[发明专利]一种研究盾构施工掌子面压力变化对已建成隧道影响的试验装置

说明书

本发明公开了一种研究盾构施工掌子面压力变化对已建成隧道影响的试验装置，包括内部装有透明土的透明模型箱体，模型盾构机，模型隧道，集土箱，动力杆，液压机，无线应变采集仪，计算机；箱体正面设有稳定装置，模型盾构机由刀盘、为刀盘提供动力的电动机、模型盾构机外壳、传送带及固定在传送带上的挖斗组装而成；模型隧道由模型隧道管片拼接而成，其上安设有应变片；箱体的上方、侧面与后方设有采集土体位移数据的摄像机；箱体侧面设有提供光源的激光发射器。液压机与电动机做功将使模型盾构机向前掘进，此过程中可调节其输出功率以控制掌子面压力大小，从而实现研究盾构施工掌子面压力变化对已建成隧道的影响的功能。

技术领域

本发明涉及岩土工程试验领域，尤其涉及一种研究盾构施工掌子面压力变化对已建成隧道影响的试验装置。

背景技术

近年来，随着国家基础建设的大力发展，铁路、公路及市政工程中采用盾构法修建的隧道也越来越多，盾构技术已成为我国基础设施建设中不可或缺的关键技术之一。盾构隧道开挖过程中，保障掌子面的稳定是整个工程安全性的重中之重，开挖过程中既不能因为支护力过大而使地层隆起，亦不能因为支护力过小使地层变形过小而导致地层变形过大而引起过量沉降甚至地陷；同时，在目前的建设中，新建设的盾构隧道在已有的建筑物或构筑物邻近施工的情况也是越来越常见。

目前对于盾构开挖掌子面稳定性的研究主要有理论分析法、数值模拟法及模型试验法。理论分析法往往需要进行相关模型的前提假定，假定的破坏模型较为简单，从而导致计算结果与实际的情况存在较大的差异；若假定的破坏模型被划分的更细，则计算过程会变得更加繁琐；数值模拟法存在土体物理力学参数选取困难、土体应力历史及边界条件难以模拟实际情况等不足之处。因而近年模型试验法成为了研究开挖面稳定和变形的主要手段。然而目前研究盾构隧道近接施工的模型试验相关较少，模拟的开挖过程与数据的采集手段也较为基础。

本发明设计了一种研究盾构施工掌子面压力变化对已建成隧道影响的试验装置，可更真实地模拟实际条件下盾构施工掌子面压力变化对邻近构筑物及土体的影响。与现有技术相比，本方法不仅仅能够获取到盾构掌子面压力变化对土体的影响，同时还能探究对已建成的隧道所造成的应力应变及位移情况。

发明内容

本发明的目的在于针对以上问题，提供一种能够模拟实际盾构施工情况并获取其施工过程中各种参数变化，精确度相对较高，同时易操作的试验装置。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种研究盾构掌子面压力变化对已建成隧道影响的试验装置，其特征在于，包括内部装有透明土的透明模型箱体，安装在箱体侧面的模型盾构机，放置于箱内的模型隧道，安设于模型盾构机正下方的集土箱，搭接在模型盾构机尾部的动力杆，连接动力杆从而提供推进力的液压机，接收应变片数据的无线应变采集仪，用于调控整套系统并处理相关数据的计算机；所述箱体正面设有用于托举并稳定模型盾构机的稳定装置，所述模型盾构机由刀盘，为刀盘提供动力的电动机，模型盾构机外壳，传送带及固定在传送带上的挖斗组装而成；所述模型隧道由模型隧道管片拼接而成，其上安设有应变片；所述箱体的上方、侧面与后方设有采集土体位移数据的摄像机；所述箱体1侧面设有提供光源的激光发射器。

作为一种优选的方案，模型盾构机安装在箱体正面预设的大小恰好合适的孔洞上，并由稳定装置所托举，模型盾构机能够在该位置由外力作用下向箱体方向或远离箱体方向发生位移。

作为一种优选的方案，所述模型盾构机出土装置由挖斗铰接在传送带上组合而成，该出土装置长度应略大于模型盾构机外壳。

作为一种优选的方案，所述模型隧道由多块模型隧道管片拼接而成，其上安设有应变片。

作为一种优选的方案，所述模型盾构机正下方设有集土箱，其大小应满足能够收集模型盾构机排出的全部土。

作为一种优选的方案，动力杆应搭接在模型盾构机外壳外部，另一端连接液压机，在液压机做功时，模型盾构机将被推向箱体方向抑或远离箱体方向。