一种模拟隧道开挖过程的试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种模拟隧道开挖过程的试验装置。
【背景技术】
[0002]目前利用土工相似理论开展隧道物理模型试验是研究和分析隧道施工问题的一种重要手段。
[0003]隧道施工模型试验主要通过两种方法来进行:其一是在试验箱中填土完成后对所填土体进行开挖和支护；另一种是将隧道支护的衬砌预先埋置在土体中，并将隧道将要开挖的部分制作为木质或其他材质的模具，在模具上安装把手，模拟开挖的过程中将木质或其他材质的模具拔出。方法一操作方便，但是模拟开挖的过程比较困难，当土体相对松软的时候开挖隧道本身比较容易，但是在开挖之后和支护之前容易发生开挖周边的土体也发生坍塌，造成试验失败，当土体相对坚硬时开挖又非常不易，费事费力，并且开挖后的隧道轮廓参差不齐，安装衬砌是非常困难，或者衬砌安装后与土体接触不紧密，不易采集到衬砌受力的数据。因此方法二较为常用，但是方法二也存在一定的缺点，以预埋木质模具模拟开挖部分而言，首先木质模具的加工不够机械化，加工而成的模具精度不够;其次，整体埋置的木质模具在填土压实后虽然一般会设有把手等便于取出的装置，但是想要顺利抽出非常困难，由于预埋件不能抽出而造成试验失败的案例比比皆是。并且方法二一般将预埋件一次性取出，未能实现隧道开挖循序渐进的过程模拟。
[0004]目前此类隧道模型试验主要存在的缺点有:模拟隧道开挖的试验中由于数据采集的困难往往忽略初期支护的模拟，与真实的施工方法出入较大;操作窗口不可拆卸，使试验箱的重复利用价值大打折扣;试验箱直接放置在实验室地板上，平整度不足，使试验结果产生误差;石膏衬砌的成型一般采用钢模具或木模具，制作成本高并且不能完成连拱隧道等异形衬砌的饶筑，并且极难实现衬砌厚度小于I Cm的模型的制作。因此，一种开挖难度小、可重复利用、实验结果准确、可成型任意形状衬砌、数据采集全面的隧道开挖模拟系统非常必要。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种模拟隧道开挖过程的试验装置，该装置不仅能模拟渐进的开挖过程，同时本装置的模具能进行精细的加工实现各种隧道的模拟。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]第一种模拟隧道开挖过程的试验装置，包括试验箱，试验箱的顶部悬设百分表架，试验箱的底部埋设预埋体，试验箱内填充土体模拟材料;所述的预埋体包括第一隧道开挖试验体、中隔墙试验体和第二隧道开挖试验体，第一隧道开挖试验体和第二隧道开挖试验体的结构相同；第一隧道开挖实验体由外到内依次包括初期支护模拟层、二次衬砌模拟层和山体模拟件，山体模拟件包括多个并列可拆卸连接设置的片状体。
[0008]第二种模拟隧道开挖过程的试验装置在第一种的基础上，所述的片状体的厚度为Icm0
[0009]第三种模拟隧道开挖过程的试验装置在第一种或第二种的基础上，所述的山体模拟件通过贯穿设置的通丝螺杆实现可拆卸连接。
[0010]第四种模拟隧道开挖过程的试验装置在第一种或第二种的基础上，所述的初期支护模拟层、二次衬砌模拟层和中隔墙试验体采用石膏浇筑成型制作而成；山体模拟件中的片状体为发泡PVC板。
[0011]第五种模拟隧道开挖过程的试验装置在第四种的基础上，所述的初期支护模拟层、二次衬砌模拟层和中隔墙试验体的浇筑模具为浇筑模板构件，浇筑模板构件由上到下依次包括可拆卸连接的顶端固定板、多个模板层和底端固定板;对多个模板层进行刻蚀形成待浇筑件的形状即可。
[0012]第六种模拟隧道开挖过程的试验装置在第五种的基础上，所述的顶端固定板上设置注浆槽，多个模板层上刻蚀初期支护模拟层、二次衬砌模拟层或中隔墙试验体形状的注浆间隙，通过注浆槽将石膏浇筑在多个模板层组成的注浆间隙中，成型后将顶端固定板、多个模板层和底端固定板依次分片拆除即得初期支护模拟层、二次衬砌模拟层或中隔墙试验体。
[0013]第七种模拟隧道开挖过程的试验装置在第一种或第二种的基础上，所述的百分表架包括固定在试验箱顶部的横撑杆、悬设在撑杆下的高度调节构件及与高度调节构件固定连接的磁性表座吸附杆。
[0014]第八种模拟隧道开挖过程的试验装置在第七种的基础上，所述的高度调节构件包括U型连接头、销钉、调节螺杆和调节螺母，U型连接头的开口端通过销钉套设悬挂在横撑杆上，调节螺杆穿过U型连接头的弧形端与U型连接头固定连接，调节螺母控制磁性表座吸附杆在调节螺杆上的高度实现对百分表架悬挂高度的调节。
