一种模拟CRD法隧道施工的实验装置及试验方法与流程

本发明涉及一种模拟crd法隧道施工的实验装置及试验方法。

背景技术：

在现有的crd法隧道施工技术中，多集中在特定的工程地质条件下的不同crd法隧道施工施工，而没有相应的模拟装置，因此不能在实验室对crd法隧道施工过程进行模拟，但是在实际施工过程张，crd法隧道施工也可能会存在一系列的问题，因此需要提前在实验室模拟的施工过程，以便了解施工对地表变形的影响规律，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。

技术实现要素：

为克服背景技术中存在的缺陷，本发明提供一种模拟crd法隧道施工的实验装置及试验方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种模拟crd法隧道施工的实验装置，包括箱体、施工模型和检测装置；所述施工模型包括第一推进模型、第二推进模型、第三推进模型、第四推进模型、第五推进模型和第六推进模型；

所述第一推进模型包括第一推进装置和第一隧道模型，第一推进装置呈实心的条状，第一隧道模型呈空心的条状；第一推进装置和第一隧道模型的长度相等，且第一推进装置的横截面的形状和大小与第一隧道模型的横截面的形状和大小均相同；

所述第二推进模型包括第二推进装置和第二隧道模型，第二推进装置呈实心的杆状，第二隧道模型呈空心的管状；第二推进装置和第二隧道模型的长度相等，且第二推进装置的横截面的形状和大小与第二隧道模型的横截面的形状和大小均相同；

所述第三推进模型包括第三推进装置和第三隧道模型，第三推进装置呈实心的杆状，第三隧道模型呈空心的管状；第三推进装置和第三隧道模型的长度相等，且第三推进装置的横截面的形状和大小与第三隧道模型的横截面的形状和大小均相同；

所述第四推进模型包括第四推进装置和第四隧道模型，第四推进装置呈实心的杆状，第四隧道模型呈空心的管状；第四推进装置和第四隧道模型的长度相等，且第四推进装置的横截面的形状和大小与第四隧道模型的横截面的形状和大小均相同；

所述第五推进模型包括第五推进装置和第五隧道模型，第五推进装置呈实心的杆状，第五隧道模型呈空心的管状；第五推进装置和第五隧道模型的长度相等，且第五推进装置的横截面的形状和大小与第五隧道模型的横截面的形状和大小均相同；

所述第六推进模型包括第六推进装置和第六隧道模型，第六推进装置呈实心的杆状，第六隧道模型呈空心的管状；第六推进装置和第六隧道模型的长度相等，且第六推进装置的横截面的形状和大小与第六隧道模型的横截面的形状和大小均相同；

所述第一推进装置、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置、第六推进装置、第一隧道模型、第二隧道模型、第三隧道模型、第四隧道模型、第五隧道模型和第六隧道模型的长度均相等；

当所述第一推进装置、第二推进装置分别位于第三推进装置和第四推进装置的正上方，所述第三推进装置和第四推进装置分别位于第五推进装置和第六推进装置的正上方时，所述第一推进装置、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置拼装成第一圆柱体；

当所述第一隧道模型、第二隧道模型分别位于第三隧道模型和第四隧道模型的正上方，所述第三隧道模型和第四隧道模型分别位于第五隧道模型和第六隧道模型的正上方时，所述第一隧道模型、第二隧道模型、第三隧道模型、第四隧道模型、第五隧道模型和第六隧道模型拼装成第二圆柱体；

所述箱体的顶面设有用于放入土体的开口，所述箱体相对的两侧面分别设有第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔同轴设置，且第一通孔的孔径、第二通孔的孔径、所述第一圆柱体的直径、所述第二圆柱体的外径均相等；

所述第一推进装置、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置一端的端面上分别设有轴向把手，且推所述第一推进装置、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置的外表面上均沿轴向设有刻度；

所述检测装置包括用于布设在土体顶面的若干个测量点，每个测量点包括一个用于固定在土体顶面上的螺栓，箱体顶部的开口处架设有横梁，所述横梁上对应每个测量点分别设有一个用于测量土体塌陷情况的千分表，且千分表的测头向下垂直延伸并贴紧螺栓的顶面。

