CN111365009B - 一种适用于室内盾构掘进模拟系统及模拟方法 - Google Patents
一种适用于室内盾构掘进模拟系统及模拟方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111365009B CN111365009B CN202010360325.6A CN202010360325A CN111365009B CN 111365009 B CN111365009 B CN 111365009B CN 202010360325 A CN202010360325 A CN 202010360325A CN 111365009 B CN111365009 B CN 111365009B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shield
- ring
- experimental
- soil
- tunneling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 68
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 42
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 35
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims description 27
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 claims description 20
- 238000001802 infusion Methods 0.000 claims description 19
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000011900 installation process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 33
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/04—Lining with building materials
- E21D11/08—Lining with building materials with preformed concrete slabs
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/04—Lining with building materials
- E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
- E21D9/093—Control of the driving shield, e.g. of the hydraulic advancing cylinders
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Architecture (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Lining And Supports For Tunnels (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于室内盾构掘进模拟的实验模型以及其模拟方法，包括无盖透明实验槽、盾构系统和监控量测系统，其中无盖透明实验槽，通过填充实验室预制好的土来模拟实际盾构掘进环境，通过模型的深度来模拟盾构施工深度的影响；盾构掘进系统，由盾构机、管片、输液管道、排液管道、伺服推进器、伺服泵、橡胶筒与橡胶圆环组成，用来模拟盾构施工以及注浆的过程，通过推进伺服器以及排水管道的排水速率来控制盾构行进速度，通过输液管道的输液速度以及输液量模拟盾构同步注浆的注浆量；后期可通过在土体上方施加不均匀荷载来模拟盾构施工对邻近建筑物的影响，即模型的二次开发性较好。
