[实用新型]一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层空洞的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于地下工程试验技术领域，可以模拟地铁盾构隧道施工所引发的不同形状及规模的地层空洞，为研究空洞坍落及扩展机制的模型试验提供了依据。

背景技术

在城市地铁建设中，盾构法由于其施工速度快、对周围环境影响小等特点得到了越来越广泛的应用。盾构法隧道施工技术经过一百多年的发展，虽然有了很大的进步，但仍然不可避免地引起周围地层扰动，引起周边土体的应力释放及地层变形，极易带来地表塌陷、既有建筑物变形等一系列问题，盾构开挖所造成的事故中，盾构施工诱发的地层空洞导致的地表塌陷事故占事故总数的60％，地层空洞诱发的地面塌陷事故由于其发生的不确定性、滞后性、突然性而导致发生事故后造成的危害较大。因此，针对盾构施工所诱发地层空洞的演变及扩展机理及其所引发的的地表沉降塌陷问题开展深入研究是非常必要的。

目前关于盾构施工所诱发地层空洞的演变及扩展机理及其所引发的的地表沉降塌陷的研究所采用的主要方法有现场测试法、数值计算法和室内模型试验法。室内模型试验基于相似理论，利用与原型在几何、材料等方面的相似的模型开展试验，具有可人为控制和改变试验条件，可进行重复性试验，效果直观清楚，周期短等特点，在隧道及地下工程研究领域得到了广泛的应用。

现有的模拟装置与方法中，存在一个共同的缺点，就是在对于地层空洞的模拟中，无法体现地层空洞在形状及规模上的不确定性，通常只是将地层空洞简化为某一特定的形状(如圆形或椭圆形)。然而，在实际工程中，盾构施工所引发的地层空洞形状是极不规则的，空洞规模亦存在很大的不确定性，将其近似为特定形状进行的研究，试验结 果往往与实际情况偏差较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供盾构施工引发地层空洞模型试验中不规则形状地层空洞的试验装置。该试验装置能较好的解决现有模型试验中地层空洞难以模拟及空洞形状无法控制的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层空洞的试验装置，包括空洞模型、试验模型箱(8)、加热控制装置(7)、试验土体(9)、LVDT位移计(10)、带孔的钢制隧道模型(11)、开关阀门(13)、量筒(14)；所述空洞模型用于模拟不规则形状的地层空洞，空洞模型包括聚氨酯液囊(3)、电阻丝(4)、第一导管(5)和第二导管(6)，第一导管(5)和第二导管(6)设置在聚氨酯液囊(3)上并连通到聚氨酯液囊(3)内部，电阻丝(4)穿过聚氨酯液囊(3)上的第二导管(6)连接到加热控制装置(7)；试验模型箱(8)中填充试验土体(9)，在试验土体(9)表面设置LVDT位移计以测量地表位移(10)。

所述的试验装置，还包括制作空洞模型的聚氯乙烯塑料(1)和钢丝网(2)，钢丝网(2)铺衬在聚氯乙烯塑料(1)内部，聚氨酯液囊(3)外表面与钢丝网(2)紧密贴合在一起。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型利用液态水形状易改变的特点，将盛有液态水的容器预先设定形状，充满水后将其冷冻为固态的冰，可在一定时间内保持形状不变，此方法可有效解决形状不规则地层空洞难以模拟的问题。

2、以往的模型试验中，地层空洞一般只能一次性生成，本实用新型通过液囊内设置的电阻丝控制冰块融化时间，从而达到控制地层空洞形成时间的目的，可用于研究地层空洞形成的时间快慢对于地表沉降的影响。

3、本实用新型通过在隧道模型上设置孔道将出水导管和电阻丝加热装置与外界连接，有效的避免了导管埋设在土体中对土体所造成的扰动问题，使模型试验更接近于工 程实际情况。

附图说明

图1为本实用新型所述用于模拟不规则形状地层空洞装置图；

图2为实用新型所述模型箱及地层空洞模拟系统装置正视图；

其中，1、聚氯乙烯塑料；2、钢丝网；3、聚氨酯液囊；4、电阻丝；5、第一导管；6、第二导管；7、加热控制装置；8、试验模型箱；9、试验土体；10、LVDT位移计；11、钢制隧道模型；12、冷冻箱；13、开关阀门；14、量筒。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。