[發明專利]一種盾構隧道管片變形及地表沉降的模擬裝置及模擬方法

有效

• 申請號: 202210387965.5
• 申請日: 2022-04-13
• 公開（公告）號: CN114659895B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 張艷陽;樂新龍;陳善
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/06
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 王玲玲

本發明公開了一種盾構隧道管片變形及地表沉降的模擬裝置及模擬方法，包括穩定架、設置在穩定架上的外殼組件、設置在外殼組件內且用于對盾構隧道管片進行X向及Y向限位的限位器以及位于盾構隧道管片下方且用于模擬地層結構的地層模擬組件；通過伸縮結構的限位器實現了對盾構隧道管片水平面上位移的有效防控，利用底部可自由拆卸的多層地層彈簧，上部通過高精度位移傳感器監測隧道多位置的沉降變形，在盾構隧道管片拼裝完成后通過伸縮結構的限位器與外殼組件的配合實現對盾構隧道管片位置的固定，實現多類型地層的模擬試驗，可適用于不同隧道模型直徑，不同復合地層。

技術領域

本發明涉及隧道施工地質環境環境技術領域，具體涉及一種盾構隧道管片變形及地表沉降的模擬裝置及模擬方法。

背景技術

目前，由于盾構隧道在掘進速度、對地面交通擾動以及施工安全上具有明顯優勢，大量盾構的隧道應用于城市地鐵區間隧道，而由于使用范圍越來越大，隧道面臨的地層環境也越來越復雜，隧道不僅要穿過大量城市建筑的區域，還會面臨地表基坑開挖，除此之外，也會出現軟硬地層不連續的情況，這些問題不僅會導致地表不均勻沉降，也會影響地上建筑和地下區間隧道的運營。

已有學者基于復合成層地層開展的隧道開挖誘發地表沉降的研究主要集中在理論解析和現場實測兩方面，在實際隧道開挖工程設計中對于土體本構模型多選用莫爾庫倫（MC）模型，進行數值計算，其所需材料參數簡單，且可通過實驗室獲得，因此，其在實際工程設計中應用非常廣泛。

然而，值得注意的是，選用莫爾庫倫（MC）模型所得隧道開挖誘發地表沉降槽的數值預測與高斯經驗曲線或實測數據有較大差異，特別是對于砂土隧道的開挖問題。莫爾庫倫（MC）模型的選取遠遠低估了地表實際沉降，對工程的指導是偏于不安全的。采用劍橋模型或修正劍橋（MCC）模型對于地表沉降預測具有一定優化作用。但是，自然界中地層多為復合成層地層，甚或非均質土地層，這樣仍然不太適合作為工程上的指導。

如果采用現場試驗或者大型室內試驗還原環境，這需要很高的成本和很長周期，同時還有一定風險。采用得到的理論或者經驗公式時，得到的結果與工程結果誤差較大，因此亟需提供一種模擬地表不同分層的盾構隧道管片環間接頭變形和地表沉降的裝置，方便、有效的測量模型變形沉降。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種盾構隧道管片變形及地表沉降的模擬裝置及模擬方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種盾構隧道管片變形及地表沉降的模擬裝置，包括穩定架、設置在穩定架上的外殼組件、設置在外殼組件內且用于對盾構隧道管片進行X向及Y向限位的限位器以及位于盾構隧道管片下方且用于模擬地層結構的地層模擬組件；

盾構隧道管片的頂面設置有荷載承載板，荷載承載板上布置有用于監測變形沉降的監測件，用于X向限位的限位器分別設置在盾構隧道管片的側面和外殼組件之間，用于Y向限位的限位器分別設置在盾構隧道管片的端面和外殼組件之間。

進一步地，限位器包括伸縮板支座以及分別設置在伸縮板支座上的伸縮板和彈簧套筒，伸縮板的伸縮端滑動延伸至彈簧套筒內，并與設置在彈簧套筒內的水平地層彈簧抵接，伸縮板支座的端部與外殼組件相連接，彈簧套筒的端面與盾構隧道管片相連接。

進一步地，水平地層彈簧沿彈簧套筒的高度方向依次設置有多組，相鄰水平地層彈簧之間具有間距。

進一步地，地層模擬組件包括限位板、傳力剪切板、位于傳力剪切板內的防偏板以及設置在限位板與防偏板之間的可拆卸彈簧，限位板設置在穩定架上。

進一步地，地層模擬組件為多組，且沿穩定架高度方向設置，且下層的地層模擬組件的傳力剪切板作為上層的地層模擬組件的限位板。

進一步地，還包括萬向輪，萬向輪通過轉動連接桿設置在穩定架上，轉動連接桿上設置有用于固定裝置位置的折疊式固定支座。

進一步地，穩定架上設置有懸掛桿，監測件分布在懸掛桿上。