CN107524446A - 模拟cd法隧道施工引起地表变形的实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，包括模型箱，模型箱内填充设有夯实的土体，土体内设有隧道孔洞，隧道孔洞内插装设有用于支撑隧道孔洞的木棒，木棒沿其轴向方向分体设置为两半，并分别为左侧木棒和右侧木棒；还包括与左侧木棒对应设置并用于在左侧木棒从隧道孔洞中抽出过程中插入隧道孔洞内作为隧道孔洞的内壁衬砌的左侧内壁件和与右侧木棒对应设置并用于在右侧木棒从隧道孔洞中抽出过程中插入隧道孔洞内作为隧道孔洞的内壁衬砌的右侧内壁件；模型箱的上方还设有地表变形测量机构。本发明还公开了一种采用如上模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置来模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验方法。

Description

模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置及实验方法

技术领域

本发明属于地下工程实验技术领域，具体的为一种模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置及实验方法，可以模拟CD法隧道施工引起地表变形的过程，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。

背景技术

CD 法（即中隔壁法）是在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道的一侧，并施作中隔壁，然后再开挖另一侧的施工方法，主要应用于双线隧道Ⅳ级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道(Ⅳ级围岩)地段。在现有的CD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CD法施工，而没有相应的模拟装置，因此不能在实验室对CD法隧道施工过程进行模拟。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置及实验方法，能够精确模拟CD法隧道施工过程，从而确定影响地表变形的因素，以便为地表变形控制提供参考。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，包括模型箱，所述模型箱内填充设有夯实的土体，所述土体内设有隧道孔洞，所述隧道孔洞内插装设有用于支撑所述隧道孔洞的木棒，所述木棒沿其轴向方向分体设置为两半，并分别为左侧木棒和右侧木棒；还包括与所述左侧木棒对应设置并用于在所述左侧木棒从所述隧道孔洞中抽出过程中插入所述隧道孔洞内作为所述隧道孔洞的内壁衬砌的左侧内壁件和与所述右侧木棒对应设置并用于在所述右侧木棒从所述隧道孔洞中抽出过程中插入所述隧道孔洞内作为所述隧道孔洞的内壁衬砌的右侧内壁件；所述模型箱的上方还设有地表变形测量机构。

进一步，所述隧道孔洞的径向截面呈圆形。

进一步，所述左侧木棒和右侧木棒对称设置；所述左侧木棒和右侧木棒均为半圆形木棒，所述左侧内壁件和右侧内壁件均呈半圆拱形，且所述木棒的外径、左侧内壁件的外径和右侧内壁件的外径均与所述隧道孔洞的内径相等。

进一步，所述左侧内壁件和右侧内壁件采用PE管切割制成。

进一步，所述左侧木棒和右侧木棒的同一端端面上分别设有手柄。

进一步，所述模型箱采用钢化玻璃块制成。

进一步，所述左侧木棒和右侧木棒上均设有刻度尺。

进一步，所述地表变形测量机构包括间隔设置在所述模型箱上方的安装横梁，所述安装横梁上间隔安装设有千分表，所述土体内与所述千分表一一对应插装设有与所述千分表的测量头配合的测量基准座。

进一步，所述测量基准座为插装在所述土体内的六角螺柱。

本发明还提出了一种采用如上所述模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置来模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验方法，包括如下步骤：

1）在所述模型箱中逐层填入土体并夯实，且当土体填入高度达到所述隧道孔洞的下侧边缘时，将所述木棒放置在所述模型箱的设定位置处，并继续填入土体，直至土体全部装填完成；

2）在所述模型箱上方安装所述地表变形测量机构；

3）待土体稳定后，进行隧道开挖过程模拟，隧道开挖模拟方法为：按照CD法隧道施工过程，以一定速度和距离依次轮流抽出左侧木棒和右侧木棒，并依次轮流将左侧内壁件和右侧内壁件插入到所述隧道孔洞内，直至左侧木棒和右侧木棒全部抽出，左侧内壁件和右侧内壁件全部插入，并在此过程中实时记录地表变形数据；

4）重复步骤1）至步骤3），以不同的速度和距离模拟CD法隧道施工过程，得到不同的地表变形数据；

5）根据得到的地表变形数据绘制以下两条关系曲线：a.时间-地表变形量曲线；b.每个横断面地表最终变形曲线；总结规律，为最终的CD法隧道施工提供有效的参考数据。

本发明的有益效果在于：

本发明的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置及实验方法，可以模拟CD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

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置实施例的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为采用本实施例模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置模拟隧道开挖过程的使用状态图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置实施例的结构示意图。本实施例的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，包括模型箱1，模型箱1内填充设有夯实的土体2，土体2内设有隧道孔洞，隧道孔洞内插装设有用于支撑隧道孔洞的木棒，木棒沿其轴向方向分体设置为两半，并分别为左侧木棒3和右侧木棒4。本实施例的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置还包括与左侧木棒3对应设置并用于在左侧木棒3从隧道孔洞中抽出过程中插入隧道孔洞内作为隧道孔洞的内壁衬砌的左侧内壁件5和与右侧木棒4对应设置并用于在右侧木棒4从隧道孔洞中抽出过程中插入隧道孔洞内作为隧道孔洞的内壁衬砌的右侧内壁件6。模型箱的上方还设有地表变形测量机构。本实施例的地表变形测量机构包括间隔设置在模型箱1上方的安装横梁7，安装横梁7上间隔安装设有千分表8，土体2内与千分表8一一对应插装设有与千分表8的测量头配合的测量基准座。本实施例的测量基准座为插装在土体2内的六角螺柱9。本实施例的安装横梁7与隧道孔洞的轴线垂直，即同一根安装横梁7上的千分表8可以测量对应横断面的地表变形数据。具体的，模型箱1前后侧壁上与隧道孔洞对应设有通孔。

