[發明專利]上覆地層開挖卸荷對既有隧道影響的模型試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202210944933.0
• 申請日: 2022-08-08
• 公開（公告）號: CN115305972A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 陳修和;王飛;沈洪波;張有桔;徐國慶;吳華;吳純保;胡倩蕓;孫東晨;劉猛
• 申請（專利權）人: 安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司;公路交通節能與環保技術及裝備交通運輸行業研發中心
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 合肥中博知信知識產權代理有限公司 34142
• 代理人: 楊來寶

本發明公開了上覆地層開挖卸荷對既有隧道影響的模型試驗裝置及方法，在模型架內由下至上依次鋪設強風化砂巖的相似材料、粉質黏土的相似材料和填筑土的相似材料，分層填鋪、壓實直至到設計高度；在鋪設相似材料和支護結構的同時鋪設位移計、應變片和土壓力盒，所有監測元件的引線經傳感器出線孔引出并與數據采集器連接；填補了目前尚無考慮基坑開挖卸荷對雙排隧道的影響機理研究的模型試驗裝置和方法的空白，利用該試驗裝置及方法能夠對上覆地層開挖卸荷條件下既有隧道的位移、變形及土壓力變化規律進行試驗，探究上覆地層開挖卸荷條件下既有隧道的變形特性和演化規律，進一步揭示既有隧道在卸荷條件下的變形規律和機理具有重要意義。

技術領域：

本發明涉及地下工程領域，特別涉及一種上覆地層開挖卸荷對既有隧道影響的模型試驗裝置及方法。

背景技術：

近年來，我國各大城市的規模不斷擴大，興建了大量的高層建筑，由此產生了大量的基坑工程，且規模和深度不斷加大。在城市地區開挖基坑，交通線路縱橫交錯，各類建筑密集，要求基坑工程在設計施工時不僅要考慮自身的穩定，還要把對周邊環境的影響控制在影響范圍。高層大跨度結構愈發增多，土體資源變得越來越少，使得基坑在既有隧道附近開挖施工的情況越來越多。基坑開挖會改變原隧道的應力場及變形場，破壞其原有的應力平衡狀態，進而導致隧道發生變形、開裂，甚至引發嚴重事故。

經研究分析表明，基坑開挖過程，必然引起基坑坑底一定范圍內的地層發生回彈變形，土體地層的回彈對地下已建地鐵隧道產生上浮的作用，使其產生豎向的上抬變形和水平向的收斂變形。因此，上方卸荷對下方已有地鐵隧道的影響包括兩個方面：一方面是卸荷引起的隧道的上抬位移；另一方面是隧道開挖過程自身的相對變形。上世紀90年代后期至今，國內外學者針對基坑開挖對既有隧道影響開展了研究，取得了一定成果，但有關地層分區分層、采用不同開挖方式的卸荷對既有隧道的影響聯系方面研究較少。

在基坑開挖影響研究方面，現有研究常局限在單一的開挖方式對既有隧道的影響，未考慮多種開挖方式對隧道影響的綜合影響分析。為揭示不同基坑開挖方式對既有隧道的影響機制，并進一步完善基坑開挖對既有隧道的影響機理研究，搭建基坑開挖對既有隧道的影響研究的模型試驗裝置并確定試驗方法十分重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種上覆地層開挖卸荷對既有隧道影響規律模型試驗裝置及方法，利用該試驗裝置及方法能夠對上覆地層開挖卸荷條件下既有隧道的位移、變形及土壓力變化規律進行試驗，探究上覆地層開挖卸荷條件下既有隧道的變形特性和演化規律，進一步揭示既有隧道在卸荷條件下的變形規律和機理。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

上覆地層開挖卸荷對既有隧道影響的模型試驗裝置，包括模型箱體、模型支護、模擬隧道結構、模擬地層和數據監測系統；

所述模型箱體為長方體框架，前、后擋板、底護板和左、右擋板與長方體框架連接組成上端開口的箱體；

所述模擬地層填充在模型框架內，所述模擬地層自下而上依次包括中風化泥質砂巖層、強風化泥質砂巖層、粉質黏土層和填筑土層，分層填筑、壓實；

所述模擬隧道結構包括兩個位于粉質黏土層平行設置的管，兩個管橫向設置，管兩端連接在模型箱體的前、后擋板上；

所述模型支護包括支護樁，支護樁由橫向護板和縱向護板組合形成網格狀，橫向護板底部深入粉質黏土層，且位于所述模擬隧道結構上方，所述縱向護板底部深入中風化泥質砂巖層內，且將兩個管分隔；

數據監測系統包括豎向拉繩式位移計、橫向的拉繩式位移計、土壓力盒和應變片；

在左右兩個管上環向安裝土壓力盒與應變片，所述土壓力盒和應變片均與數據采集器通訊連接；