[实用新型]一种模拟地面出入式盾构隧道开挖的试验装置

说明书

本实用新型提供了一种模拟地面出入式盾构隧道开挖的试验装置，该试验装置包括模型试验槽、盾构管片模型、隧道开挖装置、传动系统、可调节支架系统、始发台座、同步注浆系统、监测量控系统，其中隧道开挖装置由前端带刃口的钢套筒、旋转切削刀具、钢隔板组成，可调节支架系统包括扶壁式支架、钢桁架基座、L型转动板、转轴、千斤顶。本实用新型首次通过可调节支架系统与传动系统的协同作用，结合简易的隧道开挖装置模拟了具有一定坡率的地面出入式盾构隧道开挖过程，更加贴近工程实际，通过设置不同开挖坡率与注浆量的试验工况组合，来研究地面出入式盾构隧道的管片结构力学性能、土体应力释放规律以及地层变形机理，实现指导设计和施工。

技术领域

本实用新型涉及隧道工程室内模型试验技术领域，具体涉及一种模拟地面出入式盾构隧道开挖的试验装置。

背景技术

盾构法具有对周边环境影响小、自动化程度高、施工进度快等优势，目前已成为我国主流的隧道暗挖施工方法，并广泛应用于城市轨道交通工程、市政隧道工程、地下管线工程的建设之中。然而，传统的盾构法需要明挖修建工作井以及其浅覆土侧的接线隧道，不仅人力、物力成本较高，而且要解决地面交通疏解、建筑物拆迁、地下管线改迁等一系列社会问题。

近年来，随着盾构法技术创新的不断深入，日本工程师首次提出了地面出入式盾构法新技术，实现了浅覆土、负覆土盾构施工替代工作井及其接线隧道明挖施工。由于该技术具有无需工作井盾构机可直接出入地面的特点，应用前景广阔，目前已在日本多个地下道路工程中进行应用，并在我国南京机场线秣陵站至将军站区间开展了初次工程实践。

从现有的技术发展水平而言，地面出入式盾构隧道施工过程中的管片结构力学性能、土体应力释放规律以及地层变形机理仍处于试验探索阶段，在城市密集区使用该技术的安全性无法得到准确评估。在实际工程应用受限的情况下，有必要开展系统的模型试验来模拟地面出入式盾构隧道的开挖过程，加深对该技术变形控制理论的认识。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型目的在于提供一种模拟地面出入式盾构隧道开挖的试验装置，满足研究不同开挖坡率和注浆量组合下的盾构施工对管片自身应力和周边土体变形影响规律的要求。

为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案实现：

一种模拟地面出入式盾构隧道开挖的试验装置，包括模型试验槽以及穿过模型试验槽并具有一定长度的盾构管片模型，还包括：

隧道开挖装置，设置于所述盾构管片模型的掘进端，包括前端带刃口的钢套筒、固设于钢套筒端口处的旋转切削刀具、固设于钢套筒中部的钢隔板、设置于钢套筒后端的注浆孔；

可调节支架系统，布置于所述模型试验槽的外侧，包括钢桁架基座、与钢桁架基座固定连接的扶壁式支架、与扶壁式支架转动连接且位于钢桁架基座上方的L型转动板、带动L型转动板转动的千斤顶；

传动系统，布置于所述可调节支架系统的上方，包括穿过盾构管片模型并与钢隔板中心连接的螺纹空心管、分别与钢隔板和L型转动板连接的电动推杆；

同步注浆系统，所述同步注浆系统包括储浆罐、穿过盾构管片模型内部并与注浆孔相连的输浆管，可调节注浆量；

监测量控系统，用于监测模型试验槽内土样的沉降变形及管片的变形。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述同步注浆系统还包括空气压缩机、输气管和调压阀，所述空气压缩机通过装有调压阀的输气管与储浆罐相连。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述注浆孔包括两个上部注浆孔和两个下部注浆孔，注浆孔和钢套筒中心的连线与竖向轴线的夹角均为45°。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述储浆罐分为左右对称的两个半圆柱体密封空腔，分别与上部注浆孔和下部注浆孔相连接，并配备独立的空气压缩机和调压阀。