[发明专利]基于十字激光三维变形测量的盾构隧道模型试验装置

说明书

本申请涉及土木工程、隧道工程技术领域，提供基于十字激光三维变形测量的盾构隧道模型试验装置。包括柔性隧道结构、激光发射系统、测量与数据采集系统，柔性隧道结构可以模拟隧道垂直、水平位移和平面扭转，利用设置在柔性隧道结构两端的激光发射系统向隧道内发射十字激光束，利用内窥摄像头观察十字激光束在位移测量板上的投影，从而获得各位移测量板垂直、水平位移和平面扭转，再根据位移传感器测得的端头井垂直位移计算柔性隧道结构最终变形。本申请提供的方案，其有益效果在于：能够在模型试验尺度上真实反应盾构隧道变形规律，有效测量隧道垂直、水平位移和平面扭转，具有结构简单、操作简便的优点。

技术领域

本申请涉及土木工程、隧道工程技术领域，尤其涉及基于十字激光三维变形测量的盾构隧道模型试验装置。

背景技术

近年来，随着城市规模不断扩大，地铁作为一种高运量、便捷型的交通方式得到空前的发展，城市盾构隧道施工不可避免要穿越邻近既有地铁隧道，密集的城市地铁网络为新建盾构穿越施工带来巨大的潜在风险。穿越施工极易引起既有地铁隧道变形过大，造成轨道脱开、管片开裂、接缝漏水等结构损伤，影响地铁运营安全。实测数据表明，盾构穿越引起既有隧道在穿越交叉点处的隆沉变化可分为4个阶段，穿越后的隧道纵向隆沉影响在交叉点两侧2-4倍盾构直径范围，隧道横向变形并向新建隧道开挖面侧扭转。

然而，在既有物理模型试验中，受模型尺寸和测量方法限制，仅能测量隧道垂直位移，忽略隧道水平位移和平面扭转，不能真实反映真实既有盾构隧道变形规律，适用于三维变形测量的盾构隧道模型试验装置亟待开发。

发明内容

本申请的目的在于：克服现有技术的不足，提供基于十字激光三维变形测量的盾构隧道模型试验装置，用于在物理模型试验中有效模拟盾构隧道三维变形。

为实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：

基于十字激光三维变形测量的盾构隧道模型试验装置，包括柔性隧道结构、激光发射系统、测量与数据采集系统。

进一步，所述的柔性隧道结构用于模拟隧道结构，包括两个端头井、若干个分段管片、若干个接头，可根据试验需要埋设在土体模型中；所述的两个端头井位于整个柔性隧道结构两端，为上开口箱状结构，中下部侧壁设有预留出口，可与分段管片密闭连接，端头井内固定安装垂直位移测量平台；所述的若干个分段管片为管状结构，具有防水、抗压性能，并能实现水平、垂直位移和扭转变形；所述的若干个接头用于将若干个分段管片之间密闭连接。

所述的激光发射系统包括两个十字激光发射器、两个支架、导线、直流电源；所述的两个十字激光发射器分别通过两个支架固定安装在两个端头井底部，两个十字激光发射器发射的十字激光束正好通过预留出口射入柔性隧道结构；直流电源与两个十字激光发射器之间通过导线连接，用于两个十字激光发射器的供电与开关控制。

所述的测量与数据采集系统包括若干块位移测量板、若干个内窥摄像头、两个位移传感器、磁性表座、数据线、控制电脑；所述的若干块位移测量板由多种不同遮挡的刻度板组成，分别安装在若干个接头内用于接收十字激光束照射；所述的若干个内窥摄像头贯穿安装在分段管片侧壁，拍摄安装在接头内的位移测量板；所述的两个位移传感器顶部通过磁性表座与外部稳定位置固定，探针与垂直位移测量平台连接，用于测量两个端头井的垂直位移；所述的控制电脑与若干个内窥摄像头、两个位移传感器之间通过数据线连接，用于上述设备的供电、开关控制、数据采集。

与现有技术相比，本申请提供的技术方案，作为举例而非限定，具有如下有益效果：本申请适用于土木工程、隧道工程技术领域，能够在模型试验尺度上真实反应既有盾构隧道变形规律，有效测量隧道垂直、水平位移和平面扭转，可以广泛应用于各类涉及既有盾构隧道变形问题的物理模型试验研究，具有结构简单、操作简便的优点。

附图说明

图1为本申请实施例提供的基于十字激光三维变形测量的盾构隧道模型试验装置的结构示意图；