CN105863734A - 双线隧道开挖既有隧道模拟监测装置 - Google Patents

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    • E21F17/18Special adaptations of signalling or alarm devices

Abstract

本发明公开了一种双线隧道开挖既有隧道模拟监测装置,包括既有隧道模型和数据采集系统;既有隧道模型为埋设在试验槽内的模型隧道管,模型隧道管由多个模型隧道环串联而成,每个模型隧道环由6瓣模型隧道管片固接而成;数据采集系统包括激光位移传感器、应变片和土压力盒,激光位移传感器安装在中轴管上,中轴管设置在既有隧道模型内,二者同轴设置;应变片和土压力盒粘在模型隧道环的表面上,应变片用于测量模型隧道环的应力和弯矩,土压力盒用于测量模型隧道环受到的土体压力。本发明用于双线隧道开挖掌子面加卸荷模拟测试系统,模拟并测量既有隧道变形大小和应力应变大小,为分析掌子面加卸荷时既有隧道变形量大小提供试验依据。

Description

双线隧道开挖既有隧道模拟监测装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种模型试验技术领域,特别是涉及一种双线隧道开挖既有隧道模拟监测装置,用于模拟和监测盾构法开挖双线隧道时新建隧道掌子面加卸荷对既有隧道的影响。
背景技术
[0002]近年来随着我国城市基础设施建设的飞速发展,地下轨道交通以其环保、高效、经济的特点,逐渐成为现在城市交通重要的组成部分。在具有复杂地下轨道交通系统的发达城市中,受客观条件的限制,经常面临双线隧道开挖建设问题,且相邻隧道间距小。在既有隧道邻近位置并行开挖的新建隧道,会破坏周围土体的平衡状态,造成周围土体应力场和位移场的变化,产生引发地表沉降、地表或地面结构破坏、隧道变形过大破坏的风险。在盾构法开挖新建隧道中,盾构机推进造成掌子面加荷,挤压周围土体,对既有隧道造成挤压;盾构机后退造成掌子面卸荷,掌子面上部土体可能出现坍塌趋势,形成水平拱,也可能会对既有隧道造成挤压。因此,研究盾构法开挖双线隧道时掌子面加卸荷对周围土体和既有隧道的影响是十分有意义且必要的。
发明内容
[0003]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种双线隧道开挖既有隧道模拟监测装置,该装置用于双线隧道开挖掌子面加卸荷模拟测试系统,模拟并测量既有隧道变形大小和应力应变大小,为分析掌子面加卸荷时既有隧道变形量大小提供试验依据。
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种双线隧道开挖既有隧道模拟监测装置,包括既有隧道模型和数据采集系统;所述既有隧道模型为埋设在试验槽内的模型隧道管,所述模型隧道管的横向刚度与纵向刚度与实际工程中的隧道通过相似比形成对应关系,所述模型隧道管的两端分别垂直固定在所述试验槽的前侧壁和后侧壁上,所述模型隧道管由多个模型隧道环串联而成,每个所述模型隧道环由6瓣模型隧道管片固接而成;所述数据采集系统包括激光位移传感器、应变片和土压力盒,所述激光位移传感器安装在中轴管上,所述中轴管设置在所述既有隧道模型内,二者同轴设置,所述中轴管固定在所述试验槽的前侧壁和后侧壁上,每个所述模型隧道环对应4个所述激光位移传感器,对应同一个所述模型隧道环的4个所述激光位移传感器均布在所述中轴管同一断面的周向上,所述激光位移传感器用于测量与其对应的所述模型隧道环的位移及变形;所述土压力盒粘在所述模型隧道环的外表面上,在所述模型隧道环的内外表面上各设有一一对应的多个所述应变片,所述应变片用于测量所述模型隧道环的应力和弯矩,所述土压力盒用于测量所述模型隧道环受到的土体压力。
[0005]在所述模型隧道管片的两侧设有管片连接孔,在所述模型隧道管片的两端设有模型环连接孔,相邻的两个所述模型隧道环通过6道金属丝固接在一起,所述金属丝贯穿相邻的两个所述模型隧道环的所述模型环连接孔,相邻的两个所述模型隧道管片通过凸出在所述管片连接孔内的螺栓固接在一起。
[0006]所述金属丝采用铝丝。
[0007]所述中轴管通过两个固定端板与所述试验槽的前侧壁和后侧壁固接。
[0008]本发明具有的优点和积极效果是:既有隧道模型采用多个模型隧道环串联而成,根据国内盾构法通用隧道管片的形式,模型中每个模型隧道环采用六瓣模型隧道管片,管片之间通过螺栓连接,真实还原了实际工程中管片间的连接形式;相邻的两个模型隧道环之间通过六道铝丝连接,等效模拟实际工程中环与环之间的螺栓连接;既有隧道模型的横向刚度与纵向刚度与实际工程中的隧道通过相似比形成对应关系。在模型隧道管片上布置应变片,用于测量管片受力后的内力值;在模型环外表面粘土压力盒,用于测量隧道周围受到的土压力;为测量隧道受力后的变形,在中轴管上布置激光位移传感器,一个模型隧道环采用4个沿周向均布的激光位移传感器,测量模型隧道环上下左右四个方位的变形值。本发明可以实时监测隧道上部不同覆土厚度情况下的内力及变形,为工程设计提供参考。
附图说明
