盾构推进模拟试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及一种盾构推进模拟试验装置及其试验方法。

背景技术：

采用盾构法施工具有掘进速度快、质量优、对周围环境影响小、施工安全性相对较高等优点。但是盾构施工也会带来一系列的问题，因此需要提前在实验室模拟盾构的施工过程，以便了解盾构施工对地表变形的影响规律。

盾构施工造成的地表变形主要是因为地层的损失，提前模拟出盾构施工过程中地层的损失情况，同时可以根据不同的工程背景模拟不同的工况，以此能够快速并准确的估算工程地表变形情况，为后期工程的施工做参考。

目前的盾构隧道地表变形数值主要由peck公式计算，也可通过其他理论计算得到。但实际工程往往条件复杂，经过理论计算所得变形数值准确率不高，而实际工程中对变形数值规定严格，因此运用理论计算和试验模拟非常重要。试验模拟可以提高准确率，从而满足工程实际要求。

技术实现要素：

为克服背景技术中存在的缺陷，本发明提供一种盾构推进模拟试验装置及其试验方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：

盾构推进模拟试验装置，包括箱体和盾构推进模型，所述盾构推进模型包括粗细相套的盾构推进装置和隧道模型；

所述箱体的顶端设有用于放入土体的开口，所述箱体相对的两侧均设有可供盾构推进装置穿过的通孔，且两通孔同轴设置；

所述盾构推进装置呈一端开口一端带有筒底的筒状，且筒底上设有轴向把手；所述隧道模型呈管状，且隧道模型穿过盾构推进装置的开口并位于盾构推进装置的内腔内；盾构推进装置与隧道模型同轴设置，盾构推进装置可沿隧道模型轴向滑动地套设在隧道模型上，且盾构推进装置的外表面上沿轴向设有刻度；

所述隧道模型由若干块弧形的管片紧密拼接而成，且相邻两块管片通过若干组连接装置相连并固定；所述连接装置包括相对设置在相邻两管片的相邻边上的径向孔，所述径向孔内设有一个螺栓，螺栓的两端贯穿径向孔，即螺栓的两端外露于管片；两个螺栓的外端通过连接片固定连接，且连接片贴着相邻两块管片的外壁面，两个螺栓的内端通过螺帽拧紧，以将相邻两管片夹紧在连接片和螺帽之间。

进一步，所述盾构推进装置为钢管。

进一步，盾构推进装置的外径与通孔的孔径相等。

进一步，所述螺帽为蝴蝶螺帽。

进一步，所述管片包括沿沿隧道模型的周向延伸的弧形长边和沿隧道模型的轴向延伸的直线短边，2条弧形长边和2条直线短边上均等间距设有两个径向孔。

采用本发明所述的盾构推进模拟试验装置实施的试验方法，包括以下步骤：

步骤1，将管片紧密拼接成管状隧道模型；

步骤2，向箱体内填充预定量的土体并压实，以使土体的顶面平整，且使通孔底部的切线位于土体的顶面所在的平面上；

步骤3，自箱体一侧的通孔沿通孔的轴向向箱体内放入盾构推进装置，并使把手从另一侧的通孔内露出；

步骤4，自盾构推进装置一端的开口向盾构推进装置内放入隧道模型；

步骤5，向箱体内继续填充预定量的土体并压实；

步骤6，确保隧道模型不动，并握住盾构推进装置的把手按预定速度向箱体外抽出盾构推进装置，隧道模型逐渐与土体接触，且盾构推进装置最终与箱体分离，以模拟盾构推进施工构造隧道的过程。

