一种模拟盾构隧道变形的室内筒型试验装置

1.本实用新型涉及隧道工程专业应用研究技术领域，具体地讲是一种模拟盾构隧道变形的室内筒型试验装置；适用于室内模拟在不同受力情况下交叉角度与间距不同的盾构隧道变形情况。


背景技术：

2.随着盾构隧道的快速发展，各类邻近工程所遇到的难题越来越突出。相邻隧道之间围岩稳定性相互影响，为了保证隧道结构的安全稳定，对其进行附加应力、变形监测并进行分析研究显得尤为重要，目前，对于邻近施工类型的盾构隧道工程的研究虽然较多，但是对于多角度多间距类型邻近施工工程的测试相对较少，无法实现指导实际工程施工。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是克服上述已有技术存在的不足，而提供一种模拟盾构隧道变形的室内筒型试验装置；通过一种模拟多角度多间距的上下立体交叉盾构隧道变形的室内试验装置，结合盾构隧道邻近施工实际问题，通过模拟盾构隧道、围岩应力，结合监测系统，实现了室内条件下的自动化监测和多工况转换等功能。
4.本实用新型提供的技术方案是：一种模拟盾构隧道变形的室内筒型试验装置，其特殊之处在于，由调节结构、监测结构、加载装置组成；
5.所述的调节结构包括上透明钢化玻璃筒体、下透明钢化玻璃筒体、第一压缩弹簧和第二压缩弹簧；所述的上透明钢化玻璃筒体无筒盖无筒底，下透明钢化玻璃筒体无筒盖有筒底，筒底可拆卸；所述的上透明钢化玻璃筒体通过下部边缘的凸起与下透明钢化玻璃筒体上部边缘的凹滑槽上下对应扣合，并通过上透明钢化玻璃筒体与下透明钢化玻璃筒体的筒体上刻度线重合来对齐；所述的上透明钢化玻璃筒体和下透明钢化玻璃筒体的筒体上分别设多条筒体镂空槽；所述的第一压缩弹簧一端焊接螺栓，另一端为弯钩状；所述的第二压缩弹簧一端焊接圆环，另一端为弯钩状；
6.所述的监测结构包括上模拟盾构隧道、下模拟盾构隧道和应变片；所述的上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道分别位于上透明钢化玻璃筒体、下透明钢化玻璃筒体内，上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道的外壁固接多个直立圆圈，分别与多个第二压缩弹簧一端的弯钩挂接，第二压缩弹簧另一端的圆环挂接另一个的弯钩，挂接多个第二压缩弹簧后，最后挂接第一压缩弹簧一端的弯钩，并通过第一压缩弹簧另一端的螺栓分别与筒体镂空槽中第一螺母以及加载装置的压力板上的压力板镂空槽中第二螺母拧紧连接；所述的上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道之间挂接多个第二压缩弹簧；所述的应变片分别固定于上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道的内壁中部和接缝位置；应变片的数据线从上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道的内部中空处延伸出，通过筒体镂空槽导出，联接至终端计算机；
7.所述的加载装置包括加载板、钢杆、压力板；所述的加载板和压力板通过焊接钢杆连接；所述的压力板上设有多条压力板镂空槽；所述的压力板与上透明钢化玻璃筒体内直
径相等，且两者之间为滑动摩擦接触。
8.优选地，所述的下透明钢化玻璃筒体上部边缘标有含角度的刻度尺。
9.优选地，所述的第一螺母之间通过上下焊接钢杆连接在筒体镂空槽中；所述的第二螺母之间通过焊接钢杆连接在压力板镂空槽中。
10.优选地，所述的上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道由模拟前端洞口及洞身管片和模拟后端洞口管片拼装而成，中心轴线与筒体刻度线对齐。
11.优选地，所述的模拟前端洞口及洞身管片整体由采用与施工盾构隧道相似弹性材料制作的四个相同第一模块拼接而成；所述的模拟后端洞口管片整体由采用与施工盾构隧道相似弹性材料制作的四个相同第二模块拼接而成；所述的模拟前端洞口及洞身管片和模拟后端洞口管片之间拧紧后再固接。
