[发明专利]一种盾构下穿桥梁桩基托换试验装置及实验方法

权利要求书

1.一种盾构下穿桥梁桩基托换试验装置，其特征在于，包括模型箱（8）、设置在模型箱（8）中的隧道模拟组件和桩基托换模拟组件、以及设置在桩基托换模拟组件上的检测组件；

所述桩基托换模拟组件包括横梁结构（3）、两根第一桩基（4）和第二桩基（5）；所述横梁结构（3）包括混凝土横梁（3-2）和设置在混凝土横梁（3-2）两端的铁块（3-1）；所述第一桩基（4）包括设置在模型箱（8）中的第一混凝土桩基（4-2）和设置在第一混凝土桩基（4-2）上且与铁块（3-1）垂向方向配合的第一电磁铁（4-1）；所述第二桩基（5）包括设置在模型箱（8）中的第二混凝土桩基（5-2）和设置在第二混凝土桩基（5-2）上且与铁块（3-1）水平方向配合的第二电磁铁（5-1）；

所述检测组件包括设置在混凝土横梁（3-2）上的位移传感器（9-1）、设置在第一混凝土桩基（4-2）上的若干个第一应变计（9-2）和设置在第二混凝土桩基（5-2）上的若干个第二应变计（9-3）。

2.根据权利要求1所述的盾构下穿桥梁桩基托换试验装置，其特征在于，所述隧道模拟组件包括盾构隧道（1）和若干胶管（2）；所述盾构隧道（1）包括净空层（1-1）及由内到外依次包裹在净空层（1-1）外的管片层（1-2）和补浆层（1-3）；所述胶管（2）包括与净空层（1-1）连通的净空层胶管（2-1）、与管片层（1-2）连通的管片层胶管（2-2）和与补浆层（1-3）连通的补浆层胶管（2-3）。

3.根据权利要求2所述的盾构下穿桥梁桩基托换试验装置，其特征在于，所述净空层（1-1）、管片层（1-2）和补浆层（1-3）均为橡胶材质。

4.根据权利要求2所述的盾构下穿桥梁桩基托换试验装置，其特征在于，所述模型箱（8）的一个侧面为透明玻璃（7），其余面均为金属板。

5.根据权利要求4所述的盾构下穿桥梁桩基托换试验装置，其特征在于，所述模型箱（8）相对透明玻璃（7）的侧面上开有便于引出胶管（2）的若干个通孔。

6.一种权利要求1-5中任一所述的盾构下穿桥梁桩基托换试验装置的实验方法，其特征在于，包括：

S1、将隧道模拟组件和桩基托换模拟组件分别固定在模型箱（8）中对应的预设位置上；

S2、在模型箱（8）中填充模拟土至预设高度；

S3、控制第一电磁铁（5-1）通电，第二电磁铁（4-2）断电，记录位移传感器（9-1）、第一应变计（9-2）和第二应变计（9-3）的数据作为第一组数据；

S4、控制第一电磁铁（5-1）断电，第二电磁铁（4-2）通电，记录位移传感器（9-1）、第一应变计（9-2）和第二应变计（9-3）的数据作为第二组数据；

S5、控制第一电磁铁（5-1）和第二电磁铁（4-2）同时通电，开挖盾构隧道（1），记录位移传感器（9-1）、第一应变计（9-2）和第二应变计（9-3）的数据作为第三组数据；

S6、根据第一组数据、第二组数据和第三组数据及预设受拉极限状态阈值和预设沉降阈，判断第一混凝土桩基（4-2）和第二混凝土桩基（5-2）的稳定性，以及混凝土横梁（3-2）沉降量。

7.根据权利要求6所述的盾构下穿桥梁桩基托换试验装置的实验方法，其特征在于，在S1中，通过胶管（2）向盾构隧道（1）中注满水并密封胶管出口，形成未开挖的盾构隧道（1）。

8.根据权利要求6所述的盾构下穿桥梁桩基托换试验装置的实验方法，其特征在于，在S5中，开挖盾构隧道的方式为：

S51、放出净空层（1-1）的水，模拟盾构隧道开挖；

S52、若不考虑盾构隧道（1）开挖时注浆的影响，则将补浆层（1-3）中的水放出；

S53、保留管片层（1-2）中的水，模拟盾构隧道（1）管片衬砌，形成支护作用。

9.根据权利要求6所述的盾构下穿桥梁桩基托换试验装置的实验方法，其特征在于，所述步骤S6进一步包括：

步骤S6中，第一组数据中位移传感器（9-1）和第二应变计（9-3）的值作为初始值；第一应变计（9-2）的应变值作为判断托换前第一混凝土桩基（4-2）的安全性，当其小于预设受拉极限状态阈值，处于安全状态；

第二组数据中位移传感器（9-1）的位移量与初始值的差值大于预设沉降阈值时，混凝土横梁（3-2）的沉降量过大，处于不稳定的状态；第二应变计（9-3）的应变值大于预设受拉极限状态阈值，则第二混凝土桩基（5-2）已开裂；

第三组数据中位移传感器（9-1）的位移量与初始值的差值大于预设沉降阈值时，混凝土横梁（3-2）的沉降量过大，处于不稳定的状态；第二应变计（9-3）的应变值大于预设受拉极限状态阈值，则第二混凝土桩基（5-2）已开裂。