[發明專利]一種用于模擬非對稱基坑開挖對臨近既有隧道影響的裝置和方法

有效

• 申請號: 202111482818.8
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114277859B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 錢浩勇;許成順;杜修力
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00;G01D21/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種用于模擬非對稱基坑開挖對隧道影響的試驗方法，該方法基于用于非對稱基坑開挖對既有隧道的裝置實現：包括模型箱(1)、既有隧道(2)、地下連續墻(3)、錨索(4)、樁基礎(5)、基坑底板(6)和加載砝碼(7)；模型箱(1)為整個試驗裝置的基礎，為既有隧道(2)、地下連續墻(3)，錨索(4)、樁基礎(5)和基坑底板(6)的安裝提供基礎框架；既有隧道(2)埋設在模型箱(1)土體中預定的位置；地下連續墻(3)安裝在模型箱(1)土體中預定位置，通過錨索(4)與模型箱(1)的側壁相連，通過樁基礎(5)保證基坑開挖的穩定性；開挖完成后施作基坑底板(6)，方便后續基坑通過加載砝碼(7)進行再加載；

該方法包括試驗內容、監測方案、試驗步驟和試驗系統；

試驗內容旨在研究非對稱基坑開挖下隧道的變性規律和隧道周圍土壓力的變形規律；

試驗監測方案包括：隧道的縱向位移監測方案、橫向位移監測方案、縱向收斂監測方案橫向、隧道橫向彎矩值監測方案和隧道周圍土壓力監測方案；

試驗步驟包括：試驗準備階段，基坑開挖階段和再加載階段；

既有隧道(2)的豎向位移采用拉線式位移計(8)監測，目的是研究隧道的豎向位移變化規律；拉線式位移計(8)連接在隧道的點位5處，通過測量拉線式位移計(8)的數值得出隧道的豎向位移；監測斷面為基坑中心橫斷面所對應的隧道橫斷面；

既有隧道(2)的橫向位移采用拉線式位移計(8)監測，目的是研究隧道的橫向位移變化規律；拉線式位移計(8)分別連接在隧道的點位3和點位7處，通過測量拉線式位移計(8)的數值得出隧道的橫向位移；監測橫斷面為基坑中心橫斷面所對應的隧道橫斷面；

既有隧道(2)的橫向收斂采用橡膠棒(9)和應變片(10)監測，目的是研究隧道的橫向收斂變化規律；應變片(10)貼在預先標定的橡膠棒(9)中點的側面上，通過應變片(10)測量應變量并換算得到橡膠棒的軸向變形，進而得到隧道斷面的橫向收斂變形；監測橫斷面為基坑中心橫斷面所對應的隧道橫斷面，和其兩側±1D和±3D處共5個橫向監測斷面；其中D為隧道的直徑；

既有隧道(2)的豎向收斂采用橡膠棒(9)和應變片(10)監測，目的是研究隧道的豎向收斂變化規律；應變片(10)貼在預先標定的橡膠棒(9)中點的側面上，通過應變片(10)測量應變量并換算得到橡膠棒的軸向變形，進而得到隧道斷面的豎向收斂變形；監測橫斷面為基坑中心橫斷面所對應的隧道橫斷面，和其兩側±1D和±3D處共5個橫向監測斷面；其中D為隧道的直徑；

既有隧道(2)的橫向彎矩采用應變片(10)監測，目的是研究隧道的橫向彎矩變化規律；應變片(10)分別貼在隧道點位1到點位8共八個點位，通過貼在隧道內、外表面的應變片讀數換算得到隧道的橫向彎矩，換算公式如(1-1)(1-2)；監測橫斷面為基坑中心橫斷面所對應的隧道橫斷面，和其兩側±2D和±4D處共5個橫向監測斷面；其中D為隧道的直徑；

M＝EI(ε_i-ε_e)/h????????????????????(1-1)

I＝bh³/12?????????????????????????(1-2)

其中，M為隧道橫向彎矩值；E為管片彈性模量；I為管片截面慣性矩；ε_i為隧道內表面的應變值；ε_e為隧道外表面的應變值；h為隧道厚度；b為單位長度；

既有隧道(2)周圍的土壓力通過微型土壓力計(11)進行監測，目的是研究隧道周圍土壓力的變化規律；微型土壓力計(11)分別布設在隧道周圍得點位1到點位8共八個點位；監測橫斷面為基坑中心橫斷面所對應的隧道橫斷面，和其兩側±1D和±3D處共5個橫向監測斷面；其中D為隧道的直徑；

首先在模型箱(1)中填土及埋設隧道(5)，填土完成后施作地下連續墻(3)，基坑分三次開挖，每完成一次開挖，施作一次錨索(4)，開挖到規定深度后，立即施作樁基礎(5)；然后施作底板，采用加載砝碼(7)在底板上分三次逐級施加荷載；對基坑開挖以及再加載的全過程進行監測，探究土體及隧道的受力特征和變形規律；

該試驗方法包括以下試驗步驟：

Step?1：模型箱(1)中填土及埋設相應的既有隧道(2)；

Step?2：施作地下連續墻(3)；

Step?3：開挖土體至1/3基坑深度，并施作一次錨索(4)；

Step?4：開挖土體至2/3基坑深度，并施作一次錨索(4)；

Step?5：開挖土體至基坑底部，并依次施作樁基礎(5)和基坑底板(6)；

Step?6：施加加載砝碼(7)至1/3目標重量；

Step?7：施加加載砝碼(7)至2/3目標重量；

Step?8：施加加載砝碼(7)至全部目標重量；

Step?9：試驗結束，拆除試驗裝置，放置原位。