[发明专利]一种盾构下穿既有管线的施工模拟试验装置及方法

权利要求书

1.一种盾构下穿既有管线的施工模拟试验方法，其特征在于，试验装置包括模型土箱（1）、地层及加载系统、既有管线及监测系统、地层损失模拟系统、隧道衬砌系统、壁后注浆系统和开挖卸载系统；

所述模型土箱（1）为透明土箱；

所述地层及加载系统包括地层（2）和加载系统，所述地层（2）采用透明土，所透明土装填于所述模型土箱（1）之中；

所述既有管线及监测系统包括管体（31）、预埋于所述管体（31）上的应变片（32）和应力计（33）、以及预埋于所述地层（2）中的土压力盒（34）组成；

所述地层损失模拟系统包括透明管（41）、设置于所述透明管（41）尾部的密封圈（42）及设置于所述透明管（41）头部的牵引绳（43）；所述透明管（41）横向贯穿所述模型土箱（1）；所述既有管线及监测系统位于所述透明管（41）上方；

所述隧道衬砌系统包括若干彩色管节（51）及连接所述彩色管节（51）的箍环（52）；所述隧道衬砌系统位于所述地层损失模拟系统内部；

所述壁后注浆系统包括设置于所述彩色管节（51）上的若干注浆孔（61）；所述注浆孔（61）与分支输浆管相连，全部所述分支输浆管均与一个总输浆管（62）相连，每个所述分支输浆管上均设置有阀门（63），所述总输浆管的首端封闭，末端为浆液注入口（64）；

所述开挖卸载系统包括带轮小车（71）、放置于所述带轮小车（71）内部的负载（73）及用于牵引所述带轮小车（71）的小车牵引线（74）；所述开挖卸载系统位于所述隧道衬砌系统内部；

试验方法包括以下步骤：

A、安装盾构下穿既有管线的施工模拟试验装置：将彩色管节（51）用箍环（52）连接，并在彩色管节（51）的注浆孔（61）安装分支输浆管和总输浆管（62）；将安装好的隧道衬砌系统装入地层损失模拟系统的透明管（41）中，使透明管（41）尾部的密封圈（42）封住第一节彩色管节（51）的外壁，并在透明管（41）头部安装牵引绳（43）；在第一节彩色管节（51）中放入装有负载（73）的带轮小车（71），负载（73）重量与隧道体积相应的土体重量相同，并给带轮小车（71）安装小车牵引线（74）；在既有管线及监测系统的管体（31）上预埋应变片（32）和应力计（33）；将上述装配好的透明管（41）装入模型土箱（1）；在模型土箱（1）内装入透明土和既有管线及监测系统；

B、开挖第1节彩色管节（51）：匀速拉动牵引绳（43）1个彩色管节（51）距离，透明管（41）尾部的密封圈（42）到达第2个彩色管节（51）处，模拟第1节彩色管节（51）开挖引起的地层损失；匀速拉动小车牵引线（74）1个彩色管节（51）距离，装有负载（73）的带轮小车（71）到达第2个彩色管节（51）处，模拟第1节彩色管节（51）开挖引起的卸载效应；关闭除第1节彩色管节（51）外的全部阀门（63），打开第1节彩色管节（51）的阀门（63），在浆液注入口（64）注入透明凝胶材料（65），模拟壁后注浆，注浆完毕后，关闭第1节彩色管节（51）的阀门（63）；

C、开挖第2节彩色管节（51）：匀速拉动牵引绳（43）1个彩色管节（51）距离，透明管（41）尾部的密封圈（42）到达第3个彩色管节（51）处，模拟第2节彩色管节（51）开挖引起的地层损失；匀速拉动小车牵引线（74）1个彩色管节（51）距离，装有负载（73）的带轮小车（71）到达第3个彩色管节（51）处，模拟第2节彩色管节（51）开挖引起的卸载效应；打开第2节彩色管节（51）的阀门（63），在浆液注入口（64）注入透明凝胶材料（65），模拟壁后注浆，注浆完毕后，关闭第2节彩色管节（51）的阀门（63）；

D、依照步骤C依次开挖后续彩色管节（51），通过对透明管（41）的牵引移动，释放透明管（41）与彩色管节（51）之间的土体，实现隧道开挖过程中地层损失量和动态发展过程的模拟；通过控制放置负载（73）的带轮小车（71）移动，实现模拟隧道开挖引起的卸载效应；通过总输浆管（62）向彩色管节（51）外注入透明凝胶材料（65）、结合透明管（41）尾部的密封圈（42）来模拟壁后注浆过程；通过箍环（52）连接的彩色管节（51）用来模拟隧道上浮、隧道纵向不均匀变形、相邻管节错动；通过设置于既有管线上的应变片（32）、应力计（33）来记录隧道开挖过程中既有管线的变形、内力情况，从而模拟出隧道实际施工过程中对既有管线的影响。