[发明专利]隧道管幕冻结法施工物理模型实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种隧道管幕冻结法施工物理模型实验装置，其特征在于，所述装置包括：实验平台、加载系统、土体、钢管支架、模拟顶管、冻结系统和数据采集系统；

所述实验平台用于提供安装空间；

所述加载系统包括：

箱体，安装在所述实验平台上；

反力架，位于所述箱体上方并固定安装在所述实验平台上；

液压缸，置于所述反力架和所述箱体之间；

所述土体置于所述箱体内；

所述钢管支架置于所述土体内，用于支撑定位多个所述模拟顶管；

多个所述模拟顶管活动安装在所述钢管支架上以形成管幕并置于所述土体内；

所述冻结系统用于对所述管幕进行冻结以形成冻结壁；

所述数据采集系统用于采集所述管幕的温度信息、位移信息和压力信息；所述数据采集系统包括温度监测子系统、位移监测子系统和压力监测子系统。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述箱体的正面按照管幕分布外轮廓线形成有第一孔洞，所述箱体的背面按照开挖面轮廓线形成有第二孔洞；

所述加载系统还包括：前加劲肋、后加劲肋、前盖板和后盖板，所述前加劲肋连接在所述箱体的正面外侧，所述前盖板与开挖面形状相同，并与所述前加劲肋连接且置于所述第二孔洞中，所述后加劲肋连接在所述箱体的后面外侧，所述后盖板与所述开挖面形状相同，并与所述后加劲肋连接，且封堵于所述第一孔洞。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述顶管支架包括：两块竖板、角钢、连接件；

所述竖板上按照管幕分布轮廓线形成有与多个所述模拟顶管一一对应的圆孔，在所述竖板的底端侧面连接有所述角钢，两块所述竖板间隔设置且经与角钢连接的所述连接件连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集系统的温度监测子系统用于采集所述管幕的温度信息，所述温度监测子系统包括：多个热电偶串、数据采集仪和第一电脑；

在所述热电偶串上分布有3个温度测点，每间隔两根所述模拟顶管设置一个所述热电偶串，所述热电偶串设置在相邻两根所述模拟顶管的中间位置，多个所述热电偶串布置在一个温度测试平面上；

所述数据采集仪与所述热电偶串连接；

所述第一电脑与所述数据采集仪连接，用于分析处理所述温度信息。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集系统的位移监测子系统用于采集所述管幕的位移信息，所述位移监测子系统包括：3个应变仪、3根位移测杆、第二电脑；

在每个所述位移测杆上布置一个所述应变仪，3根所述位移测杆分为中间位移测杆、左位移测杆和右位移测杆，所述中间位移测杆埋设在所述冻结壁的正上方以监测隧道顶部的土地位移情况，所述左位移测杆和右位移测杆分别埋设在所述中间位移测杆的两侧以监测隧道拱腰位置的土地位移情况；

所述第二电脑与所述应变仪连接，用于分析处理所述位移信息。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集系统的压力监测子系统用于采集所述管幕的压力信息，所述压力监测子系统包括：5个压力盒、压力采集仪和第三电脑；

5个压力盒分为：中间压力盒、第一左压力盒、第二左压力盒、第一右压力盒和第二右压力盒，所述中间压力盒埋设在所述管幕的正上方并贴于所述冻结壁的外缘，所述第一左压力盒和第一右压力盒以对称方式分别埋设在所述中间压力盒的左右两侧并贴于所述冻结壁的外缘，所述第二左压力盒和所述第二右压力盒以对称方式埋设在所述中间压力盒的左右两侧并贴于所述冻结壁的外缘，所述第二左压力盒与所述第二右压力盒之间的距离大于所述第一左压力盒与第一右压力盒之间的距离；

所述压力采集仪与所述压力盒连接；

所述第三电脑与所述压力采集仪连接，用于分析处理所述压力信息。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加载系统还包括：高压螺杆；

所述反力架呈十字形；

所述高压螺杆的一端固定在所述实验平台上，另一端通过螺帽与所述反力架的端部的上表面接触。