[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

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010578792.6
• 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(tuán)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

本發(fā)明公開了一種可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗裝置及方法，其將模型箱模塊化，由多個上下端分別具有向內(nèi)延伸的翼緣的環(huán)形圍板構(gòu)成，其中位于最下方的環(huán)形圍板封底，有一個環(huán)形圍板有一側(cè)或者有相對的兩側(cè)設(shè)有穿越孔，有多個環(huán)形圍板的翼緣相對的位置設(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環(huán)形圍板和上下翼緣圍成的限位凹槽。試驗前，根據(jù)環(huán)形圍板的避讓槽以及穿越孔的設(shè)置情況，對多個環(huán)形圍板進(jìn)行相應(yīng)的垂向排布疊放并固連后，即可進(jìn)行相應(yīng)工況及參數(shù)的試驗布置，而需要進(jìn)行其他工況試驗時，將多個環(huán)形圍板重新進(jìn)行垂向排布并固連即可，從而使一個試驗裝置可用于進(jìn)行不同工況和不同試驗?zāi)康牡哪M試驗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道非開挖施工試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗裝置及方法。

背景技術(shù)

最近幾年，國內(nèi)外地下工程與城市地下空間建設(shè)如火如荼。越來越多的地下軌道交通系統(tǒng)得到發(fā)展，相應(yīng)地，地下空間資源也變得緊缺，而隨著地下空間資源的緊缺，穿越既有構(gòu)筑物(如既有隧道、管廊、樁基、基坑等)的隧道工程就越發(fā)常見，并且也往近接距離越來越短的趨勢而開展，所以保證新建隧道、既有構(gòu)筑物的安全就越發(fā)重要；相應(yīng)地，針對保證新建隧道、既有構(gòu)筑物安全性的相關(guān)研究也已經(jīng)開展了很多。

相關(guān)的研究方法包括理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗等。其中，模型試驗?zāi)軌蜉^好的模擬實(shí)際工況下的施工概況，對在分析隧道施工過程中的安全性有一定指導(dǎo)意義。但是現(xiàn)有隧道非開挖施工(如盾構(gòu)施工或者頂管施工等隧道非開挖施工)方面開展的模型試驗裝置尚有不足，例如，現(xiàn)有的此類試驗裝置設(shè)計之初只能模擬新建隧道上穿或者下穿既有隧道中的其中一種工況，而不能根據(jù)需要既可以模擬上穿，又可以模擬下穿；或者有些試驗裝置只能模擬某一確切參數(shù)情況下的施工，比如設(shè)計之初固定的新建隧道與既有構(gòu)筑物之間的距離、空間位置關(guān)系(如垂直正交、斜交多少度等空間位置關(guān)系)，這些在模型設(shè)計之初就已經(jīng)固定不變，針對多種不同的工況，需要設(shè)計多種專用的試驗裝置，也就是說，現(xiàn)有技術(shù)不能通過一個試驗裝置進(jìn)行不同工況和不同試驗?zāi)康牡哪M試驗，不具有通用性，相應(yīng)的試驗成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提出一種可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗裝置及方法，旨在可根據(jù)不同工況和不同試驗?zāi)康哪M隧道施工對自身安全以及環(huán)境(如地層和既有構(gòu)筑物等)的影響。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗裝置，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，所述新建隧道管模型為管狀，可活動插裝于一穿越孔，并可沿穿越孔軸向移動；

掘進(jìn)系統(tǒng)，所述掘進(jìn)系統(tǒng)可在試驗土體中掘進(jìn)，并驅(qū)動新建隧道模型沿預(yù)設(shè)的路徑前進(jìn)，以模擬非開挖式隧道的掘進(jìn)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)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種可模擬穿越既有構(gòu)筑物的隧道非開挖施工試驗方法，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(jìn)系統(tǒng)在試驗土體中掘進(jìn)，并驅(qū)動新建隧道模型沿預(yù)設(shè)的路徑前進(jìn)，以模擬非開挖式隧道的掘進(jìn)以及隧道管片的拼裝；