[發明專利]模擬雙圓盾構隧道施工引起地層位移的試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202011092899.6
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112065415B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 曾彬;何磊;葉四橋;鄭紅杰;涂品;張勇;陳康;董偉
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學;中國鐵建港航局集團有限公司
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06;E21F16/02;G09B25/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及模擬雙圓盾構隧道施工引起地層位移的試驗裝置及方法，屬于土木工程試驗領域。包括填裝透明土的透明模型箱、雙圓隧道模型、牽引器、激光發射器和照相機；雙圓隧道模型水平穿過透明模型箱，包括內外套裝且能相對滑動的透明雙圓支撐柱和透明雙圓管，位于透明模型箱內的透明雙圓支撐柱和透明雙圓管埋入透明土；牽引器在透明模型箱外與透明雙圓管相連，以間斷牽引透明雙圓管水平抽動；激光發射器和照相機各有兩個，對應透明雙圓管設置在透明模型箱的外周，其中一激光發射器和照相機分別布置在透明雙圓管抽動方向的兩側，另一激光發射器和照相機分別布置在透明雙圓管抽動方向的垂向的兩側。操作方便，結構簡單，模擬效果直觀、準確。

技術領域

本發明屬于土木工程試驗領域，涉及一種模擬雙圓盾構隧道施工引起地層位移的試驗裝置及方法。

背景技術

隨著隧道施工技術的日益成熟，為了滿足地下隧道開挖高效率、大規模、低成本、省資源的需要，盾構法隧道斷面由圓形斷面逐漸發展為矩形、類矩形、橢圓形、雙圓形等隧道斷面形式。1986年，日本開創了雙圓盾構(Double-O-Tube，簡稱DOT)隧道施工的先例。雙圓隧道相較于兩條相互平行的單圓隧道，具有開挖空間小、建設成本低、對環境影響小等優勢，逐漸在城市地下交通建設中得到了廣泛應用。雙圓盾構隧道施工過程中開挖引起的地層位移仍不可避免，特別是在軟土地層中尤為顯著，其獨特的斷面形狀使其在施工過程中引起土層位移的機理更為復雜。因此，研究雙圓盾構隧道施工引起的地層位移規律是非常重要的。

透明土的基本原理是利用透明顆粒材料與具有相同(近)折射率的孔隙流體混合而成，具備與天然土體相似的巖土工程性質的土體。利用激光器可以在其土體內部形成一個散斑場，利用工業照相機拍攝出圖片。利用PIV技術對比不同時間點圖片的灰度值，利用關聯函數可以得到不同時間點的相對位移，從而得到雙圓隧道土體內部的宏觀變形過程。

現有技術中存在一種透明土地基中隧道開挖的模型試驗裝置和試驗方法，通過控制預先埋設在透明土中若干個水囊的體積，實現了在透明土模型試驗中隧道的分步開挖過程。但是，該試驗方法采用的水囊排水法無法保證隧道在開挖過程中的斷面形狀保持穩定。并且，為實現隧道的分步開挖，需要在透明土中埋設許多排水管，影響了實驗的準確性。此外，無法準確模擬雙圓隧道開挖過程。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種模擬雙圓盾構隧道施工引起地層位移的試驗裝置及方法，解決現有技術中存在的不足，較為直觀、準確地顯現雙圓盾構隧道施工引起周圍土層的內部位移，得到土層位移的三維變形場。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

模擬雙圓盾構隧道施工引起地層位移的試驗裝置，包括透明模型箱、雙圓隧道模型、牽引器、激光發射器和照相機；透明模型箱中填裝透明土；雙圓隧道模型水平穿過透明模型箱，包括內外套裝且能相對滑動的透明雙圓支撐柱和透明雙圓管，位于透明模型箱內的透明雙圓支撐柱和透明雙圓管埋入透明土；牽引器在透明模型箱外與透明雙圓管相連，以間斷牽引透明雙圓管水平抽動；激光發射器和照相機各有兩個，對應透明雙圓管設置在透明模型箱的外周，其中一激光發射器和照相機分別布置在透明雙圓管抽動方向的兩側，另一激光發射器和照相機分別布置在透明雙圓管抽動方向的垂向的兩側。

進一步，透明模型箱呈矩形，其對立的兩壁面上設有供雙圓隧道模型穿過的雙圓孔洞。

進一步，雙圓孔洞處安裝有雙圓密封圈。

進一步，透明雙圓管的外周套裝有透明雙圓彈性管。

進一步，透明雙圓管的一端設有牽引頭，用于連接牽引器。

進一步，透明雙圓管包括下沉式、均勻式和上浮式透明雙圓管三種類型。

進一步，透明雙圓支撐柱包括兩段，一段設有雙圓凸頭，另一段設有適配的雙圓凹槽，雙圓凸頭插入雙圓凹槽內構成整體。

進一步，透明雙圓支撐柱上設有刻度標記。