[发明专利]急弯曲隧道模型试验装置及其方法

说明书

本发明所述的急弯曲隧道模型试验装置及其方法，以期为急弯曲线盾构隧道在实际设计施工中的重要参数选取与工程病害规避，探索出地层荷载效应变化、并给出相应的合理建议。为实现上述设计目的，所述一种急弯曲隧道模型试验装置主要包括有以下组件：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。

技术领域

本发明涉及一种急弯曲隧道模型试验装置及其方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。

目前，隧道施工常见的与最主要方法是盾构法。由于城市地下工程大多埋深较浅，地下空间开发使城市地下管线、桩基密布，且开挖地段常伴有复杂的地面情况及地质条件，使得某些情况下隧道线路的规划不得不采取小曲率半径的急转弯方式来实现转向，而急转弯隧道的形式势必对隧道的设计施工带来极大的挑战。

因此，急弯曲隧道设计施工就显得尤为重要。

在现有已建成的盾构隧道当中，施工中可能造成的盾构机姿态调整难度大、盾构机被卡等问题层出不穷，在设计施工难度更大的急转弯盾构隧道工程中，如果处理不当，以上问题必然会更加频繁地出现，盾构隧道最小转弯半径的取值不仅与盾构机的尺寸有关，还与隧道曲率大小影响的地表沉降有关。

有鉴于此，特提出本专利申请。

发明内容

本发明所述的急弯曲隧道模型试验装置及其方法，其目的在于解决上述现有技术存在的问题而提供一种急弯曲隧道模型试验装置、以及基于该装置实施的试验方法，以期为急弯曲线盾构隧道在实际设计施工中的重要参数选取与工程病害规避，探索出地层荷载效应变化、并给出相应的合理建议。

为实现上述设计目的，所述一种急弯曲隧道模型试验装置主要包括有以下组件：

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。

如上述基本方案，采用小型模拟盾构机在沙箱中进行开挖作业，通过模拟不同地层深度、不同转弯半径条件下的盾构隧道开挖过程，由地表沉降监测系统分析出对地层破坏的影响，从而能够实现隧道现实工程与室内模型试验之间较高真实度的相似转化。

采用地表沉降监测系统，以高精度激光位移传感器进行测量沙箱中土体的地表沉降情况，以最大限度地模拟急弯曲隧道施工过程中的地层荷载效应。

针对沙箱的进一步改进与优选方案是，沙箱具有箱体和活动连接的前箱板；

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

在前箱板两侧设置有数个螺栓孔，在沙箱的箱体前部对应地设置有数个定位口，在箱体前部设置有用以将前箱板插入的滑槽；

在箱体顶部，设置有用于安装激光位移传感器的承重梁。

另外，可在所述圆形开口上，配置有模拟开挖断面尺寸的不同孔径的垫片。