专利名称：适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明关于一种试验方法，尤其是指一种适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法及装置。
背景技术：
地铁隧道的施工方法主要包括盾构法、明挖法、矿山法等。其中，盾构法是一种施工过程中依靠盾构自身的刚性支护，不断地在利用刀盘开挖土体，并在盾构尾部进行管片拼装和壁后注浆的隧道施工方法。由于盾构法具有机械化程度高、施工速度快和对周围环境扰动小等优势，因此已经成为城市地铁建设采用较多的施工方法。在国内以往的盾构工程中，每条隧道大多使用一台盾构机掘进，在接收井内进行盾构机的拆卸和分解。但是有些工程由于种种原因，不能一次到达盾构接收井，这时就要采用盾构地中对接技术。目前国内盾构相向掘进、利用地下对接技术修建隧道的工程实例很少，相对于贯通掘进工作面，盾构地中对接施工需要解决两大难点问题，一是对接精度的控制，首先要保证隧道贯通误差满足规范要求，其次保证盾构地中对接相对误差，以保证相向两台盾构外壳顺利进行联体焊接；二是对接工作面的稳定性，以确保洞内盾构解体的安全。用冻结法加固对接处，可以保证对接处接口封闭，冻结帷幕可以抵抗外界的水土压力及渗漏，保证对接施工的安全。由于盾构地中对接施工设计可参考的案例很少，盾构地中对接工程所涉及的影响因素也非常复杂，采用理论分析或数值模拟的方式研究盾构地中对接技术有一定的局限性。
发明内容
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有鉴于上述问题，本发明提供了一种适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法，包括一第一盾构机模型与一第二盾构机模型，以及包括以下步骤:(I)在地下离邻近建筑地基一定距离的位置，开挖一冻土试验箱，将所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型覆盖在内；(2)在所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体上设置复数个冻结管；(3)在所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体内表面及外表面上布置复数个应变花；(4)在所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体上各焊接至少一根钢筋，并在所述钢筋上布置一土体压力盒以及一温度传感器；(5)在所述冻土试验箱内进行填土，并使土体固结；(6)通过一冻结装置将各所述冻结管连接成一冻结管路；(7)开始冻结，并进行数据采集与分析。
进一步的，在步骤(2)之后，还包括步骤:对所述冻结管进行水压试验，测试压力在0.3MPa情况下，经半小时后的压力下降值。进一步的，在步骤(3)中，还包括步骤:在所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体内表面上的所述应变花的测试位置5cm范围内布置应变计，以校核所述应变花的测试效果进一步的,在步骤(5)中，填土过程中每20cm至40cm用打夯机夯实,填土完毕后，使土固结0.5至1.5个月。进一步的，在步骤(6)中，所述冻结装置包括一盐水箱与复数个盐水泵，并通过复数个供回液管路将所述盐水箱、所述盐水泵、以及各所述冻结管连接成所述冻结管路。进一步的，所述冻结管上设有阀门。进一步的，在步骤(7)中，还包括步骤:用风机强制通风，观察所述所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体上各测点的温度变化情况，并进行数据采集与分析。本发明还提供了一种适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验装置，包括一第一盾构机模型与一第二盾构机模型，以及:一冻土试验箱，将所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型覆盖在内；复数个冻结管，设置于所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体上；复数个应变花，设置于 述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体内表面及外表面上；至少一根钢筋，焊接于所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体上，且在所述钢筋上布置有一土体压力盒以及一温度传感器；一冻结装置，将各所述冻结管连接成一冻结管路。进一步的，所述土体压力盒为振弦式土体压力盒，所述温度传感器为铜一康铜热电偶，且在所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体内表面上的所述应变花的测试位置5cm范围内还布置有应变计。进一步的，所述冻结装置包括一盐水箱与复数个盐水泵，并通过复数个供回液管路将所述盐水箱、所述盐水泵、以及各所述冻结管连接成所述冻结管路，并在所述冻结管上设置阀门。本发明适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法，采用物理模拟试验的方法，是一种解决生产和工程问题的科学试验研究方法。