Description
技术领域
本发明是一种实验模型及其模拟方法，适应于模拟盾构施工过程中的地表沉降以及施工过程中土体内的应力变化等若干问题，属于盾构实验领域。
背景技术
盾构法作为地铁建设中主要的施工方法已得到了广泛应用，但盾构施工过程中对周围土层的存在扰动，且考虑到隧道管片与盾构机存在间隙，往往会对地面造成不同程度的沉降，进行盾尾注浆能有效减少地面沉降。现如今，对于盾构施工的工程评估，主要通过数值模拟，模型试验法等。其中模型试验法是研究盾构施工过程的重要方法。模型实验法能够有效地模拟实际工程的真实情况，通过模拟不同工况条件，可以得到对应于实际中不同情况的重要可靠的参考数据，对于研究盾构开挖对地层影响有着重要意义。现有技术中盾构试验设备大多稳定性较差，无法更真实的还原盾构的过程，而且不能很好的模拟复杂工况下的环境，也不能很好的控制掘进速度以及注浆率，试验的参考性不足。
现有技术中，CN107489426A公开一种泥水盾构室内模拟掘进装置及其模拟方法，针对泥水盾构机开展试验，考虑了泥水环流系统。而本申请是发明的土压平衡盾构掘进系统。此外，CN107489426A没有考虑同步注浆影响，注浆以及排液不能分开控制，不能实现盾构掘进距离的精准控制。
发明内容
技术问题：针对上述技术问题，本发明提出了一种用于室内盾构掘进模拟的实验模型以及其模拟方法，该模型以及方法通过实验槽中不同的开挖深度来模拟实际工程不同深度的盾构施工；通过推进伺服器以及排水管道的排水速率来控制盾构行进速度；通过输液管道的输液速度以及输液量模拟盾构同步注浆的注浆量；通过监控量测系统得到土中应力应变以及地表沉降实验模拟值。此外，模型的二次开放性较好。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种适用于室内盾构掘进模拟系统，包括无盖透明实验槽、盾构机装置和监控量测单元；
盾构机装置设置在无盖透明实验槽内，无盖透明实验槽的一侧设置有通孔，所述盾构机装置的伺服推进轴伸出所述通孔；
无盖透明实验槽内填充实验土模拟实际盾构掘进环境，通过实验土掘进的深度模拟盾构施工深度；盾构机装置掘进模拟盾构施工注浆的过程，通过推进伺服器和排液管道的排液速率控制盾构机装置行进速度，通过输液管道的输液速度和输液量模拟盾构同步注浆的注浆量；
监控量测系统包括图像采集器、压力盒和位移计；压力盒和位移计设置在无盖透明实验槽内；监控量测系统用于记录实验数据和监测实验质量。
盾构机装置包括伺服泵、输液管道、排液管道、液体盛放容器、伺服推进器、盾构机、盾构管片、橡胶环和橡胶筒；
盾构机的掌子面的垂直面上预留排液孔用于连接排液管道；
盾构管片为石膏圆环，根据行进距离确定石膏圆环的环数，石膏圆环每环之间通过粘连体连接，再与盾构机相连；
橡胶筒套在橡胶环中，橡胶筒内填充与实际开挖土体密度相同的第一溶液，直径与盾构机直径相同；
根据每节盾构管片长度在橡胶环外层进行开孔，所述孔用于与输液管道相连，输液管道的尾端设置有阀门；橡胶环内填充第二溶液(注浆体)；第二溶液10为与注浆材料密度相同的溶液；
每个石膏圆环对应一根输液管道，排液管道一端与盾构机的排液孔相连，另一端与伺服泵相连。
橡胶筒中装满与实际工程土体密度相同的第一溶液模拟开挖土体。
橡胶环的内径与盾构机直径相同，内外层之间的距离根据实际工况利用相似比原理确定。
所述实验土为采用根据相似比原理配置出来的等效盾构开挖土层混合料。
当进行内部挖掘过程的监测时，实验土配置为与实际工程性质相同的透明土。
压力盒和位移计根据实际数据采集需求进行实验前布置数量和位置。
盾构机装置安装过程为：将橡胶筒套在橡胶环中，橡胶筒内注满第一溶液，将输液管道分别依次连接在橡胶环的开孔上，将盾构机与盾构管片相连，盾构机前端开孔与排液孔相连，伺服推进器的推动轴粘连在盾构机开挖面上，最后将盾构机推入橡胶筒端部。
一种适用于室内盾构掘进模拟系统的模拟方法，包括以下步骤：
A、确定盾构机装置的管片尺寸和环数，制备实验土，安装盾构机装置，确定压力盒、位移计的安装位置，计算伺服推进器的伺服泵功率，确定石膏圆环每环的注浆率(石膏圆环指的是盾构向前开挖一次的长度，根据盾构机后方石膏圆环的宽度确定，即每次开挖的长度)，粘接管片；
