[发明专利]用于调控泥岩地层盾构上浮的模拟系统及实验方法

说明书

本发明公开了用于调控泥岩地层盾构上浮的模拟系统及实验方法，包括模拟系统包括模型系统、盾构上浮模拟系统、盾构上浮调控系统、传感系统和人工智能处理系统，模型系统包括模型箱、隧道模型、管片模型以及前、后盖板，前、后盖板用于固定管片模型，盾构上浮调控系统为模型箱底部的排水板及与之相连的抽水管和抽泵，传感系统为安装在管片模型上的测量设备，与人工智能处理系统连接。本方案模拟出泥岩隧道盾构施工的工况，并对盾构上浮后形态参数测量，经人工智能处理系统分析和处理后实现自动调控盾构上浮，揭示泥岩地层中盾构上浮机制，为工程施工提供参考建议，达到避免隧道“侵限”，管片错台、破碎、渗水问题的发生。

技术领域

本发明涉及隧道施工模型试验领域，具体涉及用于调控泥岩地层盾构上浮的模拟系统及实验方法。

背景技术

泥岩在我国分布极为广泛，随着我国城市地铁事业不断发展，不可避免地需要在泥岩地区进行盾构施工，由于泥岩含较多的亲水性粘土矿物，当含水率发生变化时就会引起较大的体积变化，易吸水膨胀和失水收缩，且泥岩的可塑性较大，受力后易产生变形，特别是遇水后可产生体积膨胀和失稳，工程稳定性较差，给盾构施工带来了严重的管片上浮问题。因此，如果能掌握不同泥岩地层吸水膨胀规律和盾构上浮机制，就能对应采取相应措施避免盾构隧道“侵限”，管片错台、破碎、渗水事故的发生，因此，如何得到泥岩吸水膨胀规律、盾构上浮机制，为泥岩地层盾构施工提供可靠的技术建议和数据支持，成为泥岩地层施工过程中亟待解决的重要任务。

现有技术中，在泥岩地层进行盾构施工时，绝大多数的工程都是因地制宜，根据工程所遇到的实际情况采取相应对策，并未形成一套有效的方法、对策。公开号为CN108872297A的中国专利公开了“一种盾尾注浆浆液凝结及管片上浮过程模型试验装置”该模拟试验系统存在以下问题：不能真实模拟出泥岩地层中由于泥岩吸水膨胀产生浮力造成管片上浮问题，并且无法实现自动制止盾构上浮并消除盾构上浮。另外，也有的工程采用有限元建立模型进行分析，但这种有限元分析方法理论性太强，并不能代替现实的泥岩地层盾构上浮状况，往往通过人为引入技术参数，参考意义和应用价值不大，因此，亟需一种实验室系统设备，该系统设备能简单操作，同时能模拟实际工程中管片在浆液未凝结时的上浮过程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，目的在于提供用于调控泥岩地层盾构上浮的模拟系统及实验方法，针对在泥岩地层盾构施工过程中无法预先得到泥岩吸水膨胀规律和盾构上浮机制，导致施工过程时不能为工程施工调控泥岩地层盾构上浮提供参考和有效建议，进而导致无法事先预防管片错台、破碎、渗水等事故问题，提供一种用于调控泥岩地层盾构上浮的模拟系统及实验方法，该模拟系统包括模型系统、盾构上浮模拟系统、盾构上浮调控系统、传感系统和人工智能处理系统，通过模型系统模拟出泥岩地层盾构施工情况，通过盾构上浮模拟系统模拟盾构上浮情况，通过盾构上浮调控系统制止盾构上浮，依靠传感系统对盾构上浮形态参数进行测量，并利用人工智能处理系统进行分析、处理、调控，揭示泥岩吸水膨胀的动态演变规律和盾构上浮机制并自动调控盾构上浮，消除盾构上浮现象，从而为工程施工调控管片上浮提供参考和有效建议，有效避免管片错台、破碎、渗水等问题的发生。

本发明通过下述技术方案实现：

用于调控泥岩地层盾构上浮的模拟系统及实验方法，包括模型系统、盾构上浮模拟系统、盾构上浮调控系统、传感系统以及人工智能处理系统，其中，所述模型系统包括用于盛装泥岩的模型箱、隧道模型、管片模型和前、后盖板，所述模型箱前后分别开设有安装隧道模型的隧道孔，使所述隧道模型能架设于隧道孔上且能从孔内推出，进而形成模拟盾构开挖泥岩隧道；

所述盾构上浮模拟系统包括注水管、输水管和微型水泵，所述注水管水平铺设于隧道模型下部一定距离，与所述输水管和所述微型水泵连接，用于压力注水，迫使泥岩产生浮力；

所述盾构上浮调控系统包括排水板、抽水管和抽泵，所述排水板平铺于模型箱底部，与所述抽水管和所述抽泵连接，用于消除泥岩浮力，制止盾构上浮；