模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置的制作方法

本发明涉及隧道施工的，尤其是一种模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置。

背景技术：

1、随着我国交通需求的急剧增加，对公路隧道的通行能力提出了更高的要求，三车道四车道的隧道逐渐增多，隧道的跨度增大，对施工技术要求也越大，尤其是在一些黄土地区，由于黄土本身的工程性质较差，在黄土地区进行大断面隧道的施工仍有很多工程难题亟待解决。

2、目前，在大断面黄土隧道开挖施工中，常用的三台阶七步开挖法和环形开挖预留核心土法是将开挖面分成若干个部分相互错开并按照一定的工序进行施工，施工安全性好。但是考虑到大断面黄土隧道实际施工中的围岩条件、工序和工装等现场条件的特殊性，直接套用这两种方法可能无法达到较好的效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置，基于微台阶七步环形开挖预留核心土的施工方法，通过试验装置对该方法下隧道开挖支护过程进行模拟，从而得到开挖过程中围岩的应力场变化规律以及开挖面土体的稳定性特征。

2、本发明目的实现由以下技术方案完成：

3、一种模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置，其特征在于：包括填充有黄土的模型箱以及设置在所述模型箱的模拟隧道内的台阶模型，所述台阶模型由上台阶环形模块、中台阶左侧模块、中台阶右侧模块、中台阶中部核心土模块、下台阶左侧模块、下台阶右侧模块以及下台阶中部核心土模块七个模块组成，七个所述模块均包括内部的硬质材料块和外部的防滑层，除所述中台阶中部核心土模块和所述下台阶中部核心土模块外，其余所述模块的所述硬质材料块与所述防滑层之间均设置有气囊，所述模拟隧道周围布设有微型土压力盒。

4、还包括模拟隧道初期衬砌，所述模拟隧道初期衬砌由六个衬砌板组成，所述衬砌板之间为承插式连接。

5、六个所述衬砌板分别为四个侧部衬砌板、一个顶部衬砌板以及一个底部衬砌板，所述侧部衬砌板的一端设有承口、另一端设有同所述承口相配合的插头，所述顶部衬砌板的两端均设有所述承口，所述底部衬砌板的两端均设有所述插头；所述底部衬砌板两端均设有安装口，所述安装口包括相连通的凹槽和通孔，所述凹槽内安装有弹簧和挡块，所述弹簧两端分别同所述凹槽和所述挡块连接，所述底部衬砌板的所述插头安装在所述通孔内并同所述挡块连接。

6、所述微型土压力盒分别布置在所述模拟隧道的拱顶、拱肩、拱腰、拱脚以及仰拱下部，所述中台阶中部核心土模块和所述下台阶中部核心土模块后部的开挖面均布设有所述微型土压力盒。

7、七个所述模块的一端均设有槽口，所述槽口内转动连接有拉环。

8、所述气囊上安装有气阀。

9、所述模型箱在横向方向、纵向方向和竖向方向上均通过加载油缸进行应力施加。

10、本发明的优点是：结构简单、操作方便；基于微台阶七步环形开挖预留核心土的施工方法，通过试验装置对该方法下隧道开挖支护过程进行模拟，从而得到开挖过程中围岩的应力场变化规律以及开挖面土体的稳定性特征。

技术特征：

1.一种模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置，其特征在于：包括填充有黄土的模型箱以及设置在所述模型箱的模拟隧道内的台阶模型，所述台阶模型由上台阶环形模块、中台阶左侧模块、中台阶右侧模块、中台阶中部核心土模块、下台阶左侧模块、下台阶右侧模块以及下台阶中部核心土模块七个模块组成，七个所述模块均包括内部的硬质材料块和外部的防滑层，除所述中台阶中部核心土模块和所述下台阶中部核心土模块外，其余所述模块的所述硬质材料块与所述防滑层之间均设置有气囊，所述模拟隧道周围布设有微型土压力盒。

2.如权利要求1所述的一种模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置，其特征在于：还包括模拟隧道初期衬砌，所述模拟隧道初期衬砌由六个衬砌板组成，所述衬砌板之间为承插式连接。

3.如权利要求2所述的一种模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置，其特征在于：六个所述衬砌板分别为四个侧部衬砌板、一个顶部衬砌板以及一个底部衬砌板，所述侧部衬砌板的一端设有承口、另一端设有同所述承口相配合的插头，所述顶部衬砌板的两端均设有所述承口，所述底部衬砌板的两端均设有所述插头；所述底部衬砌板两端均设有安装口，所述安装口包括相连通的凹槽和通孔，所述凹槽内安装有弹簧和挡块，所述弹簧两端分别同所述凹槽和所述挡块连接，所述底部衬砌板的所述插头安装在所述通孔内并同所述挡块连接。

4.如权利要求1所述的一种模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置，其特征在于：所述微型土压力盒分别布置在所述模拟隧道的拱顶、拱肩、拱腰、拱脚以及仰拱下部，所述中台阶中部核心土模块和所述下台阶中部核心土模块后部的开挖面均布设有所述微型土压力盒。

5.如权利要求1所述的一种模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置，其特征在于：七个所述模块的一端均设有槽口，所述槽口内转动连接有拉环。

6.如权利要求1所述的一种模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置，其特征在于：所述气囊上安装有气阀。

7.如权利要求1所述的一种模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置，其特征在于：所述模型箱在横向方向、纵向方向和竖向方向上均通过加载油缸进行应力施加。

技术总结
本发明公开了一种模拟大断面黄土隧道的微台阶七步环形开挖法的试验装置，包括填充有黄土的模型箱以及设置在模型箱的模拟隧道内的台阶模型，台阶模型由上台阶环形模块、中台阶左侧模块、中台阶右侧模块、中台阶中部核心土模块、下台阶左侧模块、下台阶右侧模块以及下台阶中部核心土模块七个模块组成，七个模块均包括内部的硬质材料块和外部的防滑层，除中台阶中部核心土模块和下台阶中部核心土模块外，其余模块的硬质材料块与防滑层之间均设置有气囊，模拟隧道周围布设有微型土压力盒。本发明的优点是：基于微台阶七步环形开挖预留核心土的施工方法进行模拟，从而得到开挖过程中围岩的应力场变化规律以及开挖面土体的稳定性特征。

技术研发人员：张帆舸,黄昌富,王鹏,李文兵,姚铁军,刘中欣,王志超,千绍玉,王继东,雷旭鹏,李玉,姜广斌,张彦,张建强,赵二华,陈秀雯,李少华,赵璐,童彦劼
受保护的技术使用者：中铁十五局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15