[發明專利]一種精確控制盾構模型試驗開挖面支護力的裝置

有效

• 申請號: 201810363817.3
• 申請日: 2018-04-22
• 公開（公告）號: CN108594878B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 李鵬飛;鄒鴻浩;宋偉濤;陳柯屹;王帆;萬濤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05D16/16
• 分類號: G05D16/16
• 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

本發明公開了一種精確控制盾構模型試驗開挖面支護力的裝置，該裝置由壓力傳導裝置、供壓裝置和穩壓裝置構成。試驗開始之前將液體加入液壓箱中，記錄試壓管中的關于液面高度的度數，通過應力量測工具測量壓力施加板上的推力。讀取不同高度的液面下，并繪制液面高度H—壓力F曲線。試驗開始時，將本裝置連入隧道模型中，通過液面高H—壓力F曲線，計算試驗需要施加的壓力，通過控制液面高度H施加該壓力。試驗過程中，打開微型自吸泵，通過控制液面升降板，將微型自吸泵的進水管管口緊貼水面，確保液面高度不會發生變化，以此保持壓力恒定。本裝置可以保持開挖面支護力恒定，支護力不隨開挖面的位移產生變化，變量單一，便于分析。

技術領域

本發明涉及一種應力加載裝置，尤其是涉及一種盾構隧道模型試驗的應力加載裝置。本發明能夠應用在盾構隧道開挖面穩定性的模型試驗中，提供了一種精確控制開挖面支護力的裝置。

背景技術

隨著經濟與科技實力的進一步增強，城市地下隧道的發展進入了重要的歷史時期。盾構法作為目前最常用的隧道施工方法之一，一直以其經濟、高效和對周圍環境影響最小等優勢在隧道與地下工程建設中被廣泛應用。在國內外盾構施工過程中，由于隧道開挖面支護力大小控制不合理，導致地表及開挖面發生大變形或坍塌的事故時有發生。合理的支護力設置不僅是安全施工的前提，也是避免災難性事故發生的關鍵。同時，模型試驗是進行巖土工程相關研究最直接有效的手段。

在研究盾構隧道開挖面極限支護力大小的模型實驗中，需要模擬實際施工過程中對于隧道開挖面施加支護力，試驗中通過研究開挖面的位移與支護力的關系，研究極限支護力。目前的相關實驗中，獲取開挖面支護力及位移數據的方式主要有以下兩種方式：

(1)用剛性材料模擬隧道洞周支護，在開挖面前方用柔性材料如乳膠薄膜隔開前方土層與隧洞內的氣(水)壓，試驗過程中通過控制隧道內的氣壓來改變施加在開挖面的支護力大小，引起并測量開挖面位移。

(2)用剛性材料模擬洞周支護，開挖面前方用剛性擋板如有機玻璃板進行支護，玻璃板通過剛性桿件連接到螺旋千斤頂上，實驗中通過控制擋板來引起開挖面土體位移，土體穩定后測量作用在支護面的反力。

綜合分析現有的開挖面支護力施加裝置，還存在以下不足之處：

1、采用位移加載時，有相關研究表明，進行開挖面穩定性試驗研究時,支護板后退速率在一定程度上影響支護力的數值。

2、采用氣(液)壓法的應力加載時，在開挖面位移過程中，開挖面的實際支護力除了隧洞內壓強以外，還有柔性材料如乳膠薄膜自身的變形引起的反力，這一部分難以測量。

3、采用氣(液)壓法的應力加載時，開挖面的位移會導致的隧洞內體積的減小，從而引起的壓強變化，這部分壓強變化無法精確控制。

4、上述兩種方法，都只能模擬開挖面從足夠大的支護力，支護力緩慢減小的過程。而無法模擬開挖面支護力從一開始就比較小的過程。

發明內容

本發明是為了克服上述現有技術的不足，提高一種原理簡單、便于操作的一種精確控制盾構模型試驗開挖面支護力的裝置。

本發明主要由以下技術方案來實現：

一種精確控制盾構模型開挖面支護力的裝置，該裝置由壓力傳導裝置、供壓裝置和穩壓裝置構成。

壓力傳導裝置是由應力施加板1、傳力桿2和阻水活塞3組成。傳力桿2兩端分別連接應力施加板1和阻水活塞3。拼裝時阻水活塞3一段接入傳壓管5的內部。

所述穩壓裝置由液面升降板7、固定閥門8、微型自吸泵9組成。微型自吸泵9和液面升降板7連接在一起，通過擰緊固定閥門8固定在液壓箱5上部。