它以相似理论为基础，用因次分析法或方程分析转换法推导出相似准则，再根据相似准则安排物理模拟试验，通过试验获得各物理量的值，再根据相似准则将此物理量的值推算到原型上去，从而得到原型各参数变化规律，是一种把数学解析法和试验法的优点结合起来从而有效地解决生产和工程问题的科学研究方法，可以较好的研究盾构地中对接技术。本发明适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法，适用于盾构地中对接的冻结法施工模拟试验，可模拟盾构地中对接冻结法施工过程，对于理论分析及数值模拟难以考虑的复杂因素，可较好的考虑其对盾构地中对接的影响，对盾构地中对接施工过程有着重要的预测作用，相比实物原型试验，能节省资金、人力和时间，对于盾构地中对接冻结法施工有着重要的指导意义。
图1是本发明适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法的流程图。图2是本发明适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验装置的结构示意图。
具体实施例方式配合参看图1所示，是本发明适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法的流程图，配合参看图2所示，试验中根据相似理论，选择几何缩比为6.35的一第一盾构机模型5与一第二盾构机模型6在地中对接，包括以下步骤:SI在地下开挖一冻土试验箱。在地下离邻近建筑地基一定距离的位置，开挖一冻土试验箱4，避免对邻近建筑造成不安全因素，将所述第一盾构机模型5以及所述第二盾构机模型6覆盖在内。S2在两盾构机模型的壳体上设置复数个冻结管。在所述第一盾构机模型5以及所述第二盾构机模型6的壳体上设置复数个冻结管
7,并对所述冻结管7进行水压试验，测试压力在0.3MPa情况下，经半小时后的压力下降值，压力下降不超过0.03MPa，方能合格，有渗水的焊缝应及时补漏，保证冻结管7的畅通，避免堵塞。S3在两盾构机 模型的壳体的内表面及外表面上布置复数个应变花。在所述第一盾构机模型5以及所述第二盾构机模型6的壳体内表面及外表面上布置复数个应变花，并在所述第一盾构机模型5以及所述第二盾构机模型6的壳体内表面上的所述应变花的测试位置5cm范围内布置应变计，以校核所述应变花的测试效果，同时测试施工过程中盾构机模型不同位置产生的应变量。S4在两盾构机模型的壳体上各焊接至少一根钢筋，并在钢筋上布置土体压力盒与温度传感器。在所述第一盾构机模型5以及所述第二盾构机模型6的壳体上焊接至少一根钢筋9，在所述钢筋9上布置一土体压力盒11以及一温度传感器10，其中，所述的钢筋9的数量、角度及长度根据要安放的温度传感器10和土体压力盒11的布置确定，所述土体压力盒11为振弦式土体压力盒，所述温度传感器10为铜一康铜热电偶。S5在冻土试验箱内进行填土,并使土体固结。按要求配备一定 含水率的实验用土，在所述冻土试验箱4内按照设计深度填土，填土过程中每20cm至40cm用打夯机夯实,填土完毕后,使土固结0.5至1.5个月。S6通过一冻结装置将各冻结管连接成一冻结管路。所述冻结装置包括一盐水箱I与复数个盐水泵2，通过复数个供回液管路3将所述盐水箱1、所述盐水泵2、以及各所述冻结管7连接成所述冻结管路，保证冻结管路走向顺畅，并在各冻结管7的回路上安装阀门8。S7开始冻结，并进行数据采集与分析。开始冻结，在冻结开始前首先确保各种传感器的运行正常性，确保以及其他各种试验设备的用电安全，采集系统试运行采集初始数据，实验系统空转试运行，无问题时正式开始冻结试验，同时进行数据采集。并且，用风机强制通风，观察冻土中、所述第一盾构机模型5以及所述第二盾构机模型6的壳体上各测点的温度变化情况，探索通风对冻结温度场的影响。配合参看图2所示，本发明还提供了一种适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验装置，包括所述第一盾构机模型5与所述第二盾构机模型6，以及:一冻土试验箱4，将所述第一盾构机模型5以及所述第二盾构机模型6覆盖在内；复数个冻结管7，设置于所述第一盾构机模型5以及所述第二盾构机模型6的壳体上；复数个应变花，设置于所述第一盾构机模型5以及所述第二盾构机模型6的壳体内表面及外表面上，并在所述第一盾构机模型5以及所述第二盾构机模型6的壳体内表面上的所述应变花的测试位置5cm范围内布置应变计；至少一根钢筋9，焊接于所述第一盾构机模型5以及所述第二盾构机模型6的壳体上，并在所述钢筋9上布置所述土体压力盒11以及所述温度传感器10。其中，所述土体压力盒11为振弦式土体压力盒，所述温度传感器10为铜一康铜热电偶；一冻结装置，包括一盐水箱I与复数个盐水泵2，通过复数个供回液管路3将所述盐水箱1、所述盐水泵2、以及各所述冻结管7连接成所述冻结管路，并在所述冻结管7上设置阀门8。以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。`
权利要求
