[發明專利]一種模擬移動式小型盾構機施工擾動土體室內裝置及方法

在審

• 申請號: 201911287072.8
• 申請日: 2019-12-14
• 公開（公告）號: CN110761801A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 唐亮;孔祥勛;凌賢長;張雋;趙香萍;李自力;郭波;姚八五;唐文沖;張旺旺
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06;E21D9/08;G09B25/02
• 代理公司: 23206 哈爾濱龍科專利代理有限公司
• 代理人: 高媛

一種模擬移動式小型盾構機施工擾動土體室內裝置及方法，屬于隧道盾構施工模擬技術領域。本發明是為了解決目前盾構施工過程中，工作人員無法及時了解土體擾動情況的問題，所述裝置包括盾構機模型、盾構機動力系統、試驗土箱及上部加載系統；水平伺服千斤頂和變頻電機為盾構機模型提供動力，豎向伺服千斤頂和氣壓加載裝置提供土層應力環境，在試驗土箱內采用濕法分層填筑試驗土體，并埋設傳感器，獲取盾構過程中應力、位移、超孔壓，繪制隨盾構掘進的等值線圖，從而獲得土體的擾動范圍變化和剪脹力影響范圍、分布規律。本發明可針對不同覆土厚度、不同水位、不同推進力、不同刀盤轉速、不同刀盤類型等一種或多種因素研究盾構施工對地層的擾動。

技術領域

本發明屬于隧道盾構施工模擬技術領域，具體涉及一種模擬移動式小型盾構機施工擾動土體室內裝置及方法。

背景技術

盾構施工過程中會遇到各種復雜場地條件，由于盾構推進與開挖的擾動，易引起一系列工程問題。尤其是在飽和砂土場地條件下，極易發生包括地面沉降、掌子面失穩等工程災害，造成巨大的經濟損失與人員傷害。由于現場施工存在極大的隱蔽性，土體所受擾動無法及時、準確的反饋到工作人員，因此，室內模型試驗成為一種可靠的盾構施工研究手段。然而，現有裝置和方法更多關注于隧道連續掘進與管片受力問題，有必要提出一種模擬移動式小型盾構機施工擾動土體室內裝置。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前盾構施工過程中，工作人員無法及時了解土體擾動情況的問題，提供一種模擬移動式小型盾構機施工擾動土體室內裝置及方法，可針對多因素條件下盾構施工對地層的擾動進行研究。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種模擬移動式小型盾構機施工擾動土體室內裝置，所述裝置包括盾構機模型、盾構機動力系統、試驗土箱及上部加載系統；

所述盾構機模型包括刀盤與盾殼，所述盾殼為空心薄壁管件，所述刀盤與盾殼旋轉連接；

所述盾構機動力系統包括水平向反力架、水平伺服千斤頂和變頻電機，所述水平向反力架底部可拆卸固定在地面上，水平向反力架與刀盤相鄰的一側面上可拆卸固定有所述水平伺服千斤頂，所述變頻電機固定安裝于所述盾殼內，變頻電機通過螺桿與所述刀盤連接；

所述上部加載系統包括豎向反力架、豎向伺服千斤頂、剛性加載板和氣壓加載裝置，所述豎向反力架底部可拆卸固定在地面上，所述豎向伺服千斤頂設置在所述豎向反力架的下表面，所述豎向伺服千斤頂通過傳力軸與剛性加載板連接，所述剛性加載板上部設有加勁肋，所述剛性加載板上設有通氣孔，所述剛性加載板固定在試驗土箱上部，所述試驗土箱上部采用密封裝置封頂，試驗土箱上部設有滿足傳力軸移動的孔和進氣閥門，該孔與傳力軸之間保證氣密性，所述氣壓加載裝置包括氣泵和導管，所述氣泵通過導管與進氣閥門連接。

一種使用上述的模擬移動式小型盾構機施工擾動土體室內裝置的方法，所述方法為：

在試驗土箱內采用濕法分層填筑試驗土體，填筑過程中埋設傳感器，所述傳感器包括微型土壓力傳感器、位移傳感器、孔壓傳感器，獲取盾構過程中應力、位移、超孔壓；根據采集的應力、位移、超孔壓，繪制隨盾構掘進的等值線圖，從而獲得盾構過程對土體的擾動范圍變化和剪脹力影響范圍、分布規律。

本發明相對于現有技術的有益效果為：通過水平伺服千斤頂和變頻電機為盾構機模型提供動力，通過豎向伺服千斤頂和氣壓加載裝置提供土層應力環境，通過埋置傳感器獲得盾構過程對土體的擾動范圍變化。本發明可針對不同覆土厚度、不同水位、不同推進力、不同鉆進角度α、不同刀盤轉速、不同刀盤類型、不同排水條件、考慮土層變異性等一種或多種因素研究盾構施工對地層的擾動。同時，也可進行僅刀盤轉動對地層的擾動試驗研究。

附圖說明

圖1為模擬移動式小型盾構機施工擾動土體室內裝置示意圖；

圖2為剛性加載板示意圖；