[发明专利]一种用于盾构隧道开挖诱发地表沉降连续试验的装置和方法

权利要求书

1.一种用于盾构隧道开挖诱发地表沉降研究的连续试验装置，其特征在于：该装置是任意拼接长度的模型试验箱装置，根据实际试验目的的需求，由两个及以上独立的子装置通过连接装置(6)拼接形成目标装置；

所述子装置包括钢框架(1)、钢化玻璃观测板(2)、槽钢(3)、底部进水管(4)、移动滑轮(5)和连接装置(6)；槽钢(3)焊接在钢框架(1)上，为钢化玻璃观测板(2)的安装提供安装槽；钢化玻璃观测板(2)通过安装槽分别安装在钢框架(1)的两侧，形成四面包围的箱体结构；移动滑轮(5)安装在钢框架(1)的底部，便于模型箱位置的移动和调整；所述底部进水管(4)通过焊接分别安装在钢框架(1)底板左右两部分，进水管两侧留有出水孔，通过出水孔向土体加水直至达到饱和状态；所述连接螺栓(6)包括多个螺栓和螺栓杆，通过子装置两侧的螺栓孔将若干个独立的子装置连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种用于盾构隧道开挖诱发地表沉降研究的连续试验装置，其特征在于：所述钢框架(1)构成盾构隧道开挖装置的主体结构；多个槽钢(3)、钢化玻璃观测板(2)安装在钢框架(1)上，并且通过钢框架(1)底部连接移动滑轮(5)进行移动和调整。

3.根据权利要求1所述的一种用于盾构隧道开挖诱发地表沉降研究的连续试验装置，其特征在于：所述钢化玻璃观测板(2)包括前后两块观测板，通过安装槽固定在钢框架(1)上，与钢框架(1)一起构成四面封闭上方开口箱体结构，同时透过钢化玻璃观测板(2)便于对试验过程进行观测和记录。

4.根据权利要求1所述的一种用于盾构隧道开挖诱发地表沉降研究的连续试验装置，其特征在于：所述槽钢(3)包括底部槽钢和侧面槽钢，通过焊接固定在钢框架(1)上，为后续安装提供安装槽。

5.根据权利要求1所述的一种用于盾构隧道开挖诱发地表沉降研究的连续试验装置，其特征在于：所述移动滑轮(5)包括多个滑轮，通过焊接分别安装于钢框架底部的四个边角，便于钢框架(1)的移动和调整，同时避免钢框架(1)沉重不易移动的缺点，根据场地需要对钢框架位置进行调整。

6.一种用于盾构隧道开挖诱发地表沉降研究的连续装置试验方法，其特征在于：包括试验内容、监测方案，试验步骤和试验系统；

试验内容旨在研究1倍、2倍和3倍盾构隧道直径埋深下，地层及地表土体的变形规律；

监测方案包括：地表位移监测方案和地中位移监测方案；

试验步骤包括：设备安装及填土阶段，开挖及记录阶段和设备拆除还原阶段；

实现该试验方法的的试验系统包括：地表位移计(7)和地中位移计(8)；试验方法中的监测内容包括土体的地表位移和地中位移；

地表位移计(7)布设地层表面，用于监测地表土体的位移；地表位移监测方案包含5个纵向监测断面，分布在隧道中心线和中心线两侧：-1.5D，-0.5D，0，1D和2D所对应位置的面上；11个横向监测断面：分别位于2D，3D，4D，6D，7D，8D，9D，11D，12D，13D和14D所对应位置的面上；3个竖向监测断面：分别位于盾壳上方1D，2D和3D所对应的土体表面；D为隧道直径；

地中位移计(8)布设在地层中间，目用于监测地中土体的位移；地中位移监测方案包含5个纵向监测断面，分布在隧道中心线和中心线两侧：-2D，-1D，0，0.5D和1.5D所对应位置的面上；8个横向监测断面：分别位于6D，7D，8D，9D，11D，12D，13D和14D所对应位置的面上；2个竖向断面，分别位于盾壳上方1D和2D所对应位置的面上；D为隧道直径；

该试验方法包括以下试验步骤：

Step1：子装置1号、2号和3号通过连接装置快速拼接行成目标装置；

Step 2：子装置1号、2号和3号分别填土至规定高度并布设地中位移计和地表位移计，静置24h，读取并记录地中位移计和地表位移计的初始读数；

Step 3：首先使用盾构机开挖子装置1号，子装置1号开挖完成后静置24h，待监测仪器数据稳定后，读取并记录子装置1号内地中位移计和地表位移计的读数；

Step 4：开挖子装置2号，子装置2号开挖完成后静置24h，待监测仪器稳定数据后，读取并记录子装置2号内地中位移计和地表位移计的读数；

Step 5：首先开挖子装置3号，子装置3号开挖完成后静置24h，待监测仪器稳定数据后，读取并记录子装置3号内地中位移计和地表位移计的读数；

Step 6：目标装置拆除还原成3个子装置，放置原位，试验结束。