[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

说明书

本发明公开了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，该装置可任意拼接长度，根据实际试验目的的需求，可由两个及以上独立的子装置通过连接装置拼接形成目标装置。所述子装置包括钢框架、钢化玻璃观测板、槽钢、底部进水管，移动滑轮和连接装置。本发明实现多试验工况在单一变量下开展，减小工况间温差、操作等误差干扰，盾构隧道开挖对地表沉降影响的模型试验，提高试验结果的精确度；本发明探究盾构隧道开挖时地表沉降的变化规律，显著提高试验效率；本发明可控制进水量与排水量，可模拟砂土、黏土、砂砾土在饱和及非饱和状态下盾构隧道开挖对地层及地表土体变形的规律研究；有利于探讨盾构隧道开挖过程中土体的变形规律。

技术领域

本发明是涉及隧道开挖地表沉降领域，特别是涉及一种用于盾构隧道开挖诱发地表沉降研究的试验装置和方法。

背景技术

随着城市交通压力的逐渐增大，盾构法以其施工快、对地表影响小等优点广泛应用于城市地铁隧道的建设中。由于城市地质条件的复杂性，在不同的地层中进行盾构隧道的开挖不可避免。盾构开挖时不仅需要考虑不同开挖深度对地层及地表的影响，而且需要考虑到不同地质条件下盾构隧道开挖对地层及地表的影响。

为研究盾构隧道在不同地质条件下开挖对地层及地表的影响，可以采用理论方法、现场试验、数值试验和模型试验进行研究。然而，理论模型一般进行了大量的简化，可作为一般规律的探讨；现场试验由于时间、空间和资金的限制，难以开展；数值试验虽然成本较低，但由于参数众多，结果往往与工程现场情况差距较大；模型试验由于其成本较低，具有重现开挖过程和便于开挖过程中数据记录等优点，被广泛地应用于盾构隧道开挖研究。因此，采用合理的模型试验方法研究不同地质条件及埋深条件下地层和地表沉降问题显得尤为重要。

另外，在已有模型试验中，为对比研究不同条件下地层和地表的变形，通常需要先后进行几组不同工况的盾构开挖试验。比如：不同地质条件，不同的埋深等，在试验过程中一般需要在前一组试验完成后，重新填土进行下一组试验，试验周期长，耗费的人力物力大。其次，开挖装置长度单一及不可更改，同时每次盾构开挖时的参数及试验周围环境条件可能存在较大差异。因此，能够保证各工况模型试验在单一变量条件下进行，同时能够缩短试验周期，对于保证试验结果的准确性和提高试验效率显得尤为重要。本发明提出了一种用于盾构隧道开挖诱发地表沉降研究的试验装置和方法，可同时进行单一变量下的两组及以上的试验，保证试验变量单一及其它试验因素相同，从而获得精确的试验结果，同时能显著地提高试验效率，缩短试验周期，节省人力物力。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：本发明提供一种用于盾构隧道开挖诱发地表沉降研究的试验装置和方法，用于快速开展单一变量下土体的盾构隧道开挖，并对开挖过程进行观测、记录和分析。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

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，是可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，可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。

作为本发明的优选技术方案，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。

作为本发明的优选技术方案，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。

作为本发明的优选技术方案，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。