[0009]图1为本发明应用在双线隧道开挖掌子面加卸荷模拟测试系统中的示意图;
[00Ί0]图2为本发明的结构不意图;
[0011]图3为本发明的激光位移传感器和中轴管示意图;
[0012]图4为本发明的模型隧道环示意图;
[0013]图5为本发明的模型隧道管片示意图。
[0014]图中:1、试验槽,2、既有隧道模型,2-1、模型隧道环,2-1-1、模型隧道管片,2-1-1-1、管片连接孔,2-1-1-2、模型环连接孔,3-1、激光位移传感器,3-2、应变片,3_3土压力盒,3-4、中轴管,3-5、固定端板,4、新建隧道模型。
具体实施方式
[0015]为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下:
[0016]请参阅图1〜图5,一种双线隧道开挖既有隧道模拟监测装置,包括既有隧道模型2和数据采集系统。
[0017]所述既有隧道模型2为埋设在试验槽I内的模型隧道管,与埋设在试验槽I内的新建隧道模型4相邻平行设置。所述模型隧道管的横向刚度与纵向刚度与实际工程中的隧道通过相似比形成对应关系,所述模型隧道管的两端分别垂直固定在所述试验槽I的前侧壁和后侧壁上,所述模型隧道管由多个模型隧道环2-1串联而成,每个所述模型隧道环2-1由6瓣模型隧道管片2-1-1固接而成。
[0018]所述数据采集系统包括激光位移传感器3-1、应变片3-2和土压力盒3-3,所述激光位移传感器3-1安装在中轴管3-4上,所述中轴管3-4设置在所述既有隧道模型2内,二者同轴设置,所述中轴管3-4固定在所述试验槽I的前侧壁和后侧壁上,每个所述模型隧道环2-1对应4个所述激光位移传感器3-1,对应同一个所述模型隧道环2-1的4个所述激光位移传感器3-1均布在所述中轴管3-4同一断面的周向上,所述激光位移传感器3-1用于测量与其对应的所述模型隧道环2-1的位移及变形;所述土压力盒3-3粘在所述模型隧道环2-1的外表面上,在所述模型隧道环2-1的内外表面上各设有一一对应的多个所述应变片3-2,所述应变片3-2用于测量所述模型隧道环2-1的应力和弯矩,所述土压力盒3-3用于测量所述模型隧道环2-1受到的土体压力。
[0019]在本实施例中,在所述模型隧道管片2-1-1的两侧设有管片连接孔2-1-1-1,在所述模型隧道管片2-1-1的两端设有模型环连接孔2-1-1-2,相邻的两个所述模型隧道环2-1通过6道金属丝固接在一起,所述金属丝贯穿相邻的两个所述模型隧道环2-1的所述模型环连接孔2-1-1-2,相邻的两个所述模型隧道管片2-1-1通过凸出在所述管片连接孔2-1-1-1内的螺栓固接在一起。在本实施例中,所述金属丝采用铝丝,重量轻。所述中轴管3-4通过两个固定端板3-5与所述试验槽I的前侧壁和后侧壁固接,保证结构稳固可靠。
[0020]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,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在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下,还可以作出很多形式,这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双线隧道开挖既有隧道模拟监测装置,其特征在于,包括既有隧道模型和数据采集系统; 所述既有隧道模型为埋设在试验槽内的模型隧道管,所述模型隧道管的横向刚度与纵向刚度与实际工程中的隧道通过相似比形成对应关系,所述模型隧道管的两端分别垂直固定在所述试验槽的前侧壁和后侧壁上,所述模型隧道管由多个模型隧道环串联而成,每个所述模型隧道环由6瓣模型隧道管片固接而成; 所述数据采集系统包括激光位移传感器、应变片和土压力盒,所述激光位移传感器安装在中轴管上,所述中轴管设置在所述既有隧道模型内,二者同轴设置,所述中轴管固定在所述试验槽的前侧壁和后侧壁上,每个所述模型隧道环对应4个所述激光位移传感器,对应同一个所述模型隧道环的4个所述激光位移传感器均布在所述中轴管同一断面的周向上,所述激光位移传感器用于测量与其对应的所述模型隧道环的位移及变形;所述土压力盒粘在所述模型隧道环的外表面上,在所述模型隧道环的内外表面上各设有一一对应的多个所述应变片,所述应变片用于测量所述模型隧道环的应力和弯矩,所述土压力盒用于测量所述模型隧道环受到的土体压力。
2.根据权利要求1所述的双线隧道开挖既有隧道模拟监测装置,其特征在于,在所述模型隧道管片的两侧设有管片连接孔,在所述模型隧道管片的两端设有模型环连接孔,相邻的两个所述模型隧道环通过6道金属丝固接在一起,所述金属丝贯穿相邻的两个所述模型隧道环的所述模型环连接孔,相邻的两个所述模型隧道管片通过凸出在所述管片连接孔内的螺栓固接在一起。
3.根据权利要求2所述的双线隧道开挖既有隧道模拟监测装置,其特征在于,所述金属丝采用铝丝。
4.根据权利要求2所述的双线隧道开挖既有隧道模拟监测装置,其特征在于,所述中轴管通过两个固定端板与所述试验槽的前侧壁和后侧壁固接。
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