B、将实验土分层平整放置至玻璃实验槽留孔底部，留孔处对应位置放置橡胶筒，橡胶筒 18中注入第一溶液，盾构机装置穿过玻璃上预留的孔套在橡胶筒中；
C、继续加入实验土并在设定位置装好压力盒与位移计；
D、打开伺服推进器开关进行实验，打开伺服泵3进行排水，排水量的体积与行进体积相等；
E、每走过一个石膏圆环，在对应的输液口中推入第二溶液，注入的第二溶液体积根据模拟的注浆率进行调控；
F、待盾构装置行进至最后一环停止实验，通过压力盒与位移计得到实验数据。
伺服推进器的伺服泵功率为mgμv；
v盾构掘进速度，m盾构机装置上方土体质量，μ为盾构机与橡胶筒的摩擦系数，g为重力加速度。
本发明的有益效果包括：
一种适用于室内盾构掘进模拟系统，实验槽选用透明材质，易于观察实验进程，控制实验质量。实验槽无盖，通过埋深可模拟实际工程的不同深度盾构施工下的应力应变影响。
通过推进伺服器以及排水管道的排水速率来控制盾构行进速度，模拟实际工程的盾构施工过程。通过输液管道的输液速度以及输液量模拟盾构同步注浆的注浆量。可以改变上部荷载模拟盾构施工对临近建筑物的影响，模型的二次开发性较强。
本申请盾构管片为石膏圆环，根据行进距离确定石膏圆环的环数，石膏圆环每环之间通过粘连体连接，再与盾构机相连；橡胶筒内填充与实际开挖土体密度相同的第一溶液，直径与盾构机直径相同；根据每节盾构管片长度在橡胶环外层进行开孔，所述孔用于与输液管道相连，输液管道的尾端设置有阀门；橡胶环内填充第二溶液(注浆体)；第二溶液10为与注浆材料密度相同的溶液，整个过程更加稳定，橡胶环、橡胶筒以及其填充溶液能够更加真实的还原盾构过程，提高试验的准确性。过程简单，实验速度可控，参考性强。
实际工程中，盾构机掘进和同步注浆是影响地层应力和变形的两个主要因素，本申请设计了同步注浆系统，研究了盾构机同步注浆对地层应力和位移的影响，现有技术没有这方面的设计。设计了管片，研究了管片等结构下地层的应力和位移变化规律。本设计中的盾构以及管片均采用3D打印技术，更贴切实际工程；
本申请通过排液量和排液管道的设计，可实现盾构掘进距离的精准控制。
通过在土体上方施加不均匀荷载可以用来模拟盾构施工对临近建筑物的影响，即模型的二次开发性较好，注浆以及排液分开控制，即各个部分的独立性较强，易做到精准控制，开挖土体选用溶液，开挖相对简单。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1为一种适用于室内盾构掘进模拟系统结构示意图；
图2为盾构机面盘剖面图；
图3为盾构掘进前端剖面图；
图4为纵断面位移计以及压力盒的布置位置示意图；
图5为横断面位移计以及压力盒的布置位置示意图；
图6为玻璃实验槽右侧玻璃的留孔位置；
图7为玻璃实验槽右侧玻璃的留孔数量。
附图标记：1为无盖透明实验槽；2为实验土；3为伺服泵；4为阀门；5是输液管道；6为排液管道；7为液体盛放容器；8为伺服推进器；9为盾构机；10为第二溶液；11为盾构管片；12为排液孔；13为盾构壁；14为粘连体；15为伺服推进轴；16为盾构掌子面；17为橡胶环；18为橡胶筒。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、模拟方法达成目的与功效，且为了使该评价方法易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明一种用于室内盾构掘进模拟的实验模型以及其模拟方法作进一步详细说明。
如图1所示，一种适用于室内盾构掘进模拟系统，包括无盖透明实验槽(本实施例为无盖玻璃实验槽)1、盾构机装置和监控量测单元；
盾构机装置设置在无盖透明实验槽内，无盖透明实验槽1的一侧设置有通孔，所述盾构机装置的伺服推进轴伸出所述通孔；所通孔直径为盾构直径的1.1倍。
无盖透明实验槽内填充实验土2模拟实际盾构掘进环境，通过实验土2掘进的深度模拟盾构施工深度；盾构机装置掘进模拟盾构施工注浆的过程，通过推进伺服器和排液管道6的排液速率控制盾构机装置行进速度，通过输液管道5的输液速度和输液量模拟盾构同步注浆的注浆量；
