[发明专利]旁侧基坑开挖对既有隧道洞周加固影响的离心试验装置

说明书

本发明公开了一种旁侧基坑开挖对既有隧道洞周加固影响的离心试验装置，包括试验箱体、隧道洞周加固模拟系统、基坑开挖模拟系统和离心机数据采集系统，试验箱体内填有砂土地基，隧道洞周加固模拟系统和基坑开挖模拟系统均埋设于沙土地基内；隧道模型周围安装有检测仪器，检测仪器与离心机数据采集系统相连；当基坑开挖模拟系统启动后，隧道洞周加固模拟系统周围的检测仪器检测相关数据，并将数据发送至离心机数据采集系统，离心机数据采集系统获得各传感器信号。本发明的有益效果为：本发明设计模拟实体，并通过传感器现场检测，获取基坑开挖过程中地层及旁侧隧道的受力信息，为旁侧基坑开挖条件下既有隧道注浆变形控制技术提供有益参考，准确性高。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术，具体涉及一种旁侧基坑开挖对既有隧道洞周加固影响的离心试验装置。

背景技术

随着我国交通基础工程的快速发展，在工程建设过程中产生大量的基坑工程，基坑规模和深度不断增加，同时邻近既有隧道进行基坑开挖的工况也不断增加。基坑开挖卸荷影响邻近地铁隧道的内力与变形。某市地铁线路某区间隧道在邻近深大基坑开挖影响下，导致隧道管片出现开裂和渗漏等病害，严重威胁到地铁隧道的结构安全和服役性能。因此，研究旁侧基坑开挖卸载对邻近隧道结构变形响应规律，对于评估隧道安全并提出有效控制措施具有重要意义。

随着科学技术和试验手段的发展，物理模型试验逐渐成为岩土工程领域科学研究的重要手段之一，常见的有常重力缩尺试验、原位试验和超重力离心模型试验。其中，离心模型试验通过离心加速度提供超重力环境，在模型几何缩尺条件下还原土体原位应力场，目前已在岩土工程研究领域有着广泛的应用。然而，现有的离心机试验中无法手动模拟岩土工程的动态过程，设计相关机械装置耗资不菲。因此，需要一种能够经济实用的方法模拟基坑开挖动态过程。

工程实践中常见的旁侧基坑开挖条件下既有隧道保护措施包括洞周注浆加固、隔离桩和坑底地层加固等。但是，针对上述措施的有效性和作用机理研究主要集中在数值模拟，现场监测数据也十分有限。因此，研发一种旁侧基坑开挖条件下既有隧道保护措施离心试验装置及方法显得非常有必要。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种实体模拟且能现场检测的旁侧基坑开挖对既有隧道洞周加固影响的离心试验装置。

本发明采用的技术方案为：一种旁侧基坑开挖对既有隧道洞周加固影响的离心试验装置，包括试验箱体、隧道洞周加固模拟系统、基坑开挖模拟系统和离心机数据采集系统，所述试验箱体内填有砂土地基，所述隧道洞周加固模拟系统和基坑开挖模拟系统均埋设于沙土地基内；所述隧道模型周围安装有检测仪器，检测仪器与离心机数据采集系统相连；当基坑开挖模拟系统启动后，隧道洞周加固模拟系统周围的检测仪器检测相关数据，并将数据发送至离心机数据采集系统，离心机数据采集系统获得各传感器信号，并传送至计算机，用于后续分析和计算。

按上述方案，所述隧道洞周加固模拟系统包括采用铝管制作的隧道主体和若干预制圆柱体，所述隧道主体水平预埋于试验箱体的砂土地基内，隧道主体的轴线与试验箱体的其中一侧边平行；在隧道主体的中部周向间隔布置若干预制圆柱体，预制圆柱体的间距根据工况调整。

按上述方案，所述预制圆柱体采用水泥砂浆预制，其内沿轴线方向预埋有固定螺栓，固定螺栓的端部伸出，插入隧道主体的预留孔与内侧的螺母配合连接；所述隧道主体的轴线与各预埋圆柱体的轴线垂直。

按上述方案，在隧道主体的外壁粘贴有若干应变片，部分应变片与预制圆柱体交替布置；在隧道主体上方的砂土地基内布置若干弯曲元，若干弯曲元沿垂直于隧道主体轴线的方向间隔布置；在隧道主体上方的砂土地基表面安装有若干差动位移传感器和若干激光位移传感器，其中，差动位移传感器位于隧道主体的正上方，且沿隧道主体轴线方向间隔布置；所述激光位移传感器沿垂直于隧道主体轴线的方向间隔布置；各应变片、弯曲元和各位移传感器均分别与离心机数据采集系统相连。