一种新型隧道模型开挖及相邻管线支护室内模型试验平台的制作方法

本发明涉及隧道开挖试验设备，特别是涉及一种新型隧道模型开挖及相邻管线支护室内模型试验平台。

背景技术：

1、随着我国经济的高速发展，道路桥梁的修建数量和速度大幅增长，在道路桥梁修建过程中，难免会遇到需要打隧道的情况，特别是在山体偏多的西南地区，在隧道开挖的过程中经常会遇到各种地质安全问题，比如管涌、突水突泥、岩爆等巨大安全问题，因此就需要在隧道开挖的过程中做好对隧道的支护工作；且目前城市中地下工程也快速发展，城市地下隧道开挖的过程中还需考虑到对相邻管线的沉降影响问题，工程上常发生隧道开挖造成相邻管线破损，造成水、天然气和原油等泄露的事故，目前对该领域的模型试验机理研究还较少，为此开展隧道开挖过程中的支护机理和对相邻管线的沉降作用机理分析就显得十分必要。

2、目前国内外学者针对隧道开挖过程中对隧道的支护问题和对相邻管线的沉降作用机理开展了部分研究工作，取得了一些进展，但是目前常见室内隧道开挖模型平台多为单一功能的模型试验平台，而现有的隧道模型开挖室内模型试验平台装置大都是固定角度，不可调节，无法模拟在自然环境中某些特殊地理环境因素导致的隧道需要放坡；现有的隧道模型开挖室内模型试验平台装置的长度为固定长度，无法适应多长度的不同隧道开挖模拟试验；同时在隧道开挖过程中，需对隧道顶部进行支护措施，目前常见的隧道模型开挖室内模型试验平台装置的隧道顶部支护板设置成固定宽度和高度，无法适应不同宽度和高度的隧道开挖模拟试验。

3、综上所述，现有的隧道模型开挖室内模型试验平台装置，只能单一分析隧道的某一种坡度、或者单一隧道尺寸、或者分析单一长度的隧道，可变调节因素较少，在研究不同隧道坡度、不同隧道长度以及多尺寸的支护板对相邻管线的沉降作用机理时，需要制作不同的隧道模型装置，导致试验成本高，浪费资源、试验时间长等突出问题。

4、本发明旨在创新出一种新型隧道模型开挖室内模型试验平台装置，从而可以实现一台装置多功能因素变化，实现多方案的模拟，从而节约成本，提高模型试验的效率。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种新型隧道模型开挖及相邻管线支护室内模型试验平台，解决了现有的隧道模型开挖室内模型试验平台装置，只能单一分析隧道的某一种坡度、或者单一隧道尺寸、或者分析单一长度的隧道，可变调节因素较少，在研究不同隧道坡度、不同隧道长度以及多尺寸的支护板对相邻管线的沉降作用机理时，需要制作不同的隧道模型装置，导致试验成本高，浪费资源、试验时间长的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

3、提供了一种新型隧道模型开挖及相邻管线支护室内模型试验平台，其包括长度可调的隧道模拟件，隧道模拟件为中空矩形盒状结构，隧道模拟件的上顶面和长度方向一侧侧面上均设置有开口；

4、隧道模拟件长度方向的底部两端均设置有一个升降支撑底座装置；

5、隧道模拟件的长度方向另一侧内侧面上设置有管线模拟构件，管线模拟构件一端与隧道模拟件的内侧面固定连接，另一端沿隧道模拟件的长度方向延伸且贯穿隧道模拟件，管线模拟构件上设置有百分表和多个应变片；

6、隧道模拟件的底板上设置有多个不同规格的拱形支护模拟板，多个拱形支护模拟板可通过滑轨沿隧道模拟件的长度方向滑动；

7、管线模拟构件位于多个拱形支护模拟板的上方。

8、本方案中新型隧道模型开挖及相邻管线支护室内模型试验平台的基本原理为：在进行试验时，通过将隧道模拟件调整至试验预设长度、通过两个升降支撑底座装置的升降作用，将隧道模拟件的坡度调整至试验预设坡度，然后将黏土回填压实至隧道模拟件内，接着开始从隧道模拟件长度方向一侧侧面开始模拟隧道开挖过程，黏土开挖至试验预设长度后，按照试验的实际情况，选择不同规格的拱形支护模拟板对开挖部分进行支护，每间隔预设时间，通过百分表和多个应变片分别测量管线模拟构件的沉降量和管线周围土体应力变化情况，以达到揭示不同隧道坡度与隧道周围相邻管线沉降机理和土体应力的内在联系的目的，从而为后续隧道开挖过程中的支护工程设计提供参考数据。本方案中新型隧道模型开挖及相邻管线支护室内模型试验平台可随意变换隧道模拟件的倾斜角度、整体长度，可适应多种不同尺寸大小的隧道开挖并通过相应的拱形支护模拟板对开挖部分进行支撑，可以模拟在不同工况下，对比分析隧道开挖过程中隧道的坡度、隧道长度及不同尺寸的拱形支护板等对隧道周围相邻管线沉降机理和土体应力的变化，实现多方案的模拟，从而节约成本，提高模型试验的效率。

