[實(shí)用新型]一種考慮地層側(cè)向抗力的盾構(gòu)隧道實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202220152333.6
• 申請(qǐng)日: 2022-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN217538697U
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳志寧;張小會(huì);周順華;沈瑜;張靜;沈亞威;孟丹青;張澤宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司;同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D9/00
• 分類號(hào): E21D9/00
• 代理公司: 上海科律專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.一種考慮地層側(cè)向抗力的盾構(gòu)隧道實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括反力架(1)、工字鋼(2)、盾構(gòu)隧道管片足尺模型(3)、拉伸式位移傳感器(4)、分壓計(jì)(5)、液壓油缸(6)、位移監(jiān)測儀(7)、第一千斤頂(8)和第二千斤頂(9)；

所述反力架(1)是圓環(huán)狀鋼結(jié)構(gòu)支架，用于為千斤頂提供反力；

所述工字鋼(2)為傳力結(jié)構(gòu)，用于將第一千斤頂(8)和第二千斤頂(9)的力傳遞到反力架上；

所述盾構(gòu)隧道管片足尺模型(3)為實(shí)驗(yàn)測試對(duì)象，為圓環(huán)狀盾構(gòu)管片；

所述第二千斤頂(9)為圓環(huán)狀盾構(gòu)隧道管片足尺模型(3)拱腰圓心角為90°范圍內(nèi)的千斤頂；

所述第一千斤頂(8)為盾構(gòu)隧道外弧面處除第二之外的千斤頂；

所述第一千斤頂(8)和第二千斤頂(9)沿徑向布置于盾構(gòu)隧道管片足尺模型(3)圓弧外側(cè)，并通過工字鋼(2)支撐于所述反力架(1)；

所述的拉伸式位移傳感器(4)為微型傳感器元件，安裝于盾構(gòu)管片內(nèi)弧面拱腰處；

所述分壓計(jì)(5)是油壓調(diào)控裝置，用于調(diào)控各個(gè)第一千斤頂(8)和第二千斤頂(9)的支撐力大小；

所述液壓油缸(6)為油壓儲(chǔ)存裝置，通過控制液壓油為第一千斤頂(8)和第二千斤頂(9)提供動(dòng)力；

所述位移監(jiān)測儀(7)是信號(hào)監(jiān)測及轉(zhuǎn)換裝置，用于將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為荷載信號(hào)；

通過在盾構(gòu)隧道管片足尺模型(3)指定范圍內(nèi)調(diào)控第二千斤頂(9)的推力來實(shí)現(xiàn)對(duì)地層抗力的模擬。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮地層側(cè)向抗力的盾構(gòu)隧道實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述反力架(1)材料彈性模量為2.1×10¹¹Pa，密度為7840kg/m³，泊松比為0.28，厚度為0.5m。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種考慮地層側(cè)向抗力的盾構(gòu)隧道實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述盾構(gòu)隧道管片足尺模型(3)為拼裝式盾構(gòu)管片，分別由封頂塊(10)、鄰接塊(11)和標(biāo)準(zhǔn)塊(12)沿環(huán)向拼裝而成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮地層側(cè)向抗力的盾構(gòu)隧道實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的拉伸式位移傳感器(4)安裝于盾構(gòu)管片內(nèi)弧面拱腰處，沿中軸線對(duì)稱布置；用于實(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)過程中拱腰處的橫向變形H，得到位移信號(hào)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮地層側(cè)向抗力的盾構(gòu)隧道實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述第一千斤頂(8)和第二千斤頂(9)共24個(gè)，沿盾構(gòu)隧道管片足尺模型(3)圓弧外側(cè)均勻布置，編號(hào)為：封頂塊(10)上千斤頂為1號(hào)，逆時(shí)針依次標(biāo)記為1-24號(hào)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮地層側(cè)向抗力的盾構(gòu)隧道實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述分壓計(jì)(5)內(nèi)部共分為a、b、c、d、e共5個(gè)通道，對(duì)應(yīng)24個(gè)千斤頂?shù)?種不同壓力值；

其中，1、2、12、13、14、24號(hào)第一千斤頂(8)共用通道a控制油壓加力為P1用于模擬隧道頂部所受的豎向土壓力和隧道底部所受的地基反力；

拱腰處10個(gè)第二千斤頂(9)依據(jù)側(cè)向地層抗力的分布情況依次分為3組，千斤頂受力由隧道原側(cè)向壓力P2和隧道變形后地層側(cè)向抗力Q兩部分組成，其中Q的大小依據(jù)變形量的不同分為Q1、Q2、Q3；7、19號(hào)第二千斤頂(9)共用通道b控制油壓加力為P2+Q1，6、8、18、20號(hào)第二千斤頂(9)共用通道c控制油壓加力為P2+Q2，5、9、17、21號(hào)第二千斤頂(9)共用通道d控制油壓加力為P2+Q3；

3、4、10、11、15、16、22、23號(hào)第一千斤頂(8)共用通道e控制油壓加力為P3，用于模擬過渡段壓力，取值為P1與P2的均值。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮地層側(cè)向抗力的盾構(gòu)隧道實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，液壓油缸(6)包括儲(chǔ)油倉、伺服控制閥、油壓接口，儲(chǔ)油倉提供液壓所需要的不可壓縮介質(zhì)條件，伺服控制閥由位移檢測儀控制，將位移傳感計(jì)的數(shù)據(jù)傳遞給伺服控制閥，控制閥通過油壓接口連接至分壓計(jì)各個(gè)通道，用以調(diào)整各個(gè)通道的壓力。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮地層側(cè)向抗力的盾構(gòu)隧道實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述位移監(jiān)測儀(7)是信號(hào)監(jiān)測及轉(zhuǎn)換裝置，用于將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為荷載信號(hào)，其內(nèi)部具體轉(zhuǎn)換公式如下:

Q(t)＝H(t)×E

其中：Q(t)為實(shí)驗(yàn)過程中盾構(gòu)隧道拱腰處某時(shí)刻的側(cè)向地層抗力值；

H(t)為實(shí)驗(yàn)過程中盾構(gòu)隧道拱腰處某時(shí)刻的側(cè)向位移值；

E為地層抗力系數(shù)。