[發明專利]盾構隧道注漿施工對鄰近樁基影響的室內模型試驗裝置

有效

• 申請號: 201310539782.1
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN103558044A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 張治國;白喬木;張玉梅
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;王晶

技術領域

??本發明涉及一種城市地下空間開發以及地下建筑工程中的盾構隧道注漿施工，具體涉及一種盾構隧道注漿施工對鄰近樁基影響的室內模型試驗裝置。

背景技術

隨著我國城市化的進一步發展，城市地下軌道交通作為最為方便快捷的城市交通系統也得到迅速發展。尤其是盾構法城市地鐵隧道施工，由于其施工自動化程度較高以及可以較小程度地對地面交通產生影響等優點，在地鐵隧道施工中的應用越來越廣泛。注漿行為即向盾構隧道襯砌與周圍土體形成的間隙中注入液態混凝土的過程，以起到控制土體變形、提高結構整體性等作用。與此同時，樁基礎是目前使用最廣泛的地基加固形式，是城市建筑物、橋梁最常用的基礎形式。因此，在盾構隧道的施工建設修建過程中，尤其是開挖和注漿等行為的進行，不可避免地會對周圍地層產生擾動，引起變形和位移，而地層的變形會對在其影響范圍內的樁基產生影響。當盾構隧道開挖、注漿等行為引起周圍土體的位移和變形超過一定限度時，將會危及鄰近樁基結構的安全和正常使用，從而引發一系列的巖土環境工程問題。鄰近既有樁基的盾構施工工程在注漿施工過程中，不合適的注漿率會引起既有樁基的縱向不均勻沉降，嚴重時會引發樁身應力集中或局部破壞，甚至會造成樁身縱向扭曲變形，從而對既有建筑物結構安全和附近人們的人身財產安全產生嚴重威脅。近年來，隨著城市地下軌道交通建設的步伐的不斷加快，地鐵隧道穿越鄰近樁基的距離越來越近。因此，如何預估盾構隧道近距離穿越既有鄰近樁基的影響并進行超前控制是地鐵施工中的一個核心問題。

國內外相關學者針對城市地鐵注漿施工引起的鄰近樁基變形的研究方法主要是理論分析法、數值模擬法以及現場監測法。理論分析法是利用彈性理論，通過假定對研究模型進行簡化，但在一定程度上不能準確考慮樁土之間的復雜關系，并且計算量大；數值模擬方法一般需要借助大型商用軟件，數值模型的建立較為復雜且計算耗時。此外，由于土工測試儀器設備的限制很難獲得精確的土體物理力學參數，而土體參數的變化對數值模擬結果影響很大，因此容易造成計算結果的偏差。現場監測方法是獲取地鐵施工引起鄰近樁基變形數據的手段之一，但是受儀器設備以及人為觀察因素等限制，現場測試結果具有一定偏差，同時現場監測需要投入一定量的人力物力，現場預埋測試元件非常容易在施工中受到破壞，從而延誤監測乃至得到錯誤監測信息。

發明內容

本發明是要提出一種盾構隧道注漿施工對鄰近樁基影響的室內模型試驗裝置，實現對地鐵施工過程中不同注漿率情況下的注漿行為的模擬，準確測量地鐵注漿施工引起的鄰近樁基應變值、縱向沉降值,并對樁基進行豎向和水平向力學反應分析。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種盾構隧道注漿施工對鄰近樁基影響的室內模型試驗裝置，包括模型箱、隧道注漿施工模擬裝置、隧道襯砌模型、樁基模型、多組應變計、位移計支架、多個位移計，其特點是：模型箱內填有砂土體，隧道襯砌模型由縱向分段的鋁合金空心管組成，并放置于模型箱左半部分，縱向分段的鋁合金空心的襯砌段間用環形薄橡膠板隔開；樁基模型放置于模型箱右半部分，并與隧道襯砌模型垂直；位移計支架固定在模型箱頂面；多個位移計分別通過所述位移計支架固定在對應砂土體以及樁基模型的樁筏基礎表面；隧道注漿施工模擬裝置包含圍在隧道襯砌模型四周的乳膠膜以及隧道模型和乳膠膜之間形成的環狀液腔，環狀液腔中注有注漿液，環形液腔一端連接設有注液電磁閥的注液導管，在沿環形液腔水平方向上的另一端連接設有排液電磁閥的排液導管。

模型箱為鋁合金材料制成的長方形箱，分為左右兩個部分，其頂面設為開口，頂面四周均設有錨孔便于固定位移計支架。

環狀液腔中的注漿液為高濃度的CaCl₂溶液。

樁基模型由樁筏基礎筏板模型、樁身模型和樁底尖形樁靴組成，其中樁筏基礎筏板模型為鋁合金板，樁身模型為空心鋁合金管，樁底尖形樁靴為60⁰的尖形樁靴。

多組應變計以單樁對稱軸位置為中心，在樁基模型外壁上呈左右對稱分布。

位移計支架在縱向中軸線位置處開有多個小孔，所述每個位移計穿過與之對應的小孔固定在所述隧道模型的上表面。

位移計是LVDT位移計，末端用膠布粘貼于對應砂土體地表和樁基模型的群樁筏板基礎表面。

本發明的有益效果是：