本发明的有益效果主要表现在：

1、本发明所述的试验装置结构简单，造价低廉，方便好用。

2、利用本发明所述的装置实施所述的试验方法，可在实验室模拟盾构的施工过程，以便了解盾构施工对地表变形的影响规律。

3、本发明利用管片拼接成管状隧道模型，更贴合实际，模拟效果更准确。

附图说明

图1是本发明所述的试验装置的正视图。

图2是盾构推进模型的示意图。

图3是图2的侧视图。

图4是管片错缝连接时外侧面的示意图。

图5是管片错缝连接时内侧面的示意图。

图6是管片对缝连接时外侧面的示意图。

图7是管片对缝连接时内侧面的示意图。

图8是沿隧道模型的周向相邻的两管片的连接示意图。

图9是沿隧道模型的轴向相邻的两管片的连接示意图。

具体实施方式

参照附图，盾构推进模拟试验装置，包括箱体1和盾构推进模型，所述盾构推进模型包括粗细相套的盾构推进装置2和隧道模型3；

所述箱体1的顶端设有用于放入土体的开口，所述箱体1相对的两侧均设有可供盾构推进装置穿过的通孔，且两通孔同轴设置；

所述盾构推进装置2呈一端开口一端带有筒底的筒状，且筒底上设有轴向把手4；所述隧道模型呈管状3，且隧道模型3穿过盾构推进装置2的开口并位于盾构推进装置2的内腔内；盾构推进装置2与隧道模型3同轴设置，盾构推进装置2可沿着隧道模型3的外表面沿轴向滑动地套设在隧道模型3上，且盾构推进装置2的外表面上沿轴向设有刻度，以计量抽出长度。

所述隧道模型3由若干块弧形的管片8紧密拼接而成，且相邻两块管片8通过若干组连接装置相连并固定；所述连接装置包括相对设置在相邻两管片的相邻边上的径向孔，所述径向孔内设有一个螺栓6，螺栓6的两端贯穿径向孔，即螺栓的两端外露于管片8；两个螺栓6的外端通过连接片5固定连接，且连接片5贴着相邻两块管片8的外壁面，两个螺栓6的内端通过螺帽7拧紧，以将相邻两管片夹紧在连接片5和螺帽7之间。

所述盾构推进装置2为薄钢管，薄钢管可有效支撑土体。

盾构推进装置2的外径与通孔的孔径相等。

所述螺帽7为蝴蝶螺帽。

所述隧道模型3的外径略小于盾构推进装置2的外径，以此模拟盾构刀盘略大于衬砌直径。

所述管片8包括沿隧道模型3的周向延伸的弧形长边和沿隧道模型3的轴向延伸的直线短边，2条弧形长边和2条直线短边上均等间距设有两个径向孔。

采用本发明所述的盾构推进模拟试验装置实施的试验方法，包括以下步骤：

步骤1，将管片8紧密拼接成管状隧道模型3；

步骤2，向箱体1内填充预定量的土体并压实，以使土体的顶面平整，且使通孔底部的切线位于土体的顶面所在的平面上；

步骤3，自箱体1一侧的通孔沿通孔的轴向向箱体内放入盾构推进装置2，并使把4手从另一侧的通孔内露出；

步骤4，自盾构推进装置2一端的开口向盾构推进装置2内放入隧道模型3；

步骤5，向箱体1内继续填充预定量的土体并压实；

步骤6，确保隧道模型3不动，并握住盾构推进装置2的把手4按预定速度向箱体1外抽出盾构推进装置2，隧道模型2逐渐与土体接触，且盾构推进装置2最终与箱体1分离，以模拟盾构推进施工构造隧道的过程；

对于步骤1，可分以下步骤实现：

第一步，将一根完整的pe管切割成预定数量的管片：先确定管片的连接缝位置(可分为对缝连接和错缝连接，如图4和图6)和径向孔位置，并做标记；再对每一块管片进行编号；最后，沿连接缝将pe管切割成管片，且在径向孔位置标记处打孔。

第二步，将管片按编号顺序用连接装置连接，以构成隧道模型3。

可在步骤5结束后、步骤6开始之前，在土体上安装试验测试仪器(如千分表)，以测量在步骤6实施的过程中土体的沉降情况。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。