[实用新型]台阶法施工隧道围岩及支护结构力学特性实验系统

说明书

本实用新型公开了一种台阶法施工隧道围岩及支护结构力学特性实验系统，将已安装监测元件的土体置于指定试验位置，人工模拟台阶法施工，利用数据采集系统将隧道开挖过程中围岩和支护结构的力学参数采集并传输至数据处理中心，与现场实测数据对比分析。改变围岩物理参数，重复进行模拟试验，探究不同围岩参数下，进行超前小导管的埋设与注浆对于隧道施工而言的可靠性。本实用新型提供一种相对准确的试验系统及方法，对于研究隧道施工有极其重要的意义。

技术领域

本实用新型涉及一种台阶法施工隧道围岩及支护结构力学特性实验系统。

背景技术

随着社会经济的发展，地上空间逐渐难以满足交通的要求，地下工程显得尤为重要。地铁作为地下交通最为重要的组成部分，近年来数量越来越多。然而在地铁施工的过程中，会遇到复杂的地质环境，其中不良的地质条件会使隧道开挖过程中容易遭受包括塌方和突水在内的危害。

目前国内对于隧道台阶法施工在含水率不同的情况下设计的实验研究还不充分，缺乏有效的模拟隧道施工与现场环境的模型试验的理论支撑，尤其是在含水率较高的情况下超前小导管预注浆的影响。

针对以上目前存在的问题，需要提出一种实验模型及试验方法用于研究不同含水率下隧道台阶法施工的可靠性。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种台阶法施工隧道围岩及支护结构力学特性实验系统，本实用新型能够利用相似室内模型试验模拟隧道台阶法施工，从而获取开挖掌子面及其前方不同截面的力学特征，尤其是在含水率较高的情况下进行超前小导管的埋设与注浆的影响。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种台阶法施工隧道围岩及支护结构力学特性实验系统，包括试验土体构造单元、土体容纳装置、台阶法开挖单元、数据采集单元以及数据处理中心，其中：

所述土体构造单元，根据不同待试验的土体参数对现场土体的重塑，重塑过程中在围岩衬砌部分与开挖断面部分埋设监测元件；

所述土体容纳装置，具有一定容纳空间，容纳并固定重塑后的试验土体监测所用的试验土体；

所述台阶法隧道开挖单元，自动模拟现场台阶法开挖隧道过程；

所述数据采集单元，接收土体构造单元内的监测元件所得数据传输至数据处理中心；

所述数据处理中心接收监测数据，根据不同的检测数据确定不同围岩参数下台阶法施工隧道围岩及支护结构力学特性。

进一步的，所述土体构造单元，对待模拟试验的土体的c、值(其中c值为粘聚力，值为内摩擦角)以及含水率进行测定，得到土体参数，进行土体重塑。

进一步的，重塑的土体模型与现场土体为等比例，满足受力分析下的各项力学指标，比例控制在1:15至1:25之间，更优选地，将模拟比例调整为1：20。

进一步的，监测元件包括位移计、应变计或多点位移计，埋设于监测围岩衬砌部分与开挖断面部分，测量衬砌土压力、断面土压力与地层沉降。

优选地，所述监测元件共包含多组，包括间隔设置在开挖断面前不同距离处处，构成监测面系统，每组监测面共计多条监测线，位于隧道上部，相隔两条监测线相差一定角度，每条监测线上均设置多个监测元件。

进一步的，所述土体容纳装置，包括钢制壳体，所述壳体上设置有钢化玻璃，以观察施工进度，所述壳体至少一侧设置有隧道入口。

优选的，所述土体容纳装置的壳体下端设置有行走机构，如万向轮等，方便移动。