12.优选地，所述第一模块左右分别设有第一左凹槽和第一右凸起，前后分别设有第一前凹槽和第一后凸起；所述的第二模块左右分别设有第二左凹槽和第二右凸起，后部设有第二前凹槽。
13.优选地，所述第一左凹槽和第一右凸起上各存在四个上下相互对应的铆接孔，且第一左凹槽和第一右凸起相对应扣合后再固接；所述第二左凹槽和第二右凸起上各存在四个上下相互对应的铆接孔，且第二左凹槽和第二右凸起相对应扣合后再固接；所述第一前凹槽有六个上下相互对应的铆接孔，内壁设有内螺纹；所述第一后凸起有六个上下相互对应的铆接孔，设有外螺纹，且第一前凹槽和第一后凸起的铆接孔互相适配，内螺纹和外螺纹相适配；所述第二前凹槽有六个上下相互对应的铆接孔，内壁设有内螺纹，且与第一后凸起的铆接孔以及外螺纹互相适配。
14.本实用新型的有益效果：
15.1、由于模拟盾构隧道性态变化导致应变片产生应变数据，通过数据线传输到终端计算机上，从而在计算机上可以定量分析在不同受力情况下的因交叉角度与间距不同而造成的盾构隧道变形情况；
16.2、通过布置不同强度和不同长度的压缩弹簧并且通过旋转透明钢化玻璃筒体来分析在不同受力情况下的因交叉角度与间距不同而造成的盾构隧道变形情况；
17.3、通过设置与施工盾构隧道相似弹性材料以及横向和纵向上拼接组装方式来模拟盾构隧道，从而探究盾构隧道在不同交叉角度、不同间距下的变形情况；
18.4、可以基于规模较小的室内模型试验，初步论证合理的盾构隧道上下立体交叉形态，有助于指导实际工程施工。
19.附图说明：
20.图1是本实用新型的结构示意图；
21.图2是本实用新型的第一压缩弹簧的示意图;
22.图3是本实用新型的第二压缩弹簧的示意图；
23.图4是本实用新型的模拟管片的示意图；
24.图5是本实用新型的模拟管片拼装第一模块的示意图；
25.图6是本实用新型的模拟管片拼装第二模块的示意图。
26.图中：1上透明钢化玻璃筒体，2下透明钢化玻璃筒体，3刻度线，4上下焊接钢杆，5第一螺母，6刻度尺，7第一压缩弹簧，8螺栓，9筒体镂空槽，10上模拟盾构隧道，11直立圆圈，
12应变片，13第二压缩弹簧，14圆环，15前端洞口及洞身管片，16模拟后端洞口管片，17第一模块，18第二模块，19第一左凹槽，20第一右凸起，21第一前凹槽，22第一后凸起，23第二左凹槽，24第二右凸起，25第二前凹槽，26第二螺母，27加载板，28钢杆，29压力板，30压力板镂空槽，31下模拟盾构隧道。
具体实施方式
27.为了更好地理解与实施，下面结合附图给出具体实施例详细说明本实用新型。
28.如图1、2、3、4、5、6所示，一种模拟盾构隧道变形的室内筒型试验装置，由调节结构、监测结构、加载装置组成；
29.调节结构包括上透明钢化玻璃筒体1、下透明钢化玻璃筒体2、第一压缩弹簧7和第二压缩弹簧13；上透明钢化玻璃筒体1和下透明钢化玻璃筒体2的厚度均为20mm，内直径均为70cm，组合高度为1.5m；上透明钢化玻璃筒体1无筒盖无筒底，下透明钢化玻璃筒体2无筒盖有筒底，筒底可拆卸，下透明钢化玻璃筒体2上部边缘标有含角度的刻度尺6；上透明钢化玻璃筒体1通过下部边缘的凸起与下透明钢化玻璃筒体2上部边缘的凹滑槽相对应扣合，并通过刻度线3重合来对齐；在上透明钢化玻璃筒体1和下透明钢化玻璃筒体2的筒体上分别有多条筒体镂空槽9；第一压缩弹簧7一端焊接螺栓8，另一端为弯钩状，第二压缩弹簧13一端焊接圆环14，另一端为弯钩状；
30.监测结构包括上模拟盾构隧道10、下模拟盾构隧道31和应变片12；上模拟盾构隧道10和下模拟盾构隧道31分别安装在上透明钢化玻璃筒体1、下透明钢化玻璃筒体2内；上模拟盾构隧道10和下模拟盾构隧道31每管片宽度为5cm，厚度为2cm，内直径6cm，共有10环，外壁焊接多个直立圆圈11，分别与多个第二压缩弹簧13一端的弯钩挂接，第二压缩弹簧13另一端的圆环14挂接另一个的弯钩，挂接多个第二压缩弹簧13后，最后挂接第一压缩弹簧7一端的弯钩，并通过第一压缩弹簧7另一端的螺栓8分别与筒体上的筒体镂空槽9中第一螺母5以及加载装置的压力板29上的压力板镂空槽30中第二螺母26拧紧连接；在上模拟盾构隧道10和下模拟盾构隧道31之间挂接多个第二压缩弹簧13；第一螺母5之间通过上下焊接钢杆4连接在筒体镂空槽9中；
