[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

说明书

本发明提供了一种隧道管幕冻结法施工物理模型实验装置及实验方法，属于隧道工程技术领域。该装置包括：实验平台，用于提供安装空间；加载系统包括：箱体，安装在实验平台上；反力架，位于箱体上方并固定安装在实验平台上；液压缸，置于反力架和箱体之间；土体，置于箱体内；钢管支架，置于土体内；多个模拟顶管，活动安装在钢管支架上以形成管幕并置于土体内；冻结系统，用于对管幕进行冻结以形成冻结壁；数据采集系统，用于采集管幕的温度信息、位移信息和压力信息。本发明提供的隧道管幕冻结法施工物理模型实验装置可以对管幕冻结法进行现场模拟，对管幕冻结法进行全面系统的研究，为管幕冻结法的进一步推广使用提供参考依据。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体而言，本发明涉及一种隧道管幕冻结法施工物理模型实验装置及实验方法。

背景技术

管幕冻结法是采用顶管形成的管幕作为承载结构体，人工冻结形成的冻土作为止水帷幕，充分地结合了管幕法与人工地层冻结法的优点的一种新的隧道施工工法。该工法是一种适合于饱和富水软土地层的浅埋超大断面隧道新型施工方法。目前缺少对该工法全面系统的研究，这对该工法进一步的推广利用是十分不利的。相似模型实验是一种形象直观的研究方法，已经在地下工程结构研究中的到了广泛的运用。如何对管幕冻结法进行相似模型实验成为当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道管幕冻结法施工物理模型实验装置及实验方法，以至少解决现有技术中存在的无法对管幕冻结法进行相似模型实验的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种隧道管幕冻结法施工物理模型实验装置及实验方法，其技术方案如下：

一种隧道管幕冻结法施工物理模型实验装置，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。

在如上所述的装置中，优选地，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。

在如上所述的装置中，优选地，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。

在如上所述的装置中，优选地，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。