[发明专利]测量盾构施工临近地层变形和应变的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量盾构施工临近地层变形和应变的试验装置。

背景技术

盾构施工因应力扰动诱发隧道周边地层沉降，并进一步危及建筑物的安全，因此地层变形是盾构施工需严格控制的一项重要指标，国内外学者从多方面对其开展了研究，随着城市地铁建设的加快，这一课题近年来也受到越来越多学者的关注。

关于盾构施工对隧道周边地层变形影响的研究常用的方法有经验公式法、解析法、有限元法和室内模型试验法等。其中室内模型试验法是指根据工程实际情况，在实验室内依照相似理论建立模型，进行模型试验研究土体的变形规律。为节省试验费用，室内模型试验法往往基于相似理论，采用小比尺模型进行试验。因室内小模型试验法能较好地控制施工条件，试验周期短，见效快，结果直观，而受到国内外学者较多的关注。

盾构隧道施工室内小比尺模型进行试验能从多方面揭示盾构施工扰动机理、研究各施工因素对地层位移的影响，其已成为研究盾构隧道施工对环境影响的重要方法。但当前的研究对土体变形的测量多采用百分表等机械式位移传感器进行量测，这种方法采集的数据点极其有限；同时，传感器的安装常受到空间限制，而且只能对地表变形进行测量，对地层内部的测量很困难。

发明内容

本发明的目的是解决现有的室内模型试验法中，对土体变形的测量多采用百分表等机械式位移传感器进行量测，这种方法采集的数据点极其有限；同时，位移传感器的安装常受到空间限制，而且只能对地表变形进行测量，对地层内部的测量很困难的问题。

本发明采用的技术方案是：本发明是一种能够真实直观地反映盾构施工诱发隧道周边地层的变形场和应变场的试验装置，试验装置能够用于进行全隧道试验和半隧道试验，试验装置包括箱体为顶面敞口的长方形箱体，该长方形箱体由四块侧面和一块底面拼接构成，四块侧面最好均采用玻璃板，以便于观察和摄像。由于箱体需承担一定的土压，因此底板最好采用钢板，最好采用角钢在箱体周边进行连接加固。在箱体的其中两个相对侧面上对应开设有通孔，采用第一钢管和第二钢管进行全隧道实验，其中第一钢管模拟全隧道、第二钢管的一端模拟开挖面；采用钢块和活动块进行半隧道实验，钢块模拟半隧道、活动块的一端模拟开挖面。

全隧道试验用于研究地层损失引起的地层变形和应变，目的在于揭示盾构开挖注浆不及时或注浆量不足而导致地面沉降的机理。

半隧道试验用于研究隧道在不同埋深下施工时、开挖面前方地层的扰动变形和应变特征及盾构施工推力大小对土层的影响规律。

土层变形的测量采用高清数码相机，数码相机安装在牢固稳定的三角架上，布置于试验箱外适当距离处，镜头的高度与隧道轴线尽量等高，全隧道试验时对隧道横断面土体进行照相，半隧道试验时对隧道纵断面土体进行照相。

本发明的有益效果是：利用实验设备模拟盾构施工过程，利用相机作为数据采集设备对全隧道的横断面和半隧道的纵断面摄影，利用图像处理技术实现隧道周边土体变形和应变的计算与分析，对掌握土层内部变形场和的应力场特性及影响因素、扰动范围、土拱形成机理等的研究上具有突出的优越性。

附图说明

图1为箱体的示意图。

图2为本发明中模拟全隧道的示意图。

图3为本发明中模拟半隧道的示意图。

图4为钢块附近的局部示意图

图5为进行全隧道实验时的示意图。

图6为进行半隧道实验时的示意图。

图中所示：1箱体，2通孔，3钢块，4第一钢管，5第二钢管，6活动块，7照相机，8第一螺纹套筒，9摇柄，10传动杆，11基座，12第二螺纹套筒，13螺杆，14紧固螺母，15照明灯，16拉手，17填充物。

具体实施方式

下面结合图，对本发明做进一步的说明。

实施例1：测量盾构施工临近地层变形和应变的试验装置，包括箱体1，所述箱体至少两个侧面透明，箱体的其中两个相对侧面上均设置有通孔2，箱体侧面上设有能够与该侧内侧壁接触的钢块3，钢块的轴线与设置有钢块的那个侧面平行，两个通孔中一个通孔的直径比另一个通孔大，箱体上还设置有穿过两个通孔的第一钢管4和穿过直径较大的通孔的第二钢管5，第二钢管套接于第一钢管外且与第一钢管活动连接、使得第一钢管与第二钢管能够相对滑动从而模拟开挖，所述钢块所在位置能够对第一钢管和第二钢管进行让位，所述钢块内部为空心结构使得钢块内部能够与箱体的内壁围成一个空间，钢块内部活动连接有活动块6且钢块的轴线方向上至少一侧设置有供该活动块穿出的结构，所述箱体外设置有照相机7。