随着试验技术进步，模型试验因其能够较真实反映土体失稳运动过程而被应用于盾构掘进面稳定问题研究中。在本实用新型作出之前，公开号为CN105019920A的中国发明专利涉及了一种浅埋暗挖隧道地层变形试验系统，旨在提供一种浅埋暗挖隧道超前加固下的地层变形试验系统；其通过移动面板的后退模拟浅埋暗挖一个进尺下应力释放，通过地表沉降监测、轴力变化、后退速度和注浆管棚不同组合超前加固的设置，研究地表沉降规律和开挖面应力释放规律。该模型试验在干砂条件下展开，主要测量在不同超前加固形式下地表沉降变形和开挖面轴力变化规律，未涉及渗流作用对掘进面稳定的影响，模型中掘进过程模拟采用面板后退来实现，与实际盾构掘进行为差别较大，更无法反映大直径盾构掘进施工土仓内压力波动的特点。

为进一步研究在地下水渗流作用下中大直径盾构掘进面的盾构掘进面失稳发展过程，揭示失稳破坏阶段性特征，实现对渗透地层中大直径盾构掘进行为的模拟，具有重要意义。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种可实现在渗流作用下大直径盾构掘进面失稳发展过程的模拟观测，为分析掘进面稳定状态，揭示渗流作用下大直径盾构掘进面失稳发展过程及阶段性特征提供实验依据的模拟大直径土压盾构隧道掘进界面行为的模型试验装置。

实现本实用新型发明目的的技术方案是提供一种大直径土压盾构隧道掘进界面模拟试验系统，包括模型箱，盾构模型，监测系统，它还设有盾构掘进系统，水位控制装置，渗流示踪装置；

所述模型箱为矩形状立方体，四周面板为透明高强度有机材料，模型箱的一侧面板上分别开有安装盾构模型的半圆形开口和安装盾构掘进系统的开口，相对的另一侧面板上开有若干个不同高度用于安装水位控制系统给水管的开口；模型箱内填充土样；