[0015]第九种模拟隧道开挖过程的试验装置在第一种或第二种的基础上，所述的试验箱为方形的上部开口的箱体，实验箱的底部为整平底板，试验箱的宽度面为整块的侧边挡板，试验箱的长度面为通过框架分隔成区的挡板，且在长度面的下方设置可拆卸操作窗。
[0016]第十种模拟隧道开挖过程的试验装置在第九种的基础上，在所述试验箱的长度面上设置竖向刻度和水平刻度;所述的侧边挡板和框架通过钢材制作，挡板通过有机玻璃材料制作。
[0017]本发明的优点为:
[0018]本发明的第一种模拟隧道开挖过程的试验装置包括试验箱，试验箱的顶部悬设百分表架，试验箱的底部埋设预埋体，试验箱内填充土体模拟材料；山体模拟件包括多个并列可拆卸连接设置的片状体，通过本发明的装置可以采集地表变形数据的同时采集中隔墙以及初期支护和二次衬砌的受力数据，数据收集全面，且通过片状分层的山体模拟件的设置，使模拟山体开挖的过程变为将模拟件一片一片的分层取出，不仅拆卸方便，且拆卸后留下的轮廓更加圆滑，完全与制作时的圆滑度契合，更加准确的模拟隧道山体开挖的过程，通过控制一次性取出的预开挖部分的片数模拟隧道进尺，使测试的数据更加的准确可靠，更好的指导实际工作过程。
[0019]第二种模拟隧道开挖过程的试验装置在第一种的基础上，所述的片状体的厚度为lcm，便于开挖同时利于模拟不同工况的开挖过程。
[0020]第三种模拟隧道开挖过程的试验装置在第一种或第二种的基础上，所述的山体模拟件通过贯穿设置的通丝螺杆实现可拆卸连接，通丝螺杆的结构不仅安装方便，拆卸方便，且利用通丝螺杆的同轴原理，可方便的将多个片状体同轴进行组装，保证整体结构的一致性，避免了安装时的位置调控的繁琐过程。
[0021]第四种模拟隧道开挖过程的试验装置在第一种或第二种的基础上，所述的初期支护模拟层、二次衬砌模拟层和中隔墙采用石膏浇筑成型制作而成；山体模拟件中的片状体为发泡PVC板，隧道预开挖部分用分片的发泡PVC板构成，实现了模型隧道的成功开挖，不仅制作材料廉价易得，且形状易于控制，提高试验精度。
[0022]第五种模拟隧道开挖过程的试验装置在第四种的基础上，所述的初期支护模拟层、二次衬砌模拟层和中隔墙试验体的浇筑模具为浇筑模板构件，浇筑模板构件由上到下依次包括可拆卸连接的顶端固定板、多个模板层和底端固定板;对多个模板层进行刻蚀形成待浇筑件的形状即可，制备形状灵活多变，可以满足不同的形状构件的浇筑成型。
[0023]第六种模拟隧道开挖过程的试验装置在第五种的基础上，所述的顶端固定板上设置注浆槽，多个模板层上刻蚀初期支护模拟层、二次衬砌模拟层或中隔墙试验体形状的注浆间隙，通过注浆槽将石膏浇筑在多个模板层组成的注浆间隙中，成型后将顶端固定板、多个模板层和底端固定板依次分片拆除即得初期支护模拟层、二次衬砌模拟层或中隔墙试验体，分片式结构的模具在拆除时，能保证浇筑试件的完整性，且操作过程简单经济，适于大规模推广。
[0024]第七种模拟隧道开挖过程的试验装置在第一种或第二种的基础上，所述的百分表架包括固定在试验箱顶部的横撑杆、悬设在撑杆下的高度调节构件及与高度调节构件固定连接的磁性表座吸附杆，通过高度调节构件的设置可适用不同高度填土的地表沉降测量，且磁性表座吸附杆的结构使用方便，不会产生其他的结构对百分表的测量过程产生影响。
[0025]第八种模拟隧道开挖过程的试验装置在第七种的基础上，所述的高度调节构件包括U型连接头、销钉、调节螺杆和调节螺母，U型连接头的开口端通过销钉套设悬挂在横撑杆上，调节螺杆穿过U型连接头的弧形端与U型连接头固定连接，调节螺母控制磁性表座吸附杆在调节螺杆上的高度实现对百分表架悬挂高度的调节，本高度调节构件的结构，不仅与试验箱顶部的横撑杆的组装过程方便，且通过调节螺杆与调节螺母的配合，即实现了磁性表座吸附杆高度的变化，从而实现了百分表高度的调节。
[0026]第九种模拟隧道开挖过程的试验装置在第一种或第二种的基础上，实验箱的底部为整平底板，保证试验箱的水平度满足试验要求，试验箱的宽度面为整块的侧边挡板，试验箱的长度面为通过框架分隔成区的挡板，分区的挡板结构减小了大面积的整面结构的易损风险，且在长度面的下方设置可拆卸操作窗，操作窗口的有机玻璃板可根据模型大小需要制作更换，方便不用尺寸的预埋体的放入。
[0027]第十种模拟隧道开挖过程的试验装置在第九种的基础上，在试验