[發明專利]模擬鄰近結構受開挖面失穩影響的模型試驗裝置

在審

• 申請號: 202210654799.0
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN115097099A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 沈宇鵬;蔡志勇;張旺;呂金彪;王述;劉騰;李星晨
• 申請（專利權）人: 北京交通大學;北京市政建設集團有限責任公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01M99/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 鄒芳德

本發明提供一種模擬鄰近結構受開挖面失穩影響的模型試驗裝置，屬于工程施工技術領域，包括模型箱，模型箱一側安裝整圓模型，連接孔內外側分別安裝連接法蘭和整圓安裝座；在模型箱上整圓模型的一側安裝半圓模型，在套筒能夠貼合的該側有機玻璃處開兩個小孔，用于固定半圓安裝座，伸出螺旋桿；模型箱內部放置既有結構模型。本發明可以進行不同埋深、不同開挖方式及不同超前支護影響研究中；可以較好模擬隧道失穩引起的周圍地層及鄰近既有結構的變形和應力情況，并可以較為準確測出隧道失穩塌方對周圍環境的影響；可為隧道工程現場施工提供數據，對于制定淺埋暗挖隧道施工技術標準以及周圍地層和鄰近既有結構的安全保護措施提供理論參考。

技術領域

本發明涉及工程施工技術領域，具體涉及一種模擬鄰近結構受開挖面失穩影響的模型試驗裝置。

背景技術

對于淺埋暗挖隧道施工已形成一套比較完善的施工方法，形成了一系列適用于不同條件的施工工法，包括全斷面法、臺階法、CRD法等。然而對鄰近既有車站的隧道開挖面失穩破壞特征和演化規律以及開挖面失穩對既有車站結構影響研究成果不多，更多的集中在無地下既有結構影響下隧道開挖面穩定性和隧道正常開挖施工對周圍環境或既有結構的影響研究。因此，如何預估隧道失穩和鄰近既有結構的相互影響作用并進行隧道失穩風險判斷是近接施工中的一個核心問題。

采用小尺寸模型試驗研究隧道施工失穩對既有結構力學及周圍地層影響具有重要的理論和現實意義，現有的模型試驗模擬隧道開挖失穩的裝置主要分為三類，一是通過內置囊體，通過控制囊體內的氣體或者液體釋放，模擬開挖面應力釋放，該方法雖然能夠較好控制開挖面的應力釋放程度，但是通用性不高，浪費成本；二是通過人工開挖，該方法開挖效率低，開挖效果誤差較大；三是采用開挖面后退的方式模擬，該方法結構簡單，成本較低，操作性強。另外，隧道開挖失穩斷面大多采用全斷面法，往往與實際施工不符。

綜上，目前采用開挖面后退開挖模擬方式的模型試驗主要存在有以下幾個問題：1、無法模擬隧道開挖面和支護間距對隧道開挖面失穩的影響；2、無法實現不同開挖斷面開挖失穩；3、很少實現同一個模型箱能夠分別進行整圓隧道試驗和半圓隧道試驗的功能。而通過控制開挖套筒四個部分的組合，實現各部分的縱向長度的差異來模擬各分部開挖，進而模擬不同開挖方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠實現隧道的不同埋深、不同開挖方法以及不同支護條件的施工行為模擬，準確測量隧道開挖失穩對周圍地層沉降值以及鄰近既有結構內力并進行分析的模擬鄰近結構受開挖面失穩影響的模型試驗裝置，以解決上述背景技術中存在的至少一項技術問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：

本發明提供一種模擬鄰近結構受開挖面失穩影響的模型試驗裝置，包括：模型箱，模型箱一側安裝整圓模型，連接孔內外側分別安裝連接法蘭和整圓安裝座；在模型箱上整圓模型的一側安裝半圓模型，在外筒和套筒能夠貼合的該側有機玻璃處開兩個小孔，用于固定半圓安裝座，伸出螺旋桿；模型箱內部放置既有結構模型。

優選的，整圓模型中，通過安裝座安插隧道開挖裝置，隧道開挖裝置包括支護外筒、第一開挖套筒、第二開挖套筒、第三開挖套筒、第四開挖套筒、螺桿、同步輪、同步帶和螺桿手輪。

優選的，整圓安裝座有四個螺紋孔，固定四個螺桿，保證螺桿只能在一個方向上運動。

優選的，四個開挖套筒組合成一個圓形結構，貼合支護外筒；每個套筒是開口的四分之一圓，在套筒的頂部均安裝螺桿，套筒和螺桿之間通過軸承連接。

優選的，螺桿尾端通過同步輪、同步帶連接，通過同步輪和同步帶的組合實現全斷面、上臺階和單一導洞的開挖；在螺桿末端嵌入螺桿手輪，實現單一或者組合的螺桿同步旋轉，以控制開挖面的后退，模擬實現開挖面應力釋放。

優選的，半圓模型中，通過安裝座安裝半圓隧道開挖裝置，半圓隧道開挖裝置也包括內外套筒，內套筒是由兩個開挖套筒組成，在外筒和模型箱開孔的有機玻璃間進行封閉處理，防止試驗中的土體進入內筒之中。