[發明專利]測量隧道水土壓力分布及隧道變形規律的實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201811559446.2
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109682416A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 梁榮柱;吳文兵;方宇翔;康成;張莉;楊松;霍利朋;萬江
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 金慧君

本發明提供一種測量隧道水土壓力分布及隧道變形規律的實驗裝置，包括工況模擬部分和數據采集處理部分，還包括埋設于工況模擬部分的隧道模型和監測部分，工況模擬部分中挖有基坑，若干基坑支撐支撐著基坑的坑壁以對其中一或者多個坑壁施加荷載，監測部分包括監測基坑外圍和隧道模型外圍水壓力的水壓力傳感器部分、監測基坑外圍土壓力的土壓力傳感器部分，還包括監測開挖基坑過程中及基坑支撐對坑壁施加荷載過程中隧道模型外表面壓力變化情況的薄膜壓力傳感器部分、模型管環應變變化情況的應變傳感器部分和隧道模型位移的位移傳感器部分，數據采集處理部分設于工況模擬部分之外且與監測部分連接以采集和處理監測部分監測的數據。

技術領域

本發明涉及建筑技術領域，尤其涉及一種測量隧道水土壓力分布及隧道變形規律的實驗裝置及方法。

背景技術

由于城市軌道線路周邊極具商業價值，沿線的地下空間開發利用受到了越來越廣泛的關注，隨著大規模地鐵線路的建成與運營，緊鄰地鐵線路的深開挖工程將變得不可避免，且會越來越多。

緊鄰深開挖或基坑開挖施工往往伴隨著強烈的環境效應，將對鄰近隧道結構產生不利的影響，由此產生的工程事故案例也越來越多，比如2009年由于基坑開挖導致臺北一盾構隧道管環最大水平位移達到50mm，開挖影響區內管環豎向和水平向收斂變形均超過30mm，過大的地層變形導致地鐵停運。2011-12年緊靠寧波地鐵1號線某區間盾構隧道一側大面積基坑開挖導致左線盾構隧道發生超過30mm水平位移，管片局部破損嚴重，引發局部嚴重滲水。并且類似工程案例有逐年上升的趨勢。根據上海地鐵隧道經驗，每11起盾構隧道結構人為破壞的案例中，就有3起是由于深開挖所導致。由此可見，地鐵沿線的深開挖工程在為城市提供更多的地下發展空間的同時，也是威脅地鐵盾構隧道服役性能及結構安全的主要風險來源之一。

緊鄰深開挖將引起隧道的縱向不均勻變形，影響列車安全運行。可靠地預測和合理地控制在深開挖下盾構隧道的縱向不均勻變形，是城市地鐵隧道保護的面臨的重要問題。目前的相關工程實踐主要基于經驗判斷出發，通過注漿糾偏、施作地下隔斷墻、土體加固、優化土方開挖等方式控制隧道變形。雖然取得一定效果，但是并沒有真正把握隧道與深開挖相互作用的本質與機理，造成過度保護措施，從而增加不必要的費用。因此，合理預測深開挖引起隧道縱向的不均勻位移，合理制定保護既有結構的措施，是目前城市地鐵隧道保護工作面臨的較為迫切的課題之一。

深開挖條件下作用于盾構隧道外表面的土壓力和水壓力，對其結構設計、防水性能和服役性能評估至關重要。上述的深開挖緊鄰盾構隧道工程事故和問題，大都歸咎于對深開挖狀態下隧道水土壓力的評判失效，由此導致結構承載能力預估不足，從而影響隧道的正常使用，甚至釀成災難性后果。因此，建立符合工程實際的緊鄰深開挖誘發下盾構隧道結構安全計算模型，以此為基礎提出科學的深開挖施工措施和隧道保護加固技術，避免事故的發生，是保障地鐵隧道工程安全的需要，更是在我國地鐵隧道大規模建設背景下保護社會安定和和諧的基本要務。

而在建立符合工程實際的緊鄰深開挖誘發下盾構隧道結構安全計算模型之前，構建適用于深開挖條件下管環外表面水土壓力分布模型顯得尤為重要，有必要提供一種測量深開挖作用下隧道水土壓力分布及隧道變形規律的室內模型實驗裝置與方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的實施例提供了一種測量隧道水土壓力分布及隧道變形規律的實驗裝置及方法，能夠在建立符合工程實際的緊鄰深開挖誘發下盾構隧道結構安全計算模型之前，輔助構建適用于深開挖條件下管環外表面水土壓力分布模型。