专利名称：一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置的制作方法
技术领域：
:本实用新型属于地下工程实验技术领域，可以模拟盾构隧道施工引起地层变形的过程，并为设计与施工方案的优化提供依据，对施工现场周围已有建筑及构筑物的安全隐患起到有效的预测作用。
技术背景:在现有的盾构隧道施工模型实验技术中，多集中在盾构掘进机模型技术、加载技术、模型变形的立体摄影测量技术、数字照相变形测量技术、隧道模型材料配比研究等方面。主要解决管片结构的受力问题、隧道结构与围岩的相互作用问题、开挖面的稳定性问题、盾构隧道与邻近构筑物相互作用问题，以及盾构隧道渗透性、涌水、壁后注浆效应等问题。而本实用新型主要是解决盾构隧道施工对地层、地表及建筑物的影响问题。在现有的模拟装置与方法中，存在一个共同的缺点，就是在模拟盾构隧道施工时无法实现简单精确的控制地层损失量，相应的也就得不到地层损失率与上覆岩土体变形之间的确切关系。本实用新型研制了一种地层损失模拟系统，作为该模拟装置的核心部分，可较为准确地测量不同地层结构下的隧道施工的地层损失量，与地层和地表的变形监测值相结合，以探索和解决盾构隧道施工对地层、地表及建筑物的影响问题
实用新型内容
:本实用新型的装置是一套能够模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置，主要解决了以下技术问题:(I)地层损失简单精确的控制。本装置通过在隧道模拟装置周围安装地层损失模拟系统来代替隧道周围扰动土体，将密闭水袋9中的水有步骤的排出，并通过止水阀门12和量桶15精确地控制排水量，由此模拟出地层损失的全过程。(2)模拟装置的简便安装与操作。岩土工程领 域的模拟实验通常都需要体积比较庞大的模拟装置来实现，因此，模拟装置的制作、安装与操作往往比较复杂、比较困难。本装置采用模型箱框架I与钢化玻璃标准块2作为拼装材料，实现了模拟装置的简单拼装与拆卸，不仅操作简易，而且能够回收利用，节省试验成本。本实用新型装置的主要技术关键是将模型箱框架I与钢化玻璃标准块2拼装成模型箱后，将相似材料土层6分层填入模型箱并夯实，期间将隧道模拟装置与地层损失模拟系统在预先计算好的位置处植入，最后在表层处安装地表沉降测量系统。地层损失模拟系统启动，通过止水阀门12与量桶15精确控制地层损失量，相应地层发生变形，地表沉降通过地表沉降测量系统精确测出。因此可以简易精确的测出地层损失率与地表沉降之间关系O本实用新型采用如下技术方案:—种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置，包括模型箱及地层系统、隧道模拟系统、地层损失模拟系统、地表沉降测量系统。模型箱及地层系统，包括模型箱框架1、钢化玻璃块2、基准钢梁5、相似材料土层6、标志线7、隧道孔洞18，进水管及排水管孔洞19 ;模型箱框架I与钢化玻璃块2连接形成模型箱，相似材料土层6分层填入模型箱并夯实，在需要观察内部土层沉降的深度处植入标志线7，最后钢梁5固定于模型箱顶部纵向中央部位，隧道孔洞18与进水管及排水管孔洞19位于模型箱底部；隧道模拟装置，包括聚氯乙烯隧道模型8、聚氯乙烯圆板支撑13 ;3道聚氯乙烯圆板支撑13等间距置于聚氯乙烯隧道模型8的圆孔中，然后用密闭水袋9将聚氯乙烯隧道模型8环向紧密包裹后植入隧道孔洞18中；地层损失模拟系统，包括密闭水袋9、进水管10、排水管11、止水阀门12、密闭水袋支撑14、量桶15、压力水泵16 ;密闭水袋支撑14均匀布置于密闭水袋9中，密闭水袋9紧密包围聚氯乙烯隧道模型8，进水管10与排水管11分别连接于密闭水袋9的一侧边缘，并通过进水管及排水管孔洞19引出，进水管1 0与排水管11上分别配置有一个止水阀门12，进水管10的进水口与压力水泵16连接，排水管11出水口处放置一个量桶15 ；地表沉降测量系统，包括百分表3，磁性座4。磁性座4固定于基准钢梁5上，百分表3安装在磁性座4上。模型箱框架I与钢化玻璃块2通过螺栓连接。所述的标志线7可换为标志层。本实用新型可以取得如下有益效果:1、本实用新型可以在模拟盾构隧道施工时简单精确的控制地层损失量，得到地层损失率与上覆岩土体变形之间的确切关系，为设计与施工方案的优化提供依据，对施工现场周围已有建筑及构筑物的安全隐患起到有效的预测作用。2、本实用新型装置不仅可以简单拼装与拆卸，操作简易，而且能够回收利用，节省试验成本。
:图1:一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置的俯视图；图2: —种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置的正立面图；图3: —种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置的侧立面图；图4:一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置1-1的剖面图；图5:—种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置2-2的剖面图；图中:1.模型箱框架，2.钢化玻璃块，3.百分表，4.磁性座，5.基准钢梁，6.相似材料土层，7.标志线，8.聚氯乙烯隧道模型，9.密闭水袋，10.进水管，11.排水管，12.止水阀门，13.聚氯乙烯圆板支撑，14.密闭水袋网架，15.量桶16.压力水泵，17.加强肋板，18.隧道孔洞，19.进水管及排水管孔洞。
