[发明专利]一种盾构施工对场地扰动的模拟装置与方法

权利要求书

1.一种盾构施工对场地扰动的模拟装置，其特征在于：所述装置包括试验土箱(1)、隧道衬砌模型(3)、同步注浆系统及掌子面支护系统；

所述同步注浆系统包括环形气囊(4)、导管(7)与压力控制系统(6)；所述环形气囊(4)根据单步盾构开挖长度确定分段宽度，内部填充气体或液体；

所述掌子面支护系统包括柱状气囊(5)、导管(7)与压力控制系统(6)；所述柱状气囊(5)内部填充气体或液体；

所述试验土箱(1)内部装有试验土体(2)，所述隧道衬砌模型(3)为空心圆柱体，所述圆柱体的侧面四周设置环形气囊(4)，所述圆柱体的底面临近土体一侧设置柱状气囊(5)，在环形气囊(4)和柱状气囊(5)临近土体一侧设置土压力盒(8)。

2.根据权利要求1所述的一种盾构施工对场地扰动的模拟装置，其特征在于：所述试验土箱(1)的材料为厚钢板或部分采用透明有机玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种盾构施工对场地扰动的模拟装置，其特征在于：所述隧道衬砌模型(3)的最低端距离试验土箱(1)底板、隧道衬砌模型(3)的侧边距离试验土箱(1)的前侧板或后侧板均不小于隧道衬砌模型(3)直径尺寸的5倍。

4.根据权利要求1所述的一种盾构施工对场地扰动的模拟装置，其特征在于：所述隧道衬砌模型(3)为空心薄壁管件。

5.根据权利要求1所述的一种盾构施工对场地扰动的模拟装置，其特征在于：所述环形气囊(4)为圆环状；所述柱状气囊(5)为圆柱状，嵌于隧道衬砌模型(3)内部。

6.根据权利要求1所述的一种盾构施工对场地扰动的模拟装置，其特征在于：所述环形气囊(4)和柱状气囊(5)采用橡胶材质。

7.根据权利要求1所述的一种盾构施工对场地扰动的模拟装置，其特征在于：所述环形气囊(4)和柱状气囊(5)通过导管(7)连接于压力控制系统(6)。

8.一种权利要求1～7任一权利要求所述盾构施工对场地扰动的模拟装置的使用方法，其特征在于：所述方法为：

在试验土箱(1)内采用砂雨法或击实法分层填筑试验土体(2)至预定隧道同步注浆体底端所处位置处，埋设传感器(9)，所述传感器(9)包括微型土压力传感器、位移传感器、孔压传感器，获取盾构过程中应力、位移、超孔压；

安装隧道衬砌模型(3)、同步注浆系统及掌子面支护系统，在环形气囊(4)和柱状气囊(5)临试验土体一侧安装土压力盒(8)，用于周围土体与支护间的接触应力测试；

继续填筑试验土体至预定地表，填筑过程中埋设传感器(9)，所述传感器(9)包括微型土压力传感器、位移传感器、孔压传感器，获取盾构过程中应力、位移、超孔压，填筑过程注意已埋设传感器电缆(11)的保护；

在对盾构隧道周围土体扰动研究中，柱状气囊(5)不进行调节；根据盾构开挖时间步序，逐个将环形气囊(4)内部压力缓慢减小为零；同时，依据同步注浆时间步序，再逐个将环形气囊(4)内部压力缓慢增加到预定注浆压力并保持；

在对盾构隧道掌子面前方土体扰动研究中，环状气囊(4)不进行调节，对柱状气囊(5)内部压力进行升高或降低；

根据实验过程中采集的应力、位移、超孔压，绘制随盾构掘进的等值线图，从而获得盾构过程对土体的扰动范围变化和剪胀力影响范围、分布规律。