进一步，所述第一推进装置、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置均为木棒。

进一步，所述第一隧道模型、第二隧道模型、第三隧道模型、第四隧道模型、第五隧道模型和第六隧道模型均为pe管。

进一步，所述箱体由钢化玻璃板组成。

进一步，第一通孔和第二通孔分别位于箱体两侧面的中间处，且第一通孔和第二通孔之间的距离与第一隧道模型的长度相等。

采用本发明所述的一种模拟crd法隧道施工的实验装置实施的试验方法，包括以下步骤：

步骤1，向箱体内填充预定量的土体并压实，以使土体的顶面平整，且使第一通孔底部的切线和第二通孔底部的切线均位于土体的顶面所在的平面上；

步骤2，向箱体内的土体上由左向右依次放入第五推进装置和第六推进装置，再在第五推进装置和第六推进装置的正上方分别放上第三推进装置和第四推进装置，最后在第三推进装置和第四推进装置的正上方分别放入第一推进装置和第二推进装置，此时，所述第一推进装置、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置拼合成所述第一圆柱体；且所述第一推进装置、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置的一端均位于箱体上的第二通孔处，另一端的六个把手经第一通孔外露于箱体；

步骤3，向箱体内继续填充预定量的土体并压实；

步骤4，在土体顶面上预定位置处布置测量点，并安装螺栓；

步骤5，在箱体的开口处架设横梁，安装千分表，并确保千分表的测头向下垂直延伸并贴紧螺栓的顶面；

步骤6，crd法隧道施工模拟：

步骤6.1，握住一组推进模型的把手，按一定抽出速度自箱体的第一通孔向箱体外抽出一定长度的所述推进模型的推进装置，间隔预定停顿时长后，从箱体的第二通孔内沿轴向插入所述推进模型的隧道模型至触碰到所述推进模型的推进装置；同时在抽出所述推进模型的推进装置的过程中，按预定时间间隔记录千分表的读数；

所述推进模型分别为第一推进模型、第二推进模型、第三推进模型、第四推进模型、第五推进模型和第六推进模型；且依次对第一推进模型、第三推进模型、第二推进模型、第四推进模型、第五推进模型和第六推进模型进行上述操作；

步骤6.2，自所述推进模型的隧道模型触碰到所述推进模型的推进装置后，继续按步骤6.1中的抽出速度向箱体1外抽出相同长度的所述推进模型的推进装置，间隔与步骤6.1相同的停顿时长后，再将所述推进模型的隧道模型向箱体内推进至与所述推进模型的推进装置接触；同时在抽出所述推进模型的推进装置的过程中，按预定时间间隔记录千分表的读数；

所述推进模型分别为第一推进模型、第二推进模型、第三推进模型、第四推进模型、第五推进模型和第六推进模型；且依次对第一推进模型、第三推进模型、第二推进模型、第四推进模型、第五推进模型和第六推进模型进行上述操作；

步骤6.3，重复步骤6.2，直至所述推进模型的推进装置与箱体完全脱离，且所述推进模型的隧道模型完全位于箱体内，以模拟crd法隧道施工；同时在抽出所述推进模型的推进装置的过程中，按预定时间间隔记录千分表的读数；

所述推进模型分别为第一推进模型、第二推进模型、第三推进模型、第四推进模型、第五推进模型和第六推进模型；且依次对第一推进模型、第三推进模型、第二推进模型、第四推进模型、第五推进模型和第六推进模型进行上述操作；

步骤7，以与步骤6不同的抽出速度、不同的抽出长度和不同的停顿时长重复步骤6并记录；

步骤8，根据步骤6和步骤7中得到的各次试验的抽出速度信息、抽出长度信息、停顿时长信息和千分表读数信息，绘制各次crd法隧道施工模拟中每个测量点处的试验时间-变形量曲线和每个测量点在各次试验中的最终变形量曲线，模拟不同施工参数与地表变形之间的确切关系，并找出crd法隧道施工引发的土体变形量规律。

本发明可以准确的模拟crd法隧道施工过程，从而探索和解决crd法隧道施工对地表及建筑物的影响问题。

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crd法隧道施工对地表变形的影响，得到不同施工参数与地表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。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是第一推进模型的结构示意图。

