[发明专利]模拟双圆盾构隧道施工引起地层位移的试验装置及方法

说明书

本发明涉及模拟双圆盾构隧道施工引起地层位移的试验装置及方法，属于土木工程试验领域。包括填装透明土的透明模型箱、双圆隧道模型、牵引器、激光发射器和照相机；双圆隧道模型水平穿过透明模型箱，包括内外套装且能相对滑动的透明双圆支撑柱和透明双圆管，位于透明模型箱内的透明双圆支撑柱和透明双圆管埋入透明土；牵引器在透明模型箱外与透明双圆管相连，以间断牵引透明双圆管水平抽动；激光发射器和照相机各有两个，对应透明双圆管设置在透明模型箱的外周，其中一激光发射器和照相机分别布置在透明双圆管抽动方向的两侧，另一激光发射器和照相机分别布置在透明双圆管抽动方向的垂向的两侧。操作方便，结构简单，模拟效果直观、准确。

技术领域

本发明属于土木工程试验领域，涉及一种模拟双圆盾构隧道施工引起地层位移的试验装置及方法。

背景技术

随着隧道施工技术的日益成熟，为了满足地下隧道开挖高效率、大规模、低成本、省资源的需要，盾构法隧道断面由圆形断面逐渐发展为矩形、类矩形、椭圆形、双圆形等隧道断面形式。1986年，日本开创了双圆盾构(Double-O-Tube，简称DOT)隧道施工的先例。双圆隧道相较于两条相互平行的单圆隧道，具有开挖空间小、建设成本低、对环境影响小等优势，逐渐在城市地下交通建设中得到了广泛应用。双圆盾构隧道施工过程中开挖引起的地层位移仍不可避免，特别是在软土地层中尤为显著，其独特的断面形状使其在施工过程中引起土层位移的机理更为复杂。因此，研究双圆盾构隧道施工引起的地层位移规律是非常重要的。

透明土的基本原理是利用透明颗粒材料与具有相同(近)折射率的孔隙流体混合而成，具备与天然土体相似的岩土工程性质的土体。利用激光器可以在其土体内部形成一个散斑场，利用工业照相机拍摄出图片。利用PIV技术对比不同时间点图片的灰度值，利用关联函数可以得到不同时间点的相对位移，从而得到双圆隧道土体内部的宏观变形过程。

现有技术中存在一种透明土地基中隧道开挖的模型试验装置和试验方法，通过控制预先埋设在透明土中若干个水囊的体积，实现了在透明土模型试验中隧道的分步开挖过程。但是，该试验方法采用的水囊排水法无法保证隧道在开挖过程中的断面形状保持稳定。并且，为实现隧道的分步开挖，需要在透明土中埋设许多排水管，影响了实验的准确性。此外，无法准确模拟双圆隧道开挖过程。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种模拟双圆盾构隧道施工引起地层位移的试验装置及方法，解决现有技术中存在的不足，较为直观、准确地显现双圆盾构隧道施工引起周围土层的内部位移，得到土层位移的三维变形场。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

模拟双圆盾构隧道施工引起地层位移的试验装置，包括透明模型箱、双圆隧道模型、牵引器、激光发射器和照相机；透明模型箱中填装透明土；双圆隧道模型水平穿过透明模型箱，包括内外套装且能相对滑动的透明双圆支撑柱和透明双圆管，位于透明模型箱内的透明双圆支撑柱和透明双圆管埋入透明土；牵引器在透明模型箱外与透明双圆管相连，以间断牵引透明双圆管水平抽动；激光发射器和照相机各有两个，对应透明双圆管设置在透明模型箱的外周，其中一激光发射器和照相机分别布置在透明双圆管抽动方向的两侧，另一激光发射器和照相机分别布置在透明双圆管抽动方向的垂向的两侧。

进一步，透明模型箱呈矩形，其对立的两壁面上设有供双圆隧道模型穿过的双圆孔洞。

进一步，双圆孔洞处安装有双圆密封圈。

进一步，透明双圆管的外周套装有透明双圆弹性管。

进一步，透明双圆管的一端设有牵引头，用于连接牵引器。

进一步，透明双圆管包括下沉式、均匀式和上浮式透明双圆管三种类型。

进一步，透明双圆支撑柱包括两段，一段设有双圆凸头，另一段设有适配的双圆凹槽，双圆凸头插入双圆凹槽内构成整体。

进一步，透明双圆支撑柱上设有刻度标记。