1.一种适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法，其特征在于包括一第一盾构机模型与一第二盾构机模型，以及包括以下步骤: (1)在地下离邻近建筑地基一定距离的位置，开挖一冻土试验箱，将所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型覆盖在内； (2)在所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体上设置复数个冻结管； (3)在所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体内表面及外表面上布置复数个应变花； (4)在所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体上各焊接至少一根钢筋，并在所述钢筋上布置一土体压力盒以及一温度传感器； (5)在所述冻土试验箱内进行填土，并使土体固结； (6)通过一冻结装置将各所述冻结管连接成一冻结管路； (7)开始冻结，并进行数据采集与分析。
2.如权利要求1所述的适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法，其特征在于，在步骤(2)之后，还包括步骤:对所述冻结管进行水压试验，测试压力在0.3MPa情况下，经半小时后的压力下降值。
3.如权利要求1所述的适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法，其特征在于，在步骤(3)中，还包括步骤:在所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体内表面上的所述应变花的测试位置5cm范围内布置应变计，以校核所述应变花的测试效果。
4.如权利要求1所述的适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法，其特征在于，在步骤(5)中，填土过程中每20cm至40cm用打夯机夯实,填土完毕后,使土固结0.5至1.5个月。
5.如权利要求1所述的适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述冻结装置包括一盐水箱与复数个盐水泵，并通过复数个供回液管路将所述盐水箱、所述盐水泵、以及各所述冻结管连接成所述冻结管路。
6.如权利要求1或5所述的适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法，其特征在于所述冻结管上设有阀门。
7.如权利要求1所述的适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法，其特征在于，在步骤(7)中，还包括步骤:用风机强制通风，观察所述所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体上各测点的温度变化情况，并进行数据采集与分析。
8.一种适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验装置，其特征在于包括一第一盾构机模型与一第二盾构机模型，以及: 一冻土试验箱，将所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型覆盖在内； 复数个冻结管，设置于所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体上； 复数个应变花，设置于所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体内表面及外表面上； 至少一根钢筋，焊接于所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体上，且在所述钢筋上布置有一土体压力盒以及一温度传感器； 一冻结装置，将各所述冻结管连接成一冻结管路。
9.如权利 要求8所述的适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验装置，其特征在于:所述土体压力盒为振弦式土体压力盒，所述温度传感器为铜一康铜热电偶，且在所述第一盾构机模型以及所述第二盾构机模型的壳体内表面上的所述应变花的测试位置5cm范围内还布置有应变计。
10.如权利要求8所述的适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验装置，其特征在于所述冻结装置包括一盐水箱与复数个盐水泵，并通过复数个供回液管路将所述盐水箱、所述盐水 泵、以及各所述冻结管连接成所述冻结管路，并在所述冻结管上设置阀门。
全文摘要
本发明公开了一种适用于盾构地中对接的冻结加固模拟试验方法，包括一第一盾构机模型与一第二盾构机模型，以及包括以下步骤(1)在地下开挖一冻土试验箱(2)在两盾构机模型的壳体上设置数个冻结管(3)在两盾构机模型的壳体的内表面及外表面上布置数个应变花(4)在两盾构机模型的壳体上各焊接至少一根钢筋，并在钢筋上布置土体压力盒与温度传感器(5)在冻土试验箱内进行填土，并使土体固结(6)通过一冻结装置将各冻结管连接成一冻结管路(7)开始冻结，并进行数据采集与分析。本发明适用于盾构地中对接的冻结法施工模拟试验，可模拟盾构地中对接冻结法施工过程，相比实物原型试验，能节省资金、人力和时间。
文档编号G01N33/24GK103235110SQ20131018511
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月17日 优先权日2013年5月17日
发明者李鸿, 朱卫杰, 余暄平, 王吉云, 袁风波, 岳丰田, 石荣剑, 杨臻, 董明钢 申请人:上海隧道工程股份有限公司, 中国矿业大学