[发明专利]一种模拟盾构隧道施工过程管片上浮模型试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟盾构隧道施工过程管片上浮模型试验装置及方法，包括模型试验箱，模型试验箱四周均与围压加载系统连接，用于模拟不同地应力组合的情况；模型试验箱内设置注浆模拟系统，注浆模拟系统包括管片模型，管片模型和隧道模型连接，且管片模型和隧道模型之间设置滑轮以模拟管片受力后上浮的运动状态；所述管片模型外周包覆橡皮囊，用以模拟管片周围土体因卸荷引起的回缩现象和管片刚脱出盾尾时四周无支撑的状态。

技术领域

本发明属于盾构隧道技术领域，具体涉及一种模拟盾构隧道施工过程管片上浮模型试验装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

目前，随着城市地下空间的开发与利用，隧道开挖工程技术也相应得到快速发展，盾构法施工凭借其机械化程度高、质量好、对城市日常生活影响小、环境效应小等优点，逐渐成为隧道施工的主流技术。由于盾构机开挖直径大于管片直径，两者的间隙需要依靠浆液来填充，在盾构机推进过程中，当管片脱离盾尾后，特别是在饱和土中，由于受到的浮力大于管片抗浮力且浆液凝结时间较长，管片或多或少都会出现上浮现象。上浮量过大将造成管片错台、螺栓孔位置处混凝土碎裂等现象，影响工程质量，造成经济损失。

发明人发现，虽然现有模型试验装置能够模拟独立的管片在不同时效的浆液中的受力状态，并且能够归纳出浮力与时间的规律，但是仍然存在很多不足，如没有考虑原始地应力对管片模型的影响、没有考虑前方约束对管片的约束、不能得到注浆开始-结束-初凝-凝固全过程中管片的受力情况等。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种模拟盾构隧道施工过程管片上浮模型试验装置及方法，该装置能够根据要求模拟不同注浆速度、注浆压力、深径比、地应力组合的情况，同时可以模拟管片脱出盾尾时的注浆状态，从而使试验装置能够更好地模拟施工实际情况。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种模拟盾构隧道施工过程管片上浮模型试验装置，包括模型试验箱，模型试验箱四周均与围压加载系统连接，用于模拟不同地应力组合的情况；

模型试验箱内设置注浆模拟系统，注浆模拟系统包括管片模型，管片模型和隧道模型连接，且管片模型和隧道模型之间设置滑轮以模拟管片受力后上浮的运动状态；

所述管片模型外周包覆橡皮囊，用以模拟管片周围土体因卸荷引起的回缩现象和管片刚脱出盾尾时四周无支撑的状态。

作为进一步的技术方案，所述管片模型内放置重物，以模拟未开挖时受到的应力状态。

作为进一步的技术方案，所述橡皮囊一侧与排气管连接，另一侧与注浆管连接。

作为进一步的技术方案，所述橡皮囊的外围设置网状结构，以对橡皮囊进行约束。

作为进一步的技术方案，所述管片模型外侧沿周向安置多个柔性应力计，多个柔性应力计间隔且均匀布设，每一柔性应力计均与传输光纤连接。

作为进一步的技术方案，所述管片模型设置于模型试验箱的中部，管片模型和隧道模型周边埋设土体，隧道模型由与管片模型连接处向模型试验箱侧部延伸。

作为进一步的技术方案，所述隧道模型和管片模型均为圆筒形部件，隧道模型和管片模型均水平设置。

作为进一步的技术方案，所述模型试验箱四周设不透水面板，模型试验箱内底部设置不透水垫层。

作为进一步的技术方案，所述模型试验箱和围压加载系统之间设置承压面板，通过围压加载系统向面板施加压应力进而传递给模型试验箱以模拟地应力。

第二方面，本发明实施例还提供了一种采用如上所述的管片上浮模型试验装置的试验方法，包括以下步骤：