[發(fā)明專利]可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗裝置及方法

在審

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• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111693675A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘伍;梁禹;張凡;趙然;龍舟;黃林沖
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué);中鐵隧道局集團建設(shè)有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 東莞合方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44561
• 代理人: 許建成

1.可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗裝置，其特征在于，包括：

模型箱，所述模型箱包括多個垂向分布的環(huán)形圍板，每個環(huán)形圍板的上端和下端分別有水平向內(nèi)延伸的翼緣，并與環(huán)形圍板圍成限位凹槽，上下相鄰的環(huán)形圍板的相鄰翼緣之間可拆卸固連且連接處密封，位于最下方的環(huán)形圍板封底，使多環(huán)形圍板和翼緣共同圍成一個可填充試驗土體的容納空間，其中一個環(huán)形圍板有一側(cè)或者有相對的兩側(cè)設(shè)有穿越孔，其他的所述環(huán)形圍板中至少有一個環(huán)形圍板的翼緣設(shè)有貫穿翼緣端壁的避讓槽，以供既有隧道模型的兩端插入限位凹槽；

新建隧道模型，所述新建隧道模型為管狀，可活動插裝于一穿越孔，并可沿穿越孔軸向移動；

掘進系統(tǒng)，所述掘進系統(tǒng)可在試驗土體中掘進，并驅(qū)動新建隧道模型沿預(yù)設(shè)的路徑前進，以模擬非開挖式隧道的掘進以及隧道管片的拼裝；以及

監(jiān)測系統(tǒng)，用于獲取試驗土體的變形數(shù)據(jù)以及新建隧道和既有隧道模型的受力擾動數(shù)據(jù)；

還包括水源，位于地表以上的環(huán)形圍板的側(cè)壁設(shè)有進水口，水源和進水口之間通過進水管通連，水源可經(jīng)進水管往容納空間注入水，以模擬隧道非開挖施工過程的河水的沖刷和滲流。

2.如權(quán)利要求1所述的可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗裝置，其特征在于：掘進系統(tǒng)包括設(shè)于新建隧道模型前端處的切削刀頭、設(shè)于新建隧道模型內(nèi)部接近切削刀頭的泥水倉、與泥水倉通連的排渣機構(gòu)、裝于反力結(jié)構(gòu)上并與新建隧道模型的后端相對的頂進裝置、以及與頂進裝置的驅(qū)動端相連的電機，電機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動端連接有傳動軸，傳動軸的前端沿新建隧道模型的內(nèi)部軸向延伸并穿過泥水倉后與刀具相連并可驅(qū)動切削刀頭旋轉(zhuǎn)，頂進裝置的驅(qū)動端伸出時，可驅(qū)使電機和新建隧道模型同步前進。

3.如權(quán)利要求2所述的可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗裝置，其特征在于：還包括注漿系統(tǒng)，注漿系統(tǒng)包括注漿泵以及輸送管，新建隧道模型的管壁設(shè)有注漿孔，輸送管一端與注漿泵相連，另一端伸入新建隧道模型并與注漿孔相連。

4.如權(quán)利要求1所述的可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗裝置，其特征在于：監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集裝置、設(shè)置于新建隧道模型和/或既有隧道模型外壁的應(yīng)變片、設(shè)于地表處的地表監(jiān)測儀，所述應(yīng)變片和地表監(jiān)測儀與數(shù)據(jù)采集裝置數(shù)據(jù)連接，應(yīng)變片用于監(jiān)測新建隧道模型和/或既有隧道模型的受力和變形，地表監(jiān)測儀用于監(jiān)測地表的變形，數(shù)據(jù)采集裝置可獲取地表監(jiān)測儀監(jiān)測到的地表的變形數(shù)據(jù)以及應(yīng)變片監(jiān)測到的新建隧道模型和/或既有隧道模型的受力和變形數(shù)據(jù)。

5.如權(quán)利要求4所述的可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗裝置，其特征在于：所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括埋設(shè)于試驗土體的孔壓計、設(shè)于既有隧道模型外壁的位移計、裝于切削刀頭前端的壓力傳感器和設(shè)于傳動軸的扭矩傳感器中的至少一種，所述孔壓計、位移計、壓力傳感器和扭矩傳感器均與數(shù)據(jù)采集裝置數(shù)據(jù)連接，其中，孔壓計用于監(jiān)測新建隧道模型周圍試驗土體的孔隙壓力、位移計用于監(jiān)測既有隧道模型的位移、壓力傳感器用于監(jiān)測切削刀頭前方的土壓力和水壓力、扭矩傳感器用于監(jiān)測傳動軸的扭矩、轉(zhuǎn)速和功率。

6.如權(quán)利要求1至5中任意一項所述的可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗裝置的試驗方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、根據(jù)試驗需求、環(huán)形圍板的避讓槽以及穿越孔的設(shè)置情況，完成試驗裝置、既有構(gòu)筑物的安裝和試驗土體的填充工作；

S2、使掘進系統(tǒng)在試驗土體中掘進，并驅(qū)動新建隧道模型沿預(yù)設(shè)的路徑前進，以模擬非開挖式隧道的掘進以及隧道管片的拼裝；

S3、由監(jiān)測系統(tǒng)獲取試驗土體的變形數(shù)據(jù)以及新建隧道和既有隧道模型的受力擾動數(shù)據(jù)。