[發明專利]一種土壓平衡盾構機模擬實驗中土箱填土的方法

有效

• 申請號: 201810108073.0
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108316933B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 孫振川;洪開榮;李鳳遠;韓偉峰;陳饋;周建軍;張兵;張合沛;郭海坡;孫振中
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道局集團有限公司;盾構及掘進技術國家重點實驗室
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06
• 代理公司: 鄭州浩翔專利代理事務所(特殊普通合伙) 41149
• 代理人: 靳錦;邊延松

本發明公開了一種土壓平衡盾構機模擬實驗中土箱填土的方法，通過該方法不但可以模擬真實盾構環境中土壤內部的壓力，還可通過在土箱蓋上設置進氣管，利用高壓氣體模擬真實盾構時地面建筑物或公路等物體對地面產生的邊界壓力；并且因為是采用氣體施壓的方式，所以可以進一步在土體表面布置位移傳感器，以測試盾構對地表形變的影響。

技術領域

本發明涉及一種土壓平衡盾構機的模擬實驗方法，具體涉及一種土壓平衡盾構機的模擬實驗中土箱填土的方法。

背景技術

盾構法是一種重要的隧道施工方法，近年來在我國的市政、交通等領域有著廣泛的應用。土壓平衡盾構機是軟土隧道施工的常用設備，目前已成為城市地下工程施工技術的主流，盾構法施工是一個連續、動態的過程，盾構機挖掘過程中有各種機器參數和施工參數需要設定，例如刀盤轉速、螺旋出土器轉速、推進總壓力、土艙壓力、推進速度、刀盤扭矩等單數，上述參數之間存在怎樣的關系，如何設定這些參數才能實現高效、穩定、安全的掘進狀態是施工過程中的基本問題；另外，在對軟土的盾構施工中，總會對土體造成一定的擾動，從而造成土體一定范圍內的應力改變，例如使地表產生形變等，如何通過設定盾構過程中的施工參數，減小對地層的擾動，這也是一個重要的問題。

為了研究上述問題，現在已經有許多土壓平衡盾構機的模擬實驗裝置，但是這些模擬實驗裝置均存在一些問題。例如公開號為CN101403306A的發明專利，公開了一種土壓平衡式盾構模擬實驗系統，該系統通過使用土壓千斤頂和混凝土墊層來模擬實際隧道施工環境中土體內部的壓力,以及地面上建筑物或公路等物體對土體產生的邊界壓力，從而使實驗更加真實可靠，但是由于使用了千斤頂和混凝土墊層，就無法在土體表面設置位移傳感器，從而使該系統無法進行地表形變方面的研究；另外，因為混凝土層覆蓋在土體表面上，所以會在很大程度上影響地表形變的結果，從而使實驗結果與真實施工情況相差較大。

發明內容

本發明的目的在于設計出一種土壓平衡盾構機模擬實驗中土箱填土的方法，解決上述現有技術中的不足。

本發明通過下列具體結構實現：

本發明土壓平衡盾構機模擬實驗裝置,包括微型模擬盾構機組件和土箱組件，微型模擬盾構機組件和土箱組件均放置在基體上，土箱內填裝有模擬土體，微型模擬盾構機放置在土箱內,所述土箱為長方體型土箱，包括土箱壁、土箱底和土箱蓋；土箱蓋四周具有第一環形凸緣，土箱壁四周具有與土箱蓋上的凸緣配合的第二環形凸緣，土箱蓋和土箱壁上的環形凸緣通過螺栓固定連接，且兩環形凸緣結合處設置有彈性密封墊圈；所述土箱蓋上固定有多個可伸縮的液壓缸，所述液壓缸下方固定鉸接有一鋼板，鋼板的長度略小于土箱的長度，鋼板的寬度略小于土箱的寬度，所述鋼板上開設有多個通氣孔；所述土箱蓋中部還設置有進氣管，高壓氣體依次通過進氣管、鋼板上的通氣孔進入鋼板與模擬土體表面，以對模擬土體表面持續產生一定的壓力。

進一步的，本發明的土箱填土方法具體包括如下步驟:

（a）打開土箱蓋，在土箱內放置一定量的模擬土體，在模擬土體內的預定位置埋設壓力傳感器、光纖光柵傳感器和位移傳感器，并將土箱蓋與土箱壁固定連接；

（b）通過土箱蓋上的可伸縮液壓缸推動鋼板，對土箱內的模擬土體施加預定的壓力，并保持一定時間；

（c）收回所述可伸縮液壓缸，使鋼板與模擬土體表面分離，并打開土箱蓋，然后在模擬土體的表面預定位置設置位移傳感器；

（d）將土箱蓋與土箱壁固定密封連接，通過土箱蓋上的進氣管向土箱內通入高壓氣體，高壓氣體可穿過鋼板上的通孔，對模擬土體表面持續產生一定的壓力，從而完成土箱的填土。