[发明专利]大型下沉式盾构掘进机综合模拟试验平台

说明书

技术领域：

本发明涉及用于隧道工程的模拟试验装置，具体涉及的是一种大型下沉式盾构掘进机综合模拟试验平台，属于隧道工程技术领域。

背景技术：

为了满足不同地区、不同地质条件下的地铁或越江越海隧道建设施工的需要，根据工程的具体工况条件对盾构掘进机进行合理的选型是必要的。盾构选型有各种方法，如理论分析等，而通过模拟试验的方法来研究盾构掘进机在地下施工隧道时的特性，从而选择合理的盾构掘进机型式是一种科学、有效的方法。国内外一些企业、科研机构和大学都建立相关的实验室以设计建造相应模拟试验台来进行这一特定的工程试验，如上海隧道工程股份有限公司就研制了大型盾构掘进模拟试验平台以进行盾构施工试验。盾构施工的模拟试验就是通过一定的方式给模拟试验台中模拟盾构掘进机周围的土体施加一定的压力，使试验土体充分模拟盾构掘进机施工过程中的实际土层，从而研究盾构掘进机在不同地质条件、不同施工深度进行施工时的土体的特性、盾构掘进机的特性以及机土之间的相互作用关系，从而为盾构掘进机选型提供依据。

中国专利ZL200410089260.7公开了一种大型盾构掘进模拟试验平台和中国专利ZL200410089262.6公开了一种模拟盾构掘进机试验用的模拟土箱。该专利所述模拟试验平台采用水平放置的圆柱形密闭土箱，其中装入模拟土体，该土体外侧设置有囊袋加载系统，通过水泵将清水经过压力调节回路输送到囊袋中以对模拟土体进行加载，并且土体中设有压力传感器对所产生的土体压力进行检测。上述压力调节回路分为五支，每支回路依次设置有减压阀、止回阀和蝶阀，单支回路所连通的囊袋布置在土箱的同一个圆形断面上，每支回路可以单独手动调节压力。模拟试验就是通过囊袋加载系统对土体施加按一定规律分布的压力，来模拟盾构掘进机在地下不同深度施工的情况，该囊袋加载系统加载压力最大为0.4MPa，其最大模拟土层深度为22m。

上述现有盾构掘进模拟试验平台存在有如下不足：

1、每次试验不能模拟盾构掘进的完整过程——模拟土箱结构过于简单，无法通过一次试验模拟盾构从出洞、掘进到进洞的完整的施工全过程。

2、试验不能忽略边界效应，影响结果的准确性——在盾构正常掘进状态下，其周边一定边界范围之内的土体特性会对盾构的扰动作出正常响应，当该边界范围内出现干扰因素时，则土体特性的响应会发生异常，这一现象称之为“边界效应”。背景专利中试验平台的圆柱形土箱结构和尺寸较小，只有因而其箱壁极容易落入模拟盾构的土体特性响应的边界范围之内，从而使土体特性响应不同于盾构正常掘进状态而出现异常，同时试验测得的数据也产生误差，导致模拟试验结果失真而无法反映盾构掘进机在地下施工的真实情况。

3、囊袋加载系统对土体压力的模拟与实际情况有一定差异——背景专利中囊袋加载系统中的囊袋在圆柱形土箱中沿模拟盾构的周围布置，其布置方式不能模拟出上下不同土层的压力，此外该囊袋加载系统只包含五支回路，只能设置五个不同压力并且需要手动调节，另外，囊袋加载系统只能产生0.4Mpa的土体压力，因此其模拟土层深度较浅只有22m。总之，原有的囊袋加载系统对土层的模拟是不充分的，与实际情况有相当差距。

4、加载囊袋容易发生损毁而影响试验——囊袋加载系统中的囊袋为柔性构件，在向土箱中填充土体的过程中极易受到损坏，尤其与水路连接的部位容易折断，因而导致试验的中断。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有大型盾构掘进模拟试验平台的缺陷，提供一种新型的大型下沉式盾构掘进机综合模拟试验平台，其能够实现对多种类型地层不同深度土体受力状态的模拟，充分忽略模拟盾构掘进过程边界效应，达到在一次试验中模拟从出洞到进洞的盾构掘进施工全过程的效果，减少加载系统损坏对试验的影响。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：