[發明專利]一種盾構隧道上覆土體沉降模擬試驗平臺及試驗方法

在審

• 申請號: 201811567288.5
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109342698A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 江華;江玉生;李宏亮;周劉剛;武福美
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）;北京城建軌道交通建設工程有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;E21D9/06
• 代理公司: 北京恒泰銘睿知識產權代理有限公司 11642
• 代理人: 付懷

1.一種盾構隧道上覆土體沉降模擬試驗平臺，其特征在于：其包括由圓弧形底板、側板、端板以及頂板圍成的模擬實驗箱，在所述模擬試驗箱內，所述圓弧形底板的上部設置下部開挖注漿氣層，下部開挖注漿氣層設置連通箱體外部的注漿孔和泄壓孔，下部開挖注漿氣層的上部填充模擬試驗土體形成土體填充層，土體填充層的上部鋪設上部氣體恒壓層，上部氣體恒壓層的上部鋪設所述頂板，頂板上方設置有加載系統。

2.根據權利要求1所述的模擬試驗平臺，其特征在于：所述上部氣體恒壓層為橫截面矩形的密封充氣袋，其上表面與所述頂板的下表面貼合，下表面與所述土體填充層的上表面貼合鋪設。

3.根據權利要求2所述的模擬試驗平臺，其特征在于：所述上部氣體恒壓層還包括與所述密封充氣袋連通的穩壓倉。

4.根據權利要求1所述的模擬試驗平臺，其特征在于：所述下部開挖注漿氣層為橫截面圓弧形的密封充氣袋，其上表面與所述土體填充層的下表面貼合，下表面與所述圓弧形底板的上表面貼合鋪設。

5.根據權利要求1所述的模擬試驗平臺，其特征在于：所述注漿孔設置于模擬試驗箱兩側面的側板，對應所述下部開挖注漿氣層位置處；或者設置于模擬試驗箱底面的圓弧形底板，位于或靠近所述圓弧形底板的弧形兩端最低位置處。

6.根據權利要求1所述的模擬試驗平臺，其特征在于：所述泄壓孔設置于模擬試驗箱底面的圓弧形底板，位于或靠近所述圓弧形底板的弧形頂點位置處。

7.根據權利要求1所述的模擬試驗平臺，其特征在于：所述側板由若干個矩形的側板單元組成，側板單元的寬度與模擬管片的寬度一致，側板單元與所述底板鉸接。

8.根據權利要求7所述的模擬試驗平臺，其特征在于：所述頂板由若干個矩形的頂板單元組成，頂板單元的寬度與模擬管片的寬度一致，頂板單元與所述側板單元鉸接。

9.根據權利要求8所述的模擬試驗平臺，其特征在于：所述相鄰的頂板單元之間設置有環間隔板。

10.根據權利要求1所述的模擬試驗平臺，其特征在于：所述加載系統包括支架和布置于所述支架和頂板之間的若干個液壓千斤頂。

11.根據權利要求1所述的模擬試驗平臺，其特征在于：所述模擬試驗箱的兩側設置有側板支撐架。

12.一種盾構隧道上覆土體沉降模擬試驗方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)隧道斷面選取：選取所需模擬的實際隧道橫剖面的一段弧長模擬整個圓形盾構隧道；

(2)土壓力計算：選擇需要模擬的一層或幾層土體，計算出拱頂上方厚度h范圍內土體的土壓力及h范圍以上土體的土壓力；

(3)模擬試驗平臺組裝：

i、安裝圓弧形底板、側板和端板；

ii、將下部開挖注漿氣層鋪設于所述圓弧形底板上并充氣使下部開挖注漿氣層內的氣壓和所要模擬的拱頂上方承受的全部上覆土壓力一致；

iii、在所述下部開挖注漿氣層上鋪設不同性質和厚度的拱頂上覆試驗土體形成土體填充層，各土層厚度總和h；

iv、安裝上部氣體恒壓層、頂板和加載系統；

(4)加載及上部土壓恒壓控制：通過加載系統初步加載至拱頂上方h范圍以上土體的土壓力值，調節加載系統對頂板施加的壓力，以及借助上部氣體恒壓層的穩壓倉，使得上部氣體恒壓層內的氣壓和拱頂上方h范圍以上土體的土壓力一致、均勻，從而實現拱頂上方土體的原狀土壓力模擬；

(5)隧道開挖注漿模擬：通過卸壓孔從下部開挖注漿氣層卸壓模擬開挖，卸壓同時通過注漿孔進行同步注漿，通過注漿壓力和下部開挖注漿氣層內氣體卸壓情況進行控制模擬盾構開挖；

(6)盾構推進模擬：一環卸壓注漿模擬開挖結束后，間隔一定時間依次調控下一環卸壓注漿開挖即可模擬盾構推進過程。