[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

本發明提供一種盾構隧道上覆土體沉降模擬試驗平臺，通過自由選取所需模擬的實際隧道橫剖面的一段弧長來模擬整個圓形盾構隧道，通過在圓弧隧道上部布置不同厚度、不同性質的土層，模擬實際開挖過程中拱頂上方土體，并在底板上部實現開挖注漿，并通過注漿壓力和開挖注漿層內卸壓情況進行控制模擬盾構開挖。上覆壓力均勻，盾構開挖過程中模擬土層上覆土壓力不變，模擬更加真實，貼近實際盾構開挖。本發明制作方便、可拆除回收重復利用，進一步探究土體分層沉降規律，更好的進行沉降監測、指導盾構隧道施工。

技術領域

本發明涉及盾構隧道沉降試驗領域，尤其是一種盾構隧道上覆土體沉降模擬試驗平臺及試驗方法。

背景技術

隨著城市地鐵的建設，盾構技術得到大力發展。盾構法施工技術是地鐵建設工程的關鍵技術，隨著軌道交通建設的不斷進行，盾構施工因其施工的快速、安全迅速在城市軌道交通建設中占據了一席之地。但地表沉降已成為不可忽視的問題，尤其是在地鐵隧道建設過程中，對土體的沉降控制尤為重要。目前雖然有對地表沉降的相關監測手段，但大多結構復雜，現場監測通常由于施工條件的各種限制而無法有效實施，盾構室內相似模擬難度較大，為了弄清楚在盾構隧道開挖過程中上覆土體的沉降規律，同時模擬注漿對地表沉降控制的影響，設計一種室內1:1的相似模擬實驗平臺顯得至關重要。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種盾構隧道上覆土體沉降模擬試驗平臺，按照實際盾構隧道規模尺寸1:1比例設計，并且能夠模擬分層沉降，更加真實、更加準確地模擬盾構隧道上覆土體開挖沉降以及注漿對沉降控制的影響，該平臺制作組裝方便，可拆除重復利用。

本發明首先提供一種盾構隧道上覆土體沉降模擬試驗平臺，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。

通過在頂板和土體之間安裝上部氣體恒壓層，使上覆壓力更加均勻，盾構開挖過程中，模擬土層上覆土壓力不變。

通過設置下部開挖注漿氣層，借助注漿和卸壓情況控制模擬盾構開挖，如此使得模擬更加真實，貼近實際盾構開挖。

本發明還提供一種盾構隧道上覆土體沉降模擬試驗方法，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；