[發明專利]一種模擬淺埋盾構隧道開挖面被動破壞的試驗方法

有效

• 申請號: 201810197394.2
• 申請日: 2018-03-11
• 公開（公告）號: CN108361042B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 宋偉濤;李鵬飛;陳柯屹;杜修力;龔秋明;路德春;林慶濤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種模擬淺埋盾構隧道開挖面被動破壞的試驗方法，模型箱內填土完成后，記錄下模型盾構機的刀盤上的微型水土壓力監測元件和開挖面前方土體中的位移計、地表上的位移計監測元件的初始讀數。將模型盾構機緊靠模型箱上的洞口，準備開挖。模型盾構機開挖到預定位置時，同時關閉頂進電機、刀盤電機和螺旋出土器電機。開始開挖面被動破壞試驗。啟動刀盤電機，同時打開頂進電機，不開螺旋出土器電機，實時記錄各個監測元件的值，包括刀盤上的水土壓力值，開挖面前方土體中的位移值，地表土體的位移量。然后關閉刀盤電機和頂進電機，測各監測元件的數值。與真實盾構機開挖面被動破壞的過程更為接近，使模型試驗結果更加科學、準確。

技術領域

本發明涉及隧道工程模型試驗領域，具體涉及一種模擬淺埋盾構隧道開挖面被動破壞的試驗方法。

背景技術

近年來，隨著我國城市建設進程的加快，地面空間已趨于飽和，交通擁堵問題嚴重制約了經濟的發展。為緩解地面交通壓力，城市地鐵建設應運而生。與鉆爆法等其他方法對比，盾構法具有對地上交通影響較小；機械化程度高、施工速度快；不良氣候對盾構法施工影響小等優點，被廣泛地應用于城市地鐵隧道的建設中。

由于地面建筑和周圍環境的限制，對盾構的技術要求越來越高，其中，開挖面支護力的合理選擇是盾構施工中的一項關鍵技術。土壓平衡盾構機是利用刀盤切削土體，土體流入刀盤后面的土壓艙內，并使土壓艙內具有適當壓力與開挖面水土壓力平衡，以減少盾構推進對地層土體的擾動，在出土時由土壓艙下部的螺旋出土器向外排土。螺旋出土器靠轉速控制出土量，以保持土壓艙內始終充滿泥土而又不致過于飽滿。對于淺埋盾構隧道施工時，如果推進速度過快，則土壓艙內的水土壓力逐漸增大，當大于開挖面上水土壓力時，就會出現地表隆起等現象。因此，研究淺埋盾構隧道開挖面被動破壞相關問題具有現實的意義。

目前，關于淺埋盾構隧道開挖面被動破壞的研究方法主要有：理論分析、模型試驗和數值模擬。相比其它兩種方法，模型試驗能夠更加真實、全面地反映土體應力狀態，更加直觀的觀測地表變形。國內已有很多模擬隧道開挖面主動破壞的試驗，但是關于淺埋盾構隧道被動破壞的模型試驗卻少之又少。因此，急需提供一種模擬淺埋盾構隧道開挖面被動破壞的試驗方法。

發明內容

本發明的目的在于上述技術的不足，提出了一種模擬淺埋盾構隧道開挖面被動破壞的試驗方法，實現對淺埋盾構隧道開挖面被動破壞的研究。通過旋轉刀盤、開啟頂進電機、關閉螺旋出土器的方式，模擬淺埋盾構隧道開挖面被動破壞的全過程，同時，考慮了盾構開挖過程對開挖面穩定性的影響?？捎糜谀M在砂土、黏土、砂礫石土等地層中淺埋盾構隧道開挖面被動破壞的過程。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種模擬淺埋盾構隧道開挖面被動破壞的試驗方法，實現該試驗方法的試驗系統包括微型水土壓力監測元件(3)，開挖面前方土體中的位移計(4)和地表上的位移計(5)；微型水土壓力監測元件(3)設置在模型盾構機(1)的刀盤(2)上。

各個微型水土壓力監測元件(3)通過在模型盾構機(1)的刀盤(2)上打孔的方式嵌入刀盤(2)上的面板(6)的內部，各個微型水土壓力監測元件(3)的表面與刀盤(2)面板(6)齊平。微型水土壓力監測元件(3)安裝在刀盤(2)的中心和距離刀盤(2)圓心0.85R遠處的面板(6)上，R為開挖半徑。

開挖面前方土體中的位移計(4)用來監測開挖面前方土體內部的地中位移。開挖面前方土體中的位移計(4)的埋設橫向斷面為模型盾構機(1)開挖面前方±0.25D、±0.75D和1.25D位置的面上，縱向斷面為模型盾構機(1)中心線上及兩側距離0.5D、1D和1.5D位置的面上，高度斷面為模型盾構機(1)盾殼上及上方距離0.5D和1D位置的面上。