[发明专利]一种江底盾构隧道施工在潮汐荷载作用下的开挖面渗流试验系统

说明书

本发明提供了一种江底盾构隧道施工在潮汐荷载作用下的开挖面渗流试验系统。该系统包括模型箱和盾构隧道模型，盾构隧道模型的主体布置在模型箱内，且模型箱内分层填充土样和水样，可移动面板、伸缩直杆和伸缩杆安装座构成隧道开挖面支撑装置；本发明能用变频水泵装置模拟涌潮区江底盾构隧道上方的潮汐荷载，通过设置不同幅值、不同频率的潮汐荷载工况组合，监测开挖面渗流量变化、开挖面附近土体渗流场变化、各测点土样位移变化、各测点支护压力变化，来研究开挖面渗流规律，进而优化盾构施工参数，实现指导设计与施工。

技术领域

本发明属于盾构隧道开挖面渗流试验系统领域，特别涉及一种江底盾构隧道施工在潮汐荷载作用下的开挖面渗流试验系统。

背景技术

盾构法具有施工速度快、对地面交通影响小等优点，目前已广泛应用于国内外的地铁隧道开挖工程中，尤其对于越江隧道施工，盾构法具有独一无二的优势。采用盾构法施工的涌潮区江底隧道，由于潮汐荷载作用导致透水地层承压水变化频繁，因此潮汐荷载对江底盾构隧道施工期间开挖面稳定性的影响较大，容易引起盾构隧道开挖面渗流量过大甚至发生变形破坏。这一问题已经受到了学术界和工程界的普遍关注。

潮汐荷载对盾构隧道施工的影响主要体现在开挖面渗流量和开挖面稳定性两方面，其中开挖面渗流量可以通过仪器直接观测，而开挖面稳定性则需要通过开挖面各个测点土样的位移、支护压力等来体现。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种江底盾构隧道施工在潮汐荷载作用下的开挖面渗流试验系统，该系统通过变频水泵装置模拟不同幅值、不同频率的潮汐荷载工况组合，利用土样研究江底盾构隧道开挖面渗流试验，分析研究在潮汐荷载作用下江底盾构隧道开挖面渗流情况。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种江底盾构隧道施工在潮汐荷载作用下的开挖面渗流试验系统，能利用土样研究盾构隧道开挖面渗流试验，包括盾构隧道模型和模型箱，所述模型箱内设有竖直的挡土玻璃板和透水挡土钢板，透水挡土钢板和挡土玻璃板将所述模型箱依次分割成注水腔、试验腔和辅助腔，挡土玻璃板的高度与模型箱的高度相同，挡土玻璃板前端面开有半圆形孔；

试验腔下部填充有透水土层，透水土层上方覆盖不透水土层，所述盾构隧道模型为由半圆环混凝土衬砌构成的半圆环柱形结构，水平设置于所述透水土层内，半圆环混凝土衬砌的一端与挡土玻璃板前端的半圆形孔相连，另一端模拟隧道开挖面，设有可移动面板，长方形的侧面贴于模型箱的前壁。可移动面板通过水平的伸缩直杆与模型箱侧壁相连。

所述可移动面板由半圆形透水石和半圆形刚性合金板构成，所述半圆形透水石设置在试验腔一侧，所述半圆形刚性合金板设置在辅助腔一侧，半圆形透水石和半圆形刚性合金板中间为蓄水槽，蓄水槽中的水通过出水导管引出至一量筒。

所述半圆形透水石的试验腔一侧设置有土压力盒，另一侧设置有LVDT位移传感器。

进一步地，还包括变频水泵、储水容器和输水软管，储水容器通过变频水泵和输水软管向注水腔中注水。

一种所述系统的试验方法，该方法为：向注水腔注水，水面高度高于不透水土层的高度，以模拟江底环境，水通过透水挡土钢板渗入到透水土层中，并对可移动面板产生压力，可移动面板压缩伸缩直杆，并往辅助腔方向移动，通过土压力盒和LVDT位移传感器分别获得压力值和位移值；同时透水土层中的水通过半圆形透水石渗入到蓄水槽中，并通过出水导管引出至量筒，获得渗水量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能用变频水泵装置模拟涌潮区江底盾构隧道上方的潮汐荷载，通过设置不同幅值、不同频率的潮汐荷载工况组合，监测开挖面渗流量变化、开挖面附近土体渗流场变化、各测点土样位移变化、各测点支护压力变化，来研究盾构隧道开挖面渗流规律，进而优化盾构施工参数，实现指导设计与施工。

附图说明

图1为本发明中模型箱的正面透视图。