9、进一步地，作为隧道模拟件长度可调的具体实施方案，隧道模拟件的底板内安装有底板伸缩板和底板伸缩滑轨，隧道模拟件的两侧侧板内安装有侧板伸缩板和侧板伸缩滑轨；

10、底板伸缩板和侧板伸缩板位于隧道模拟件的同一断面位置；底板伸缩滑轨和侧板伸缩滑轨均沿隧道模拟件的长度方向设置。

11、进一步地，作为底板伸缩板和侧板伸缩板的具体设置方式，底板伸缩板和侧板伸缩板均包括滑动连接的外板和伸缩内板。

12、通过在隧道模拟件的底板和侧板上设计的伸缩板结构，可以改变隧道模拟件的长度，从而可以使隧道模型开挖试验平台用于模拟不同的隧道长度，分析隧道长度对隧道周围相邻管线沉降机理和土体应力的影响，使得本发明装置可以多次重复利用于不同长度的室内模型试验研究，避免了传统的固定长度隧道模型的一次性使用，造成浪费，可以有效降低试验成本。另外通过伸缩板的长度调节，可以用于模拟现实中隧道开挖过程中，不同长度隧道下对隧道周围相邻管线沉降机理和土体应力的影响，从而为隧道开挖工程设计及施工提供参考。

13、进一步地，每个升降支撑底座装置的底部均设置有移动小车，移动小车的设置，方便对整个模型试验平台进行位置移动。

14、进一步地，作为升降支撑底座装置的具体实施方式，每个升降支撑底座装置均包括升降剪刀架和用于驱动升降剪刀架伸长或缩短的液压缸，升降剪刀架的两端分别与隧道模拟件的底部和移动小车的顶部固定连接。液压缸驱动升降剪刀架的伸长或缩短，实现隧道模拟件坡度的改变，而且可以实现模拟自然环境的不同情形，实现模拟现实中隧道不同坡度的目的，从而实现一台装置模拟不同隧道坡度，可以分析隧道坡度对隧道周围相邻管线沉降机理和土体应力的影响，揭示不同隧道坡度与隧道周围相邻管线沉降机理和土体应力的内在联系，从而为后续隧道开挖过程中的支护工程设计提供参考数据。克服传统的隧道模型无法自动调节坡度的问题，使得本实验的研究更加符合实际情形。

15、进一步地，多个拱形支护模拟板包括由内到外依次设置的第一拱形支护模拟板、第二拱形支护模拟板和第三拱形支护模拟板；第一拱形支护模拟板、第二拱形支护模拟板和第三拱形支护模拟板的两侧分别设置有一对第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨，第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨均设置于隧道模拟件的底板上且均沿隧道模拟件长度方向设置。第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨可适应不同尺寸的拱形支护模拟板，从而进行不断推进对隧道进行支护，从而实现模拟不同尺寸隧道开挖的支护，分析不同尺寸的隧道与周围相邻管线沉降机理和土体应力的内在联系，使得本发明装置可以多次重复利用于不同尺寸隧道开挖的模型试验研究。避免了传统固定单一尺寸的隧道开挖支护模拟，可以避免模型试验平台无法多次使用的缺陷，可以有效降低试验成本。

16、本发明的有益效果为：本方案中的新型隧道模型开挖及相邻管线支护室内模型试验平台，可以通过两个升降支撑底座装置随意变换隧道模拟件的倾斜角度，通过底板伸缩板和侧板伸缩板改变隧道模拟件的整体长度，并且可适应多种不同尺寸大小的隧道开挖并通过相应的拱形支护模拟板对开挖部分进行支撑，可以模拟在不同工况下，对比分析隧道开挖过程中隧道的坡度、隧道长度及不同尺寸的拱形支护板等对隧道周围相邻管线沉降机理和土体应力的变化，实现多方案的模拟，从而节约成本，提高模型试验的效率。