具体实施方式

参照附图，一种模拟crd法隧道施工的实验装置，包括箱体1、施工模型和检测装置；所述施工模型包括第一推进模型a、第二推进模型b、第三推进模型c、第四推进模型d、第五推进模型e和第六推进模型f；

所述第一推进模型a包括第一推进装置2和第一隧道模型3，第一推进装置2呈实心的条状，第一隧道模型3呈空心的条状；第一推进装置2和第一隧道模型3的长度相等，且第一推进装置2的横截面的形状和大小与第一隧道模型3的横截面的形状和大小均相同；

所述第二推进模型b包括第二推进装置和第二隧道模型，第二推进装置呈实心的杆状，第二隧道模型呈空心的管状；第二推进装置和第二隧道模型的长度相等，且第二推进装置的横截面的形状和大小与第二隧道模型的横截面的形状和大小均相同；

所述第三推进模型c包括第三推进装置和第三隧道模型，第三推进装置呈实心的杆状，第三隧道模型呈空心的管状；第三推进装置和第三隧道模型的长度相等，且第三推进装置的横截面的形状和大小与第三隧道模型的横截面的形状和大小均相同；

所述第四推进模型d包括第四推进装置和第四隧道模型，第四推进装置呈实心的杆状，第四隧道模型呈空心的管状；第四推进装置和第四隧道模型的长度相等，且第四推进装置的横截面的形状和大小与第四隧道模型的横截面的形状和大小均相同；

所述第五推进模型e包括第五推进装置和第五隧道模型，第五推进装置呈实心的杆状，第五隧道模型呈空心的管状；第五推进装置和第五隧道模型的长度相等，且第五推进装置的横截面的形状和大小与第五隧道模型的横截面的形状和大小均相同；

所述第六推进模型f包括第六推进装置和第六隧道模型，第六推进装置呈实心的杆状，第六隧道模型呈空心的管状；第六推进装置和第六隧道模型的长度相等，且第六推进装置的横截面的形状和大小与第六隧道模型的横截面的形状和大小均相同；

所述第一推进装置2、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置、第六推进装置、第一隧道模型3、第二隧道模型、第三隧道模型、第四隧道模型、第五隧道模型和第六隧道模型的长度均相等；

当所述第一推进装置2、第二推进装置分别位于第三推进装置和第四推进装置的正上方，所述第三推进装置和第四推进装置分别位于第五推进装置和第六推进装置的正上方时，所述第一推进装置2、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置拼装成第一圆柱体；

当所述第一隧道模型3、第二隧道模型分别位于第三隧道模型和第四隧道模型的正上方，所述第三隧道模型和第四隧道模型分别位于第五隧道模型和第六隧道模型的正上方时，所述第一隧道模型、第二隧道模型、第三隧道模型、第四隧道模型、第五隧道模型和第六隧道模型拼装成第二圆柱体；

所述箱体1的顶面设有用于放入土体6的开口，所述箱体1相对的两侧面分别设有第一通孔5和第二通孔，第一通孔5和第二通孔同轴设置，且第一通孔5的孔径、第二通孔的孔径、所述第一圆柱体的直径、所述第二圆柱体的外径均相等；

所述第一推进装置2、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置一端的端面上分别设有轴向把手4，且推所述第一推进装置2、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置的外表面上均沿轴向设有刻度；

所述检测装置包括用于布设在土体6顶面的若干个测量点，每个测量点包括一个用于固定在土体顶面上的螺栓8，箱体1顶部的开口处架设有横梁7，所述横梁7上对应每个测量点分别设有一个用于测量土体6塌陷情况的千分表9，且千分表9的测头向下垂直延伸并贴紧螺栓8的顶面。