具体实施方式
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以下结合附图和具体实施方式
对于本实用新型做进一步说明:如图1至图5所示的一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置，包括模型箱及地层系统、隧道模拟系统、地层损失模拟系统、地表沉降测量系统。模型箱及地层系统，包括模型箱框架1、钢化玻璃块2、基准钢梁5、相似材料土层
6、标志线(层)7、隧道孔洞18，进水管及排水管孔洞19 ;模型箱框架I与钢化玻璃块2连接形成模型箱，相似材料土层6分层填入模型箱并夯实，在需要观察内部土层沉降的深度处植入标志线(层)7，最后钢梁5固定于模型箱顶部纵向中央部位，隧道孔洞18与进水管及排水管孔洞19位于模型箱底部；隧道模拟装置，包括聚氯乙烯隧道模型8、聚氯乙烯圆板支撑13 ;3道聚氯乙烯圆板支撑13等间距置于聚氯乙烯隧道模型8的圆孔中，然后用密闭水袋9将聚氯乙烯隧道模型8环向紧密包裹后植入隧道孔洞18中；地层损失模拟系统，包括密闭水袋9、进水管10、排水管11、止水阀门12、密闭水袋支撑14、量桶15、压力水泵16 ;密闭水袋支撑14均匀布置于密闭水袋9中，密闭水袋9紧密包围聚氯乙烯隧道模型8，进水管10与排水管11分别连接于密闭水袋9的一侧边缘，并通过进水管及排水管孔洞19引出，进水管10与排水管11上分别配置有一个止水阀门12，进水管10的进水口与压力水泵16连接，排水管11出水口处放置一个量桶15 ；地表沉降测量系统，包括百分表3，磁性座4。磁性座4固定于基准钢梁5上，百分表3安装在磁性座4上。模型箱框架I与钢化玻璃块2通过螺栓连接。本实用新型装置的工作原理是用相似材料模拟土层结构，隧道模拟装置模拟隧道结构，地层损失模拟系统模拟隧道周围扰动土体及地层损失的全过程。装置安装完毕后，地层损失模拟系统启动，将事先已经用压力水泵16充满水的密闭水袋9通过排水管11分步排水，并通过止水阀门12与量桶15精确地控制排水量，并记录排水量，模拟地层损失，与之相应地层发生变形，地表随之发生沉降，地表沉降通过百分表精确测出，记录测量值。通过换算计算出地层损失率，并与沉降测量值一同制成表格和图像，从而可以简便精确的测出不同地层结构下地层损失率与 地表沉降之间关系。
权利要求1.一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置，其特征在于:其包括模型箱及地层系统、隧道模拟系统、地层损失模拟系统、地表沉降测量系统； 模型箱及地层系统，包括模型箱框架(1)、钢化玻璃块(2)、基准钢梁(5)、相似材料土层(6)、标志线(7)、隧道孔洞(18)，进水管及排水管孔洞(19);模型箱框架(1)与钢化玻璃块(2 )连接形成模型箱，相似材料土层(6 )分层填入模型箱并夯实，在需要观察内部土层沉降的深度处植入标志线(7)，钢梁(5)固定于模型箱顶部纵向中央部位，隧道孔洞(18)与进水管及排水管孔洞(19)位于模型箱底部； 隧道模拟装置，包括聚氯乙烯隧道模型(8)、聚氯乙烯圆板支撑(13) ;3道聚氯乙烯圆板支撑(13)等间距置于聚氯乙烯隧道模型(8)的圆孔中，用密闭水袋(9)将聚氯乙烯隧道模型(8)环向紧密包裹后植入隧道孔洞(18)中； 地层损失模拟系统，包括密闭水袋(9)、进水管(10)、排水管(11)、止水阀门(12)、密闭水袋支撑(14)、量桶(15)、压力水泵(16);密闭水袋支撑(14)均匀布置于密闭水袋(9)中，密闭水袋(9)紧密包围聚氯乙烯隧道模型(8)，进水管(10)与排水管(11)分别连接于密闭水袋(9 )的一侧边缘，并通过进水管及排水管孔洞(19 )引出，进水管(10 )与排水管(11)上分别配置有一个止水阀门(12)，进水管(10)的进水口与压力水泵(16)连接，排水管(11)出水口处放置一个量桶(15)； 地表沉降测量系统，包括百分表(3)，磁性座(4);磁性座(4)固定于基准钢梁(5)上，百分表(3 )安装在磁性座(4 )上。
2.根据权利要求1所述的一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置，其特征在于:模型箱框架(I)与钢化玻璃块(2)通过螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置，其特征在于:所述的标志线 (7)可换为标志层。
专利摘要模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置，属地下工程实验领域，模型箱框架(1)与钢化玻璃块(2)连接形成模型箱，相似材料土层(6)填入模型箱，在部土层沉降的深度处植入标志线(7)，钢梁(5)固定于模型箱，隧道孔洞(18)与进水管及排水管孔洞(19)位于模型箱底部；聚氯乙烯圆板支撑(13)置于聚氯乙烯隧道模型(8)的圆孔中，用密闭水袋(9)将聚氯乙烯隧道模型(8)包裹后植入隧道孔洞(18)中密闭水袋(9)包围聚氯乙烯隧道模型(8)，进水管(10)与排水管(11)分别连接于密闭水袋(9)的边缘，通过进水管及排水管孔洞(19)引出；本实用新型可简便测出不同地层结构下地层损失率与地表沉降间关系。
文档编号G01N33/24GK203132854SQ201320033769
公开日2013年8月14日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者姚爱军, 王成, 房师军, 彭虎, 翟玉新 申请人:北京工业大学