[发明专利]急弯曲隧道模型试验装置及其方法

权利要求书

1.一种急弯曲隧道模型试验装置，其特征在于：包括有以下试验组件，

沙箱，用于在内部填充模拟试验的土层，在土层表面铺设有若干沉降观测点；

模拟盾构机，包括具有不同曲率的外壳、以及电机驱动系统，以模拟在沙箱中实施盾构作业；

地表沉降监测系统，包括激光位移传感器，以在盾构作业开挖过程中进行地表沉降数据监测、并获得土层沉降与急弯曲隧道曲率之间的对应关系、为后续现场施工提供指导。

2.根据权利要求1所述的急弯曲隧道模型试验装置，其特征在于：所述的沙箱，具有箱体(6)和活动连接的前箱板(1)；

在前箱板(1)设置有供模拟土压盾构机进出的圆形开口(2)，圆形开口(2)的尺寸与模拟土压盾构机最大直径的刀盘相同；

在前箱板(1)两侧设置有数个螺栓孔(3)，在沙箱的箱体(6)前部对应地设置有数个定位口(8)，在箱体(6)前部设置有用以将前箱板(1)插入的滑槽(7)；

在箱体(6)顶部，设置有用于安装激光位移传感器的承重梁(10)。

3.根据权利要求2所述的急弯曲隧道模型试验装置，其特征在于：在所述的圆形开口(2)上，配置有模拟开挖断面尺寸的不同孔径的垫片(4)。

4.根据权利要求1、2或3所述的急弯曲隧道模型试验装置，其特征在于：所述的模拟盾构机，其外型结构与实际使用的盾构机等比例缩小；

模拟盾构机配置有不同直径尺寸的刀盘(15)和径向排列的刮刀(16)；

模拟盾构机电机驱动系统，包括有电源、电动机、减速器和驱动刀盘大齿轮的小齿轮。

5.根据权利要求4所述的急弯曲隧道模型试验装置，其特征在于：所述的地表沉降监测系统，包括有安装于承重梁(10)的激光位移传感器；

所述的激光位移传感器，其发射端(12)对准所铺设的地表沉降监测点(11)，返回的激光信号由接收端(13)接收。

6.应用如根据权利要求1至5所述急弯曲隧道模型试验装置的试验方法，其特征在于：采用模拟盾构机在沙箱中开挖以模拟在隧道中掘进作业，通过多种地层深度、不同转弯半径的模拟，由激光位移传感器测量沙箱中土体的地表沉降情况，模拟出急弯曲隧道施工过程中的地层荷载效应，实现急弯曲隧道现实施工与室内模型试验的相似性转化。

7.根据权利要求6所述急弯曲隧道模型试验方法，其特征在于：所述的模拟盾构机采用3D打印制作而成。

8.根据权利要求6或7所述的急弯曲隧道模型试验方法，其特征在于：所述的激光位移传感器采用三角测量方法。

9.根据权利要求8所述的急弯曲隧道模型试验方法，其特征在于：将前箱板(1)在箱体(6)前部的固定位置进行调整，以通过圆形开口(2)的垂向位置模拟出不同地层深度的土层条件。

10.根据权利要求8所述的急弯曲隧道模型试验方法，其特征在于：选择不同直径尺寸的圆形开口(2)，以模拟不同刀盘(15)的直径大小。