用于模拟盾构下穿既有隧道施工可视化试验装置的制作方法

文档序号:20274770发布日期:2020-04-03 19:30阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种模拟盾构下穿既有隧道施工可视化试验装置,其特征在于,包括:模型箱、既有隧道模型、调节系统和试验过程测量系统;

一、模型箱

所述模型箱内装有用透明土制备的模拟地层,可采用不同的透明土配比方案模拟砂土和黏土地层,所有模拟施工过程在模型箱中进行;

模型箱下方沿两个短边方向设有支撑钢板,支撑钢板固定在底座上,支撑钢板上设有移动滑轨,连接两块支撑钢板的横梁可以在滑轨上移动。模型箱正上方设有用于固定lvdt位移传感器的横梁,所述横梁两侧由立柱固定在底座上;

二、既有隧道模型

所述既有隧道模型按照弹性模量相似原则采用聚乙烯塑料管模拟,模型隧道分布贯穿模型箱内部,隧道两端面固定在模型箱内表面两侧;

三、调节系统

设计为分段式活动门调节系统;

调节系统包括平铺在模型箱下表面的支护板、支护板上方沿盾构施工纵轴线方向上布置的若干半圆壳柱形活动门、安装在可移动横梁上的等速加载仪;受人工安排,安装在可移动横梁上的等速加载仪通过传动杆与支护板连接,并可随横梁在滑轨上移动并依次置于各段活动门下方,从而依次控制各活动门,使其依次下降或上升;

四、试验过程测量系统

所述试验过程测量系统由活动门位移测量控制系统、土体表面沉降测量系统、土体内部位移场测量系统、土压力测量系统、隧道表面压力分布测试系统和隧道位移测量系统六个子系统组成,每个子系统采集的数据可实时显示在计算机屏幕上,并最终提供给计算机pc用于数据分析,其中:

所述活动门位移测量控制系统包括位移传感器、位移控制数据采集仪,位移传感器安装在支护板与传动杆连接处,能够实时测量活动门下降或上升的位移,从而模拟控制盾构掘进过程中不同程度的地层损失或注浆过程;

所述土体表面沉降测量系统包括lvdt位移传感器、数据采集设备,lvdt位移传感器在模型箱正上方垂直于分段式活动门布置轴线方向均匀布置,并固定在上方横梁上,数据采集设备连接传感器和计算机,可测量活动门下降或抬升过程中地表的沉降和隆起情况,并实时显示在计算机屏幕上;所述土体内部位移测量系统包括激光器、ccd相机,在模型箱上方及侧面分别布置激光器照亮试验中所需的观测断面,采用ccd相机拍摄相应观测断面的二维图像并通过连接计算机,由piv数字图像处理应用软件完成图像灰度与土体位移场的匹配,获得活动下降或抬升过程中该截面地层土体位移场,进一步平移激光器从而记录多个平行的观测断面的二维图像,用于后续三维成像复原,最终获得地层土体连续的三维位移场,速度场则由位移场除以时间得到;

所述土压力测试系统包括bw型电阻应变式土压力传感器和采集仪,bw型电阻应变式土压力传感器通过采集仪与计算机连接,土压力传感器在透明土的不同高度分层水平埋置,系统测得活动下降或抬升过程中地层土体应力状态变化;

所述隧道表面压力分布测试系统由矩阵式薄膜压力传感器、数据采集手柄、i-scan软件组成,数据采集手柄一端被连接到传感器手柄上,另一端则被连接到运行有tekscan公司专有的i-scan数据分析软件的计算机usb接口上,薄膜传感器均匀铺设在既有隧道模型外表面;

所述隧道变形测量系统由电感式位移传感器和dh3816静态应变数据采集仪,位移传感器安装在既有隧道内部各测试断面的拱顶、拱底及拱腰两侧,并通过采集仪连接到计算机,可获得活动门下降或抬升过程中既有隧道的变形特征。

2.如权利要求1所述的模拟盾构下穿既有隧道施工可视化试验装置,其特征在于,所述模型箱采用透明钢化玻璃制成,与透明土共同实现施工全环境可视化。

3.如权利要求1所述的模拟盾构下穿既有隧道施工可视化试验装置,其特征在于,既有隧道纵轴线与活动门模拟的下穿施工线路纵轴线的竖直距离为l,水平向空间夹角为α,可通过改变既有隧道的位置和走向改变l和α模拟不同下穿方式的盾构掘进过程;根据需要设计既有隧道模型的放置位置和角度,可研究不同穿越方式对既有隧道的影响。

4.如权利要求1至3任一所述的模拟盾构下穿既有隧道施工可视化试验装置,其特征在于,还包括防油密封:在各活动门与两侧支护板、相邻两个活动门之间设置条状封闭防油密封垫,且上下各设一道,保证活动门在抬升或下降过程中均位于上下两道防油密封垫范围内,起到防油作用。

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