[发明专利]一种模拟暗挖地铁车站的模拟试验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟暗挖地铁站的模拟试验装置，其特征在于：包括模型箱体、车站拱盖模型、车站主体模型以及监测装置，所述模型箱体的前侧壁开设有操作通口（11），且操作通口（11）处拼接有多组并排布置的前向挡板（12）；所述车站拱盖模型、车站主体模型均布置于模型箱体中，所述车站主体模型包括承重底板（31）、承重柱（32），所述承重底板（31）水平布置于模型箱体中，所述承重柱（32）固定安装于承重底板（31）上并保持竖直布置，所述车站拱盖模型布置于承重柱（32）顶部；所述监测装置包括伸缩式位移计、应变片、土压力盒，所述伸缩式位移计、应变片、土压力盒布布置于所述车站拱盖模型上方并埋设于模型箱体内的填土中。

2.根据权利要求1所述的一种模拟暗挖地铁站的模拟试验装置，其特征在于：所述模型箱体包括底板支座（13）、横向支撑件（14）、竖向支撑件（15）、侧向挡板（16）、背向挡板（17），竖向支撑件（15）包括竖直布置的在底板支座（13）上方的多组，各组竖向支撑件（15）固定安装于底板支座（13）的左右两侧，横向支撑件（14）包括书评布置在底板支座（13）上方的多组，各组横向支撑件（14）固定连接至竖向支撑件（15）上并布置于模型箱体的左右两侧、背侧位置处，侧向挡板（16）布置于模型箱体的左右两侧并固接至对应的横向支撑件（14）、竖向支撑件（15）上，背向挡板（17）布置于模型箱体的背侧并固接至对应的横向支撑件（14）上。

3.根据权利要求2所述的一种模拟暗挖地铁站的模拟试验装置，其特征在于：所述模型箱体还包括有多条并排布置的挂梁（18），挂梁（18）布置于模型箱体顶部并与所述横向支撑件（14）固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种模拟暗挖地铁站的模拟试验装置，其特征在于：所述车站主体模型还包括连接底座（33）、定位板，连接底座（33）嵌套固定于承重底板（31）之上；所述承重柱（32）固定连接至连接底座（33）顶面，定位板上开设有多组与承重柱（32）外壁嵌套吻合的定位孔，定位板与各组所述承重柱（32）保持嵌套插接。

5.根据权利要求4所述的一种模拟暗挖地铁站的模拟试验装置，其特征在于：所述承重底板（31）上表面固定有多组定位块，连接底座（33）下表面开设有与定位块嵌套吻合的定位槽，所述承重底板（31）与连接底座（33）通过定位块、定位槽嵌套组合。

6.根据权利要求1所述的一种模拟暗挖地铁站的模拟试验装置，其特征在于：所述车站拱盖模型包括拱顶结构、初支结构，拱顶结构包括弧形结构（211）、L型结构（212），L型结构（212）固定连接至弧形结构（211）两侧，初支结构包括固定安装于弧形结构（211）下表面的中隔墙支撑件（221）、边隔墙支撑件，边隔墙支撑件布置于中隔墙支撑件（221）的两侧；中隔墙支撑件（221）与边隔墙支撑件之间的空间设置为中导洞（223），边隔墙支撑件与L型结构（212）之间的空间设置为边导洞（224）；L型结构（212）底部布置于所述支撑柱顶部。

7.根据权利要求6所述的一种模拟暗挖地铁站的模拟试验装置，其特征在于：所述中隔墙支撑件（221）、边隔墙支撑件上均开设有均匀布置的连通孔（225）。

8.根据权利要求1所述的一种模拟暗挖地铁站的模拟试验装置，其特征在于：还设置有数据收集处理装置，且数据收集处理装置包括位移数据采集装置、应力应变数据采集处理装置以及计算机，位移数据采集装置通过数据线与所述伸缩式位移计相接，应力应变数据采集处理装置通过数据线与所述应变片、土压力盒相接，位移数据采集装置、应力应变数据采集处理装置还与计算机信号连接。

9.一种模拟暗挖地铁站的模拟试验方法，其特征在于，对权利要求1-8所述的模拟暗挖地铁站的模拟试验装置应用并进行模拟试验，包括如下步骤：

S1，模拟试验装置的构建：

将组装完成的模型箱体中装入配套组合的车站主体模型、车站拱盖模型，同时完成填土、监测装置的安装工作，静止一段时间待土体强度达到设计数据后，移除阻挡车站主体模型、车站拱盖模型的前项挡板；

S2，第一工作循环：

对左、右两侧的中导洞（223）进行开挖掘进，每侧的中导洞（223）开挖工作至少包括两个掘进阶段，每个阶段完成后，利用石膏对中导洞（223）的挖掘空间进行二次衬砌，待石膏衬砌强度满足设定要求后，进行下一阶段的掘进工作；

S3，第二工作循环：

对左、右两侧的边导洞（224）进行开挖掘进，每侧的边导洞（224）开发工作至少包括两个掘进阶段，每个阶段完成后，利用石膏对边导洞（224）的挖掘空间进行二次衬砌，带石膏衬砌强度满足设定要求后，进行下一阶段的掘进工作；

S4，车站主体结构掘进：

通过第一工作循环、第二工作循环对车站拱盖结构开挖掘进后，采用台阶法对车站主体模型中的填土进行由上至下开挖，每次开挖工作完成后，利用石膏对两侧承重柱（32）之间的空隙进行衬砌并形成边壁；

S5，监测数据处理：

在所述步骤S2-4进行过程中，通过伸缩式位移计、应变片、土压力盒对位移、应力应变进行监测，并通过位移数据采集装置、应力应变数据采集装置对相关数据进行采集，以绘制相关数据根据开挖阶段的数据变化曲线，同时将个数据实时传输至计算机进行处理进行数值模拟试验，以确定各项数据关于掘进进程的变化状态；

S6，规律总结：

在所述步骤S5的基础上，获得模型箱体试验和数值模拟试验下开挖车站拱顶部分的沉降规律、应力应变变化规律以及上部土压力变化规律，为实际开挖车站的工程设计及施工方案做出指导。