[實用新型]一種大直徑土壓盾構隧道掘進界面模擬試驗系統

有效

• 申請號: 201920793855.2
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN209945737U
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 劉維;史培新;顏靜;趙華菁
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01N15/08;E21D9/06
• 代理公司: 32103 蘇州創元專利商標事務所有限公司
• 代理人: 陶海鋒

本實用新型公開了一種大直徑土壓盾構隧道掘進界面模擬試驗系統。在安放盾構模型的模型箱中填充土樣，盾構掘進系統包括土倉控制裝置和排土、排水控制裝置，用于模擬盾構掘進過程；水位控制系統將水送至模型箱不同高度，實現地下水位模擬；滲流示蹤裝置通過顏料在滲流作用下的擴散對所在位置處滲流流線分布進行示蹤；監測系統包括數字攝影相機，土、水壓力傳感器，用于監測掘進面土體變形、土倉壓力分布及波動規律。本實用新型通過設置不同水位高度、掘進速度，監測土體變形、土倉壓力波動及滲流分布，用于研究滲透地層中大直徑盾構掘進面的地下水滲流規律及失穩特征，對掘進面失穩做出有效的預警，進而建立對應失穩機制。

技術領域

本實用新型涉及一種隧道掘進界面模擬試驗系統，特別涉及一種大直徑土壓盾構隧道掘進面模擬試驗系統。

背景技術

目前，土壓盾構施工正朝著大直徑，大埋深方向發展。在實際掘進過程中，隨著刀盤轉動、開挖出土、盾構推進、潤滑發泡劑注射等因素的影響下，土倉壓力常出現持續波動。隨著土壓盾構直徑增加，土倉內不同高度處壓力差別更顯著，掘進擾動下土倉中上部較容易形成明顯的低壓區并導致局部區域支護荷載不足，部分區域率先出現應變局部化特征。滲透性地層中土壓盾構發生掘進面失穩和地層坍塌事故屢見不鮮，在滲流作用下，應變局部化加速發展，并逐漸形成貫通的剪切帶，失穩土體沿著剪切帶滑移形成坍塌破壞。

隨著試驗技術進步，模型試驗因其能夠較真實反映土體失穩運動過程而被應用于盾構掘進面穩定問題研究中。在本實用新型作出之前，公開號為CN105019920A的中國發明專利涉及了一種淺埋暗挖隧道地層變形試驗系統，旨在提供一種淺埋暗挖隧道超前加固下的地層變形試驗系統；其通過移動面板的后退模擬淺埋暗挖一個進尺下應力釋放，通過地表沉降監測、軸力變化、后退速度和注漿管棚不同組合超前加固的設置，研究地表沉降規律和開挖面應力釋放規律。該模型試驗在干砂條件下展開，主要測量在不同超前加固形式下地表沉降變形和開挖面軸力變化規律，未涉及滲流作用對掘進面穩定的影響，模型中掘進過程模擬采用面板后退來實現，與實際盾構掘進行為差別較大，更無法反映大直徑盾構掘進施工土倉內壓力波動的特點。

為進一步研究在地下水滲流作用下中大直徑盾構掘進面的盾構掘進面失穩發展過程，揭示失穩破壞階段性特征，實現對滲透地層中大直徑盾構掘進行為的模擬，具有重要意義。

發明內容

本實用新型針對現有技術存在的不足，提供一種可實現在滲流作用下大直徑盾構掘進面失穩發展過程的模擬觀測，為分析掘進面穩定狀態，揭示滲流作用下大直徑盾構掘進面失穩發展過程及階段性特征提供實驗依據的模擬大直徑土壓盾構隧道掘進界面行為的模型試驗裝置。

實現本實用新型發明目的的技術方案是提供一種大直徑土壓盾構隧道掘進界面模擬試驗系統，包括模型箱，盾構模型，監測系統，它還設有盾構掘進系統，水位控制裝置，滲流示蹤裝置；

所述模型箱為矩形狀立方體，四周面板為透明高強度有機材料，模型箱的一側面板上分別開有安裝盾構模型的半圓形開口和安裝盾構掘進系統的開口，相對的另一側面板上開有若干個不同高度用于安裝水位控制系統給水管的開口；模型箱內填充土樣；