[發明專利]可模擬穿越既有構筑物的隧道非開挖施工試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010578792.6
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111693675A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 潘伍;梁禹;張凡;趙然;龍舟;黃林沖
• 申請（專利權）人: 中山大學;中鐵隧道局集團建設有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 東莞合方知識產權代理有限公司 44561
• 代理人: 許建成

1.可模擬穿越既有構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形圍板，每個環形圍板的上端和下端分別有水平向內延伸的翼緣，并與環形圍板圍成限位凹槽，上下相鄰的環形圍板的相鄰翼緣之間可拆卸固連且連接處密封，位于最下方的環形圍板封底，使多環形圍板和翼緣共同圍成一個可填充試驗土體的容納空間，其中一個環形圍板有一側或者有相對的兩側設有穿越孔，其他的所述環形圍板中至少有一個環形圍板的翼緣設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，所述掘進系統可在試驗土體中掘進，并驅動新建隧道模型沿預設的路徑前進，以模擬非開挖式隧道的掘進以及隧道管片的拼裝；以及

監測系統，用于獲取試驗土體的變形數據以及新建隧道和既有隧道模型的受力擾動數據；

還包括水源，位于地表以上的環形圍板的側壁設有進水口，水源和進水口之間通過進水管通連，水源可經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.如權利要求1所述的可模擬穿越既有構筑物的隧道非開挖施工試驗裝置，其特征在于：掘進系統包括設于新建隧道模型前端處的切削刀頭、設于新建隧道模型內部接近切削刀頭的泥水倉、與泥水倉通連的排渣機構、裝于反力結構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動端相連的電機，電機的旋轉驅動端連接有傳動軸，傳動軸的前端沿新建隧道模型的內部軸向延伸并穿過泥水倉后與刀具相連并可驅動切削刀頭旋轉，頂進裝置的驅動端伸出時，可驅使電機和新建隧道模型同步前進。

3.如權利要求2所述的可模擬穿越既有構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，注漿系統包括注漿泵以及輸送管，新建隧道模型的管壁設有注漿孔，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.如權利要求1所述的可模擬穿越既有構筑物的隧道非開挖施工試驗裝置，其特征在于：監測系統包括數據采集裝置、設置于新建隧道模型和/或既有隧道模型外壁的應變片、設于地表處的地表監測儀，所述應變片和地表監測儀與數據采集裝置數據連接，應變片用于監測新建隧道模型和/或既有隧道模型的受力和變形，地表監測儀用于監測地表的變形，數據采集裝置可獲取地表監測儀監測到的地表的變形數據以及應變片監測到的新建隧道模型和/或既有隧道模型的受力和變形數據。

5.如權利要求4所述的可模擬穿越既有構筑物的隧道非開挖施工試驗裝置，其特征在于：所述監測系統還包括埋設于試驗土體的孔壓計、設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據采集裝置數據連接，其中，孔壓計用于監測新建隧道模型周圍試驗土體的孔隙壓力、位移計用于監測既有隧道模型的位移、壓力傳感器用于監測切削刀頭前方的土壓力和水壓力、扭矩傳感器用于監測傳動軸的扭矩、轉速和功率。

6.如權利要求1至5中任意一項所述的可模擬穿越既有構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、根據試驗需求、環形圍板的避讓槽以及穿越孔的設置情況，完成試驗裝置、既有構筑物的安裝和試驗土體的填充工作；

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

S3、由監測系統獲取試驗土體的變形數據以及新建隧道和既有隧道模型的受力擾動數據。