所述第一推进装置2、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置均为木棒。

所述第一隧道模型3、第二隧道模型、第三隧道模型、第四隧道模型、第五隧道模型和第六隧道模型均为pe管。

所述箱体1由钢化玻璃板组成。

第一通孔5和第二通孔分别位于箱体1两侧面的中间处，且第一通孔5和第二通孔之间的距离与第一隧道模型3的长度相等。

采用本发明所述的一种模拟crd法隧道施工的实验装置实施的试验方法，包括以下步骤：

步骤1，向箱体1内填充预定量的土体6并压实，以使土体6的顶面平整，且使第一通孔5底部的切线和第二通孔底部的切线均位于土体6的顶面所在的平面上；

步骤2，向箱体5内的土体6上由左向右依次放入第五推进装置和第六推进装置，再在第五推进装置和第六推进装置的正上方分别放上第三推进装置和第四推进装置，最后在第三推进装置和第四推进装置的正上方分别放入第一推进装置2和第二推进装置，此时，所述第一推进装置2、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置拼合成所述第一圆柱体；且所述第一推进装置、第二推进装置、第三推进装置、第四推进装置、第五推进装置和第六推进装置的一端均位于箱体1上的第二通孔处，另一端的六个把手4经第一通孔5外露于箱体1；

步骤3，向箱体1内继续填充预定量的土体6并压实；

步骤4，在土体6顶面上预定位置处布置测量点，并安装螺栓8；

步骤5，在箱体1的开口处架设横梁7，安装千分表9，并确保千分表9的测头向下垂直延伸并贴紧螺栓8的顶面；

步骤6，crd法隧道施工模拟：

步骤6.1，握住一组推进模型的把手，按一定抽出速度自箱体1的第一通孔向箱体1外抽出一定长度的所述推进模型的推进装置，间隔预定停顿时长后，从箱体的第二通孔内沿轴向插入所述推进模型的隧道模型至触碰到所述推进模型的推进装置；同时在抽出所述推进模型的推进装置的过程中，按预定时间间隔记录千分表9的读数；

所述推进模型分别为第一推进模型a、第二推进模型b、第三推进模型c、第四推进模型d、第五推进模型e和第六推进模型f；且依次对第一推进模型a、第三推进模型c、第二推进模型b、第四推进模型d、第五推进模型e和第六推进模型f进行上述操作；

步骤6.2，自所述推进模型的隧道模型触碰到所述推进模型的推进装置后，继续按步骤6.1中的抽出速度向箱体1外抽出相同长度的所述推进模型的推进装置，间隔与步骤6.1相同的停顿时长后，再将所述推进模型的隧道模型向箱体内推进至与所述推进模型的推进装置接触；同时在抽出所述推进模型的推进装置的过程中，按预定时间间隔记录千分表的读数；

所述推进模型分别为第一推进模型a、第二推进模型b、第三推进模型c、第四推进模型d、第五推进模型e和第六推进模型f；且依次对第一推进模型a、第三推进模型c、第二推进模型b、第四推进模型d、第五推进模型e和第六推进模型f进行上述操作；

步骤6.3，重复步骤6.2，直至所述推进模型的推进装置与箱体1完全脱离，且所述推进模型的隧道模型完全位于箱体1内，以模拟crd法隧道施工；同时在抽出所述推进模型的推进装置的过程中，按预定时间间隔记录千分表的读数；

所述推进模型分别为第一推进模型a、第二推进模型b、第三推进模型c、第四推进模型d、第五推进模型e和第六推进模型f；且依次对第一推进模型a、第三推进模型c、第二推进模型b、第四推进模型d、第五推进模型e和第六推进模型f进行上述操作；

步骤7，以与步骤6不同的抽出速度、不同的抽出长度和不同的停顿时长重复步骤6并记录；

步骤8，根据步骤6和步骤7中得到的各次试验的抽出速度信息、抽出长度信息、停顿时长信息和千分表读数信息，绘制各次crd法隧道施工模拟中每个测量点处的试验时间-变形量曲线(横轴为各次试验中自所述推进模型的推进装置2开始抽出至与箱体1完全分离所需的时长内的时间点，纵轴为每个测量点的千分表9在每个时间点上所测出的变形量)和每个测量点在各次试验中的最终变形量曲线(每个测量点绘制一个最终变形量曲线，横轴为试验次数的编号，纵轴为每个测量点的千分表9在所述推进模型的推进装置与箱体1完全分离至土体6稳定时所测出的最终变形量)，模拟不同施工参数与地表变形之间的确切关系，并找出crd法隧道施工引发的土体变形量规律。

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。