[发明专利]一种模拟类矩形盾构推进造成地层损失的装置和方法

说明书

本发明涉及地下工程技术领域，特别涉及一种模拟类矩形盾构推进造成地层损失的装置和方法。该装置包括室内模型箱；类矩形盾构模型装置；量测系统；模型箱为可视化钢化玻璃箱；类矩形盾构模型装置包括内管、外管、PE膜、钢珠、薄膜（PE膜或TPU膜）；量测系统主要为位移计。本发明通过内管外侧薄膜的层数和外管内侧的钢珠直径的改变来模拟类矩形盾构施工产生的不同地层损失。本发明通过外膜的设置能减小在外筒拔出过程中的土体损失，提高试验准确性。

技术领域

本发明涉及地下工程技术领域，特别涉及一种模拟类矩形盾构推进造成地层损失的装置和方法。

背景技术

盾构隧道施工具有掘进速度快、对周围环境影响小、施工安全性相对较高等优点。类矩形盾构作为一种较新的盾构形式，具有一定的研究意义。一种新型盾构工法：随着盾构隧道工程技术的发展，单圆盾构隧道受力的不合理性逐渐凸显，因此，拥有较高空间利用率且受力趋于合理的类矩形盾构隧道应运而生。类矩形盾构工法已经在我国宁波地铁3号线工程中得到应用。而在类矩形盾构推进过程中，会引起周围土体地层损失，难免会对周围地下管线及建筑物造成影响。对此，有必要进行深入研究，来协助确保施工过程中的安全。

在研究过程中，现场测试存在很多不确定因素，故大多采用室内缩尺寸模型试验，依据现有资料得出，类矩形盾构机相关的研究实验较少。王海涛等研究隧道开挖对周围管线的影响采用的盾构隧道为套筒模型机，此类盾构机模拟试验存在以下不足：①对于套筒式的简易模型装置很多都忽略了大筒在拔出过程中管筒与土体的摩擦力，造成较多土体溢出从而影响实验结果的准确性；②这种套筒式的模型装置一组管筒尺寸确定一个土体损失，对于盾构施工过程中造成的不同土体损失的研究存在局限性；③针对大型模型试验或现场实验而言，费用远高于本套系统自制的模拟类矩形盾构推进造成地层损失装置。鉴于试验的需要，一种模拟类矩形盾构推进造成地层损失的装置能更便于研究的进行，获得的试验数据能为将来实际施工提供理论基础。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明的一个目的是提供一种模拟类矩形盾构推进造成地层损失的装置，能够分析同一工况下不同土体损失造成的地面沉降，通模型箱试验进行模拟类矩形盾构推进试验，从而探究推进造成的地层损失。本发明的另外一个目的提供一种模拟类矩形盾构推进造成地层损失的方法。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种模拟类矩形盾构推进造成地层损失的装置，该装置包括室内模型箱单元、类矩形盾构模型装置单元和测试仪器单元，所述的室内模型箱单元包括模型箱，模型箱的前、后两侧分别设置有安装孔，类矩形盾构模型机单元包括外管、内管和钢珠，外管的两端架设在安装孔上，内管穿设在外管内，内管的一端与模型箱后侧相固定，所述的外管的外侧通过润滑油包裹一层PE膜，所述的钢珠设置在外管和内管前端顶部的间隙内；所述的测试仪器单元包括在类矩形盾构模型机上方垂直方向的地层安置一排位移计，位移计用于测试类矩形盾构推进造成的地层沉降，并将获得的数据进行处理，得到沉降曲线。

作为进一步改进，所述的内管的表面设置有多层PE膜或单层或多层TPU膜。

作为进一步改进，所述的模型箱前、后面均由有机玻璃和方钢管组成，有机玻璃设置在方钢管的外侧，左、右面均由钢板和方钢管拼接而成，底面由钢板和方钢管拼接而成。

作为进一步改进，所述的模型箱左、右面一侧钢板设计为可拆卸。

作为进一步改进，所述的外管另一端两侧对称设置便于设置绳索拉出模型机的预留孔洞。

作为进一步改进，所述的类矩形盾构模型机单元内管的一端设计成可与模型箱连接固定，且固定装置可拆卸。

作为进一步改进，所述的外管外侧标注刻度线。

作为进一步改进，所述的将位移计每隔10cm布置一个，且与隧道垂直与平行处均进行布置。