[發(fā)明專利]一種模擬地面出入式盾構(gòu)隧道開挖的試驗裝置及方法

有效

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• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN112098624B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 甘鵬路;王紫娟;閆自海;沈碧輝;劉世明;康恒一;嚴佳佳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N3/12;G01M13/00;G01C5/00;G01D21/02
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發(fā)明提供了一種模擬地面出入式盾構(gòu)隧道開挖的試驗裝置及方法，該試驗裝置包括模型試驗槽、盾構(gòu)管片模型、隧道開挖裝置、傳動系統(tǒng)、可調(diào)節(jié)支架系統(tǒng)、始發(fā)臺座、同步注漿系統(tǒng)、監(jiān)測量控系統(tǒng)，其中隧道開挖裝置由前端帶刃口的鋼套筒、旋轉(zhuǎn)切削刀具、鋼隔板組成，可調(diào)節(jié)支架系統(tǒng)包括扶壁式支架、鋼桁架基座、L型轉(zhuǎn)動板、轉(zhuǎn)軸、千斤頂。本發(fā)明首次通過可調(diào)節(jié)支架系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)的協(xié)同作用，結(jié)合簡易的隧道開挖裝置模擬了具有一定坡率的地面出入式盾構(gòu)隧道開挖過程，更加貼近工程實際，通過設(shè)置不同開挖坡率與注漿量的試驗工況組合，來研究地面出入式盾構(gòu)隧道的管片結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、土體應(yīng)力釋放規(guī)律以及地層變形機理，實現(xiàn)指導(dǎo)設(shè)計和施工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道工程室內(nèi)模型試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬地面出入式盾構(gòu)隧道開挖的試驗裝置及方法。

背景技術(shù)

盾構(gòu)法具有對周邊環(huán)境影響小、自動化程度高、施工進度快等優(yōu)勢，目前已成為我國主流的隧道暗挖施工方法，并廣泛應(yīng)用于城市軌道交通工程、市政隧道工程、地下管線工程的建設(shè)之中。然而，傳統(tǒng)的盾構(gòu)法需要明挖修建工作井以及其淺覆土側(cè)的接線隧道，不僅人力、物力成本較高，而且要解決地面交通疏解、建筑物拆遷、地下管線改遷等一系列社會問題。

近年來，隨著盾構(gòu)法技術(shù)創(chuàng)新的不斷深入，日本工程師首次提出了地面出入式盾構(gòu)法新技術(shù)，實現(xiàn)了淺覆土、負覆土盾構(gòu)施工替代工作井及其接線隧道明挖施工。由于該技術(shù)具有無需工作井盾構(gòu)機可直接出入地面的特點，應(yīng)用前景廣闊，目前已在日本多個地下道路工程中進行應(yīng)用，并在我國南京機場線秣陵站至將軍站區(qū)間開展了初次工程實踐。

從現(xiàn)有的技術(shù)發(fā)展水平而言，地面出入式盾構(gòu)隧道施工過程中的管片結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、土體應(yīng)力釋放規(guī)律以及地層變形機理仍處于試驗探索階段，在城市密集區(qū)使用該技術(shù)的安全性無法得到準確評估。在實際工程應(yīng)用受限的情況下，有必要開展系統(tǒng)的模型試驗來模擬地面出入式盾構(gòu)隧道的開挖過程，加深對該技術(shù)變形控制理論的認識。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬地面出入式盾構(gòu)隧道開挖的試驗裝置，滿足研究不同開挖坡率和注漿量組合下的盾構(gòu)施工對管片自身應(yīng)力和周邊土體變形影響規(guī)律的要求。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明提供一種模擬地面出入式盾構(gòu)隧道開挖的試驗裝置，包括：

模型試驗槽，所述模型試驗槽在垂直于隧道開挖方向的一個側(cè)面板預(yù)留孔洞，且所述孔洞上覆蓋有可拆卸的擋土板；

盾構(gòu)管片模型，所述盾構(gòu)管片模型具有一定長度，并由多個盾構(gòu)管片單元拼接而成；

隧道開挖裝置，設(shè)置于所述盾構(gòu)管片模型的掘進端，包括前端帶刃口的鋼套筒、固設(shè)于鋼套筒端口處的旋轉(zhuǎn)切削刀具、固設(shè)于鋼套筒中部的鋼隔板、設(shè)置于鋼套筒后端的注漿孔；

可調(diào)節(jié)支架系統(tǒng)，布置于所述模型試驗槽的孔洞外側(cè)，包括鋼桁架基座、與鋼桁架基座固定連接的扶壁式支架、與扶壁式支架轉(zhuǎn)動連接且位于鋼桁架基座上方的L型轉(zhuǎn)動板、帶動L型轉(zhuǎn)動板轉(zhuǎn)動的千斤頂；

傳動系統(tǒng)，布置于所述可調(diào)節(jié)支架系統(tǒng)的上方，包括依次連接的交流電機、變速器、穿過孔洞并與鋼隔板中心連接的螺紋空心管、分別與鋼隔板和L型轉(zhuǎn)動板連接的電動推桿；

同步注漿系統(tǒng)，所述同步注漿系統(tǒng)包括儲漿罐、穿過盾構(gòu)管片模型內(nèi)部并與注漿孔相連的輸漿管，可調(diào)節(jié)注漿量；

監(jiān)測量控系統(tǒng)，用于監(jiān)測模型試驗槽內(nèi)土樣的沉降變形及管片的變形。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述同步注漿系統(tǒng)還包括空氣壓縮機、輸氣管和調(diào)壓閥，所述空氣壓縮機通過裝有調(diào)壓閥的輸氣管與儲漿罐相連。