[實用新型]急彎曲隧道模型試驗裝置

有效

• 申請號: 201822123143.8
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN209838413U
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 劉濤;鄭煜茜;孫文景;陸瑤;王昊統
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;G09B25/00
• 代理公司: 37241 青島中天匯智知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳磊

本實用新型所述的急彎曲隧道模型試驗裝置，以期為急彎曲線盾構隧道在實際設計施工中的重要參數選取與工程病害規避，探索出地層荷載效應變化、并給出相應的合理建議。為實現上述設計目的，所述一種急彎曲隧道模型試驗裝置主要包括有以下組件：沙箱，用于在內部填充模擬試驗的土層，在土層表面鋪設有若干沉降觀測點；模擬盾構機，包括具有不同曲率的外殼、以及電機驅動系統，以模擬在沙箱中實施盾構作業；地表沉降監測系統，包括激光位移傳感器，以在盾構作業開挖過程中進行地表沉降數據監測、并獲得土層沉降與急彎曲隧道曲率之間的對應關系、為后續現場施工提供指導。

技術領域

本實用新型涉及一種急彎曲隧道模型試驗裝置，屬于土木工程技術領域。

背景技術

隧道是埋置于地層內的工程建筑物，是人類利用地下空間的一種形式。

目前，隧道施工常見的與最主要方法是盾構法。由于城市地下工程大多埋深較淺，地下空間開發使城市地下管線、樁基密布，且開挖地段常伴有復雜的地面情況及地質條件，使得某些情況下隧道線路的規劃不得不采取小曲率半徑的急轉彎方式來實現轉向，而急轉彎隧道的形式勢必對隧道的設計施工帶來極大的挑戰。

因此，急彎曲隧道設計施工就顯得尤為重要。

在現有已建成的盾構隧道當中，施工中可能造成的盾構機姿態調整難度大、盾構機被卡等問題層出不窮，在設計施工難度更大的急轉彎盾構隧道工程中，如果處理不當，以上問題必然會更加頻繁地出現，盾構隧道最小轉彎半徑的取值不僅與盾構機的尺寸有關，還與隧道曲率大小影響的地表沉降有關。

有鑒于此，特提出本專利申請。

實用新型內容

本實用新型所述的急彎曲隧道模型試驗裝置，其目的在于解決上述現有技術存在的問題而提供一種急彎曲隧道模型試驗裝置、以及基于該裝置實施的試驗方法，以期為急彎曲線盾構隧道在實際設計施工中的重要參數選取與工程病害規避，探索出地層荷載效應變化、并給出相應的合理建議。

為實現上述設計目的，所述急彎曲隧道模型試驗裝置主要包括有以下組件：

沙箱，用于在內部填充模擬試驗的土層，在土層表面鋪設有若干沉降觀測點；

模擬盾構機，包括具有不同曲率的外殼、以及電機驅動系統，以模擬在沙箱中實施盾構作業；

地表沉降監測系統，包括激光位移傳感器，以在盾構作業開挖過程中進行地表沉降數據監測、并獲得土層沉降與急彎曲隧道曲率之間的對應關系、為后續現場施工提供指導。

如上述基本方案，采用小型模擬盾構機在沙箱中進行開挖作業，通過模擬不同地層深度、不同轉彎半徑條件下的盾構隧道開挖過程，由地表沉降監測系統分析出對地層破壞的影響，從而能夠實現隧道現實工程與室內模型試驗之間較高真實度的相似轉化。

采用地表沉降監測系統，以高精度激光位移傳感器進行測量沙箱中土體的地表沉降情況，以最大限度地模擬急彎曲隧道施工過程中的地層荷載效應。

針對沙箱的進一步改進與優選方案是，沙箱具有箱體和活動連接的前箱板；

在前箱板設置有供模擬土壓盾構機進出的圓形開口，圓形開口的尺寸與模擬土壓盾構機最大直徑的刀盤相同；

在前箱板兩側設置有數個螺栓孔，在沙箱的箱體前部對應地設置有數個定位口，在箱體前部設置有用以將前箱板插入的滑槽；

在箱體頂部，設置有用于安裝激光位移傳感器的承重梁。

另外，可在所述圓形開口上，配置有模擬開挖斷面尺寸的不同孔徑的墊片。

針對模擬盾構機可采取以下細化方案，即模擬盾構機的外型結構與實際使用的盾構機等比例縮小；模擬盾構機配置有不同直徑尺寸的刀盤和徑向排列的刮刀；模擬盾構機電機驅動系統，包括有電源、電動機、減速器和驅動刀盤大齒輪的小齒輪。