进一步，本实施例的隧道孔洞的径向截面呈圆形，左侧木棒3和右侧木棒4对称设置；左侧木棒3和右侧木棒4均为半圆形木棒，左侧内壁件5和右侧内壁件6均呈半圆拱形，且木棒的外径、左侧内壁件5的外径和右侧内壁件6的外径均与隧道孔洞的内径相等。当然，根据实际需要，隧道孔洞的径向截面可以设置为其他形状结构，其模拟装置及方法的原理相当，不再累述。

本实施例的左侧内壁件5和右侧内壁件6采用PE管切割制成，左侧木棒3和右侧木棒4的同一端端面上分别设有手柄10。本实施例的模型箱1采用钢化玻璃块制成，左侧木棒3和右侧木棒4上均设有刻度尺。

本实施例还提出了一种采用如上所述模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置来模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验方法，包括如下步骤：

1）在模型箱1中逐层填入土体2并夯实，且当土体2填入高度达到隧道孔洞的下侧边缘时，将木棒放置在模型箱1的设定位置处，并继续填入土体2，直至土体2全部装填完成；

2）在模型箱1上方安装地表变形测量机构；

3）待土体2稳定后，进行隧道开挖过程模拟，隧道开挖模拟方法为：按照CD法隧道施工过程，以一定速度和距离依次轮流抽出左侧木棒3和右侧木棒4，并依次轮流将左侧内壁件5和右侧内壁件6插入到隧道孔洞内，直至左侧木棒3和右侧木棒4全部抽出，左侧内壁件5和右侧内壁件6全部插入，并在此过程中实时记录地表变形数据；

4）重复步骤1）至步骤3），以不同的速度和距离模拟CD法隧道施工过程，得到不同的地表变形数据；

5）根据得到的地表变形数据绘制以下两条关系曲线：a.时间-地表变形量曲线；b.每个横断面地表最终变形曲线；总结规律，为最终的CD法隧道施工提供有效的参考数据。

本实施例的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置及实验方法，可以模拟CD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。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：包括模型箱，所述模型箱内填充设有夯实的土体，所述土体内设有隧道孔洞，所述隧道孔洞内插装设有用于支撑所述隧道孔洞的木棒，所述木棒沿其轴向方向分体设置为两半，并分别为左侧木棒和右侧木棒；还包括与所述左侧木棒对应设置并用于在所述左侧木棒从所述隧道孔洞中抽出过程中插入所述隧道孔洞内作为所述隧道孔洞的内壁衬砌的左侧内壁件和与所述右侧木棒对应设置并用于在所述右侧木棒从所述隧道孔洞中抽出过程中插入所述隧道孔洞内作为所述隧道孔洞的内壁衬砌的右侧内壁件；所述模型箱的上方还设有地表变形测量机构。

2.根据权利要求1所述的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述隧道孔洞的径向截面呈圆形。

3.根据权利要求2所述的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述左侧木棒和右侧木棒对称设置；所述左侧木棒和右侧木棒均为半圆形木棒，所述左侧内壁件和右侧内壁件均呈半圆拱形，且所述木棒的外径、左侧内壁件的外径和右侧内壁件的外径均与所述隧道孔洞的内径相等。

4.根据权利要求3所述的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述左侧内壁件和右侧内壁件采用PE管切割制成。

5.根据权利要求1所述的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述左侧木棒和右侧木棒的同一端端面上分别设有手柄。

6.根据权利要求1所述的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述模型箱采用钢化玻璃块制成。

7.根据权利要求1所述的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述左侧木棒和右侧木棒上均设有刻度尺。

8.根据权利要求1-7任一项所述的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述地表变形测量机构包括间隔设置在所述模型箱上方的安装横梁，所述安装横梁上间隔安装设有千分表，所述土体内与所述千分表一一对应插装设有与所述千分表的测量头配合的测量基准座。

9.根据权利要求8所述的模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述测量基准座为插装在所述土体内的六角螺柱。

10.一种采用如权利要求1-9所述模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验装置来模拟CD法隧道施工引起地表变形的实验方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）在所述模型箱中逐层填入土体并夯实，且当土体填入高度达到所述隧道孔洞的下侧边缘时，将所述木棒放置在所述模型箱的设定位置处，并继续填入土体，直至土体全部装填完成；

2）在所述模型箱上方安装所述地表变形测量机构；

3）待土体稳定后，进行隧道开挖过程模拟，隧道开挖模拟方法为：按照CD法隧道施工过程，以一定速度和距离依次轮流抽出左侧木棒和右侧木棒，并依次轮流将左侧内壁件和右侧内壁件插入到所述隧道孔洞内，直至左侧木棒和右侧木棒全部抽出，左侧内壁件和右侧内壁件全部插入，并在此过程中实时记录地表变形数据；

4）重复步骤1）至步骤3），以不同的速度和距离模拟CD法隧道施工过程，得到不同的地表变形数据；

5）根据得到的地表变形数据绘制以下两条关系曲线：a.时间-地表变形量曲线；b.每个横断面地表最终变形曲线；总结规律，为最终的CD法隧道施工提供有效的参考数据。