[发明专利]一种适用于室内盾构掘进模拟系统及模拟方法

说明书

本发明公开了一种用于室内盾构掘进模拟的实验模型以及其模拟方法，包括无盖透明实验槽、盾构系统和监控量测系统，其中无盖透明实验槽，通过填充实验室预制好的土来模拟实际盾构掘进环境，通过模型的深度来模拟盾构施工深度的影响；盾构掘进系统，由盾构机、管片、输液管道、排液管道、伺服推进器、伺服泵、橡胶筒与橡胶圆环组成，用来模拟盾构施工以及注浆的过程，通过推进伺服器以及排水管道的排水速率来控制盾构行进速度，通过输液管道的输液速度以及输液量模拟盾构同步注浆的注浆量；后期可通过在土体上方施加不均匀荷载来模拟盾构施工对邻近建筑物的影响，即模型的二次开发性较好。

技术领域

本发明是一种实验模型及其模拟方法，适应于模拟盾构施工过程中的地表沉降以及施工过程中土体内的应力变化等若干问题，属于盾构实验领域。

背景技术

盾构法作为地铁建设中主要的施工方法已得到了广泛应用，但盾构施工过程中对周围土层的存在扰动，且考虑到隧道管片与盾构机存在间隙，往往会对地面造成不同程度的沉降，进行盾尾注浆能有效减少地面沉降。现如今，对于盾构施工的工程评估，主要通过数值模拟，模型试验法等。其中模型试验法是研究盾构施工过程的重要方法。模型实验法能够有效地模拟实际工程的真实情况，通过模拟不同工况条件，可以得到对应于实际中不同情况的重要可靠的参考数据，对于研究盾构开挖对地层影响有着重要意义。现有技术中盾构试验设备大多稳定性较差，无法更真实的还原盾构的过程，而且不能很好的模拟复杂工况下的环境，也不能很好的控制掘进速度以及注浆率，试验的参考性不足。

现有技术中，CN107489426A公开一种泥水盾构室内模拟掘进装置及其模拟方法，针对泥水盾构机开展试验，考虑了泥水环流系统。而本申请是发明的土压平衡盾构掘进系统。此外，CN107489426A没有考虑同步注浆影响，注浆以及排液不能分开控制，不能实现盾构掘进距离的精准控制。

发明内容

技术问题：针对上述技术问题，本发明提出了一种用于室内盾构掘进模拟的实验模型以及其模拟方法，该模型以及方法通过实验槽中不同的开挖深度来模拟实际工程不同深度的盾构施工；通过推进伺服器以及排水管道的排水速率来控制盾构行进速度；通过输液管道的输液速度以及输液量模拟盾构同步注浆的注浆量；通过监控量测系统得到土中应力应变以及地表沉降实验模拟值。此外，模型的二次开放性较好。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种适用于室内盾构掘进模拟系统，包括无盖透明实验槽、盾构机装置和监控量测单元；

盾构机装置设置在无盖透明实验槽内，无盖透明实验槽的一侧设置有通孔，所述盾构机装置的伺服推进轴伸出所述通孔；

无盖透明实验槽内填充实验土模拟实际盾构掘进环境，通过实验土掘进的深度模拟盾构施工深度；盾构机装置掘进模拟盾构施工注浆的过程，通过推进伺服器和排液管道的排液速率控制盾构机装置行进速度，通过输液管道的输液速度和输液量模拟盾构同步注浆的注浆量；

监控量测系统包括图像采集器、压力盒和位移计；压力盒和位移计设置在无盖透明实验槽内；监控量测系统用于记录实验数据和监测实验质量。

盾构机装置包括伺服泵、输液管道、排液管道、液体盛放容器、伺服推进器、盾构机、盾构管片、橡胶环和橡胶筒；

盾构机的掌子面的垂直面上预留排液孔用于连接排液管道；

盾构管片为石膏圆环，根据行进距离确定石膏圆环的环数，石膏圆环每环之间通过粘连体连接，再与盾构机相连；

橡胶筒套在橡胶环中，橡胶筒内填充与实际开挖土体密度相同的第一溶液，直径与盾构机直径相同；

根据每节盾构管片长度在橡胶环外层进行开孔，所述孔用于与输液管道相连，输液管道的尾端设置有阀门；橡胶环内填充第二溶液(注浆体)；第二溶液10为与注浆材料密度相同的溶液；