31.上模拟盾构隧道10和下模拟盾构隧道31由模拟前端洞口及洞身管片15和模拟后端洞口管片16拼装而成，中心轴线与筒体刻度线3对齐；模拟前端洞口及洞身管片15整体由采用与施工盾构隧道相似弹性材料制作的四个相同第一模块17拼接而成；模拟后端洞口管片16整体由采用与施工盾构隧道相似弹性材料制作的四个相同第二模块18拼接而成；所述的模拟前端洞口及洞身管片15和模拟后端洞口管片16之间拧紧后再固接；
32.第一模块17左右分别有第一左凹槽19和第一右凸起20，前后分别有第一前凹槽21和第一后凸起22；第二模块18左右分别有第二左凹槽23和第二右凸起24，后部有第二前凹槽25；第一左凹槽19和第一右凸起20上各存在四个上下相互对应的铆接孔，且第一左凹槽19和第一右凸起20相对应扣合后再固接；第二左凹槽23和第二右凸起24上各存在四个上下相互对应的铆接孔，且第二左凹槽23和第二右凸起24相对应扣合后再固接；第一前凹槽21有六个上下相互对应的铆接孔，内壁有内螺纹；第一后凸起22有六个上下相互对应的铆接孔，设有外螺纹，且第一前凹槽21和第一后凸起22的铆接孔互相适配，内螺纹和外螺纹相适配；第二前凹槽25有六个上下相互对应的铆接孔，内壁设有内螺纹，且与第一后凸起22的铆
接孔以及外螺纹互相适配；
33.应变片12按试验需求通过粘结剂固定于上模拟盾构隧道10、下模拟盾构隧道31各环接缝位置以及组成各环管片的相同模块的中心位置；将应变片12的数据线从上模拟盾构隧道10和下模拟盾构隧道31的内部中空处延伸出，通过筒体镂空槽9导出，联接至终端计算机；
34.加载装置包括加载板27、钢杆28、压力板29；加载板27和压力板29通过焊接钢杆28连接；压力板29上有多条压力板镂空槽30，压力板镂空槽30中安装第二螺母26，第二螺母26之间通过焊接钢杆连接在压力板镂空槽30中；压力板29与上透明钢化玻璃筒体1内直径相等，且两者之间为滑动摩擦接触。
35.本实用新型是一种模拟盾构隧道变形的室内筒型试验装置，使用时，先将应变片通过粘结剂固定于各环接缝以及组成各环管片的相同模块的中心位置，再根据实验要求的盾构隧道倾斜交叉角度、间距选择相应强度和长度的第一压缩弹簧和第二压缩弹簧进行压缩连接。将第二压缩弹簧与上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道外壁焊接的直立圆圈挂接后，多个第二压缩弹簧之间再进行挂接，最后挂接第一压缩弹簧，再将第一压缩弹簧与压力板上压力板镂空槽中的第二螺母、上透明钢化玻璃筒体和下透明钢化玻璃筒体的筒体镂空槽中的第一螺母分别进行挂接，并让上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道的中心轴线与筒体刻度线对齐；将上透明钢化玻璃筒体下部边缘的凸起与下透明钢化玻璃筒体上部边缘的凹滑槽扣合，并使刻度线重合对齐，以保持初始零刻度位置；应变片的数据线从上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道的内部中空处延伸出，通过筒体镂空槽导出，联接至终端计算机，在初始状态下需要对计算机数值进行归零；
36.根据下透明钢化玻璃筒体上部边缘刻度尺的角度，通过旋转上透明钢化玻璃筒体至实验要求的角度后，再通过实验室压力机给加载板加压，导致与钢杆相焊接的压力板进行下压，通过第一压缩弹簧和第二压缩弹簧传递，给予上模拟盾构隧道和下模拟盾构隧道压力，根据计算机得出的应变数据以及观察弹簧变形，以此探讨多角度多间距的上下立体交叉盾构隧道变形情况。
37.应当理解的是，本说明书未详细阐述的技术特征都属于现有技术。尽管上面结合附图对本实用新型专利的实施方式进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述具体的实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员均可以在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出更多的形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。