监控量测系统包括图像采集器、压力盒和位移计；压力盒和位移计设置在无盖透明实验槽1内；监控量测系统用于记录实验数据和监测实验质量，试验槽采用的是透明玻璃材质，可直接观察实验土的变化，判断实验质量。本实施例采用透明土填充试验槽，还可以直接观察到盾构推进过程，并根据推进状态调整实验参数，控制实验质量。
所述实验土为采用根据相似比原理配置出来的等效盾构开挖土层混合料。
当进行内部挖掘过程的监测时，实验土配置为与实际工程性质相同的透明土，本实施例，实验土为透明土。
压力盒和位移计根据实际数据采集需求进行实验前布置数量和位置。
盾构机装置包括伺服泵3、输液管道5(注浆管)、排液管道6、液体盛放容器7、伺服推进器8、盾构机9、盾构管片11、橡胶环17和橡胶筒18。
如图2所示，盾构机9通过3D打印成钢制薄壁筒结构，在薄壁筒行进方向盾构机的掌子面16的垂直面上预留排液孔12用于连接排液管道6。薄壁筒厚度为厚度1cm。
盾构管片11采用3D打印成石膏圆环，根据行进距离确定石膏圆环的环数(石膏圆环的环数，盾构管片11不是1个圆环，而是由多个石膏圆环粘连而成)，每环之间通过粘连体14 连接，再与盾构机相连。
橡胶筒18套在橡胶环17中，橡胶筒18内填充与实际开挖土体密度相同的第一溶液，橡胶筒18采用与实际周边土密度相同的第一溶液填充橡胶袋等效盾构开挖范围内土层，直径盾构机直径相同。橡胶筒18长度大于或者等于玻璃容器长度。
如图3所示，橡胶环17内径与盾构机直径相同，内外层之间的距离根据实际工况利用相似比原理确定，长度小于玻璃容器长度。根据每节管片长度在外层进行开孔，用来与输液管道5相连，输液管道5的尾端设置有阀门4。橡胶环17内填充第二溶液10(注浆体)。第二溶液10为与注浆材料密度相同的溶液。
每个石膏圆环对应一根输液管道5，一根一环(环指的是盾构机向前开挖一次的长度，根据盾构机后方石膏材质每个圆环的宽度来定每次开挖的长度)，并标记序号。排液管道6为两根，一端与盾构机9的排液孔相连，另一端与伺服泵3相连。
橡胶筒18中装满与实际工程土体密度相同的第一溶液模拟开挖土体。
盾构机装置安装过程为：将橡胶筒18套在橡胶环17中，橡胶筒18内注满第一溶液，将输液管道5分别依次连接在橡胶环17的开孔上，将盾构机9与盾构管片11相连，盾构机9前端开孔与排液孔相连，伺服推进器8的推动轴粘连在盾构机开挖面上，最后将盾构机推入橡胶筒端部。
一种适用于室内盾构掘进模拟系统的模拟方法，包括以下步骤：
A、确定盾构机装置的管片尺寸和环数，制备实验土，安装盾构机装置，确定压力盒、位移计的安装位置(在盾构施工影响范围内安置，横断面影响范围是1.7D(盾构直径))，计算伺服推进器的伺服泵功率，确定石膏圆环每环的注浆率(石膏圆环指的是盾构向前开挖一次的长度，根据盾构机后方石膏圆环的宽度确定，即每次开挖的长度)，粘接管片；
B、如图6所示和图7所示，将实验土分层平整放置至玻璃实验槽留孔底部，留孔处对应位置放置橡胶筒18(套好的两层橡胶筒)，橡胶筒18中倒入第一溶液，盾构机装置穿过玻璃上预留的孔套在橡胶筒18中。
C、继续加入实验土并在设定位置装好压力盒与位移计。
D、打开伺服推进器8开关进行实验，打开伺服泵3进行排水，排水量的体积与行进体积相等；
E、每走过一个石膏圆环，在对应的输液口中推入第二溶液，注入的第二溶液体积根据模拟的注浆率进行调控。
F、待盾构装置行进至最后一环停止实验，通过压力盒与位移计得到实验数据，关闭伺服器，整理实验仪器，等待下次服役。
伺服推进器的伺服泵功率为mgμv；
v盾构掘进速度，m盾构机装置上方土体质量，μ为盾构机与橡胶筒的摩擦系数，g为重力加速度。
压力盒、位移计，选用实验用LY-350型微型土压力盒，位移计选用实验室用SMW-WYDC 位移传感器。
本实施例按照正常工程案例根据相似比原理来进行模型规格的设计、选型以及实验过程模拟。
正常盾构机的直径为6.3m，缩放1/50得到模型实验选用的盾构隧道直径为12.6cm，盾构机长度为1.8D，取11.34cm，厚度取1cm。采用3D打印技术打印成钢材质，上下两端开孔直径为1cm，对称布置。
盾构管片正常尺寸为6m，宽度为1.5m，厚度为0.3m，根据相似比原理，得到管片尺寸为外径12cm，宽度6cm一环，厚度0.6cm。采用3D打印技术打印成石膏材质。
对于实验槽，选用尺寸为1.8m×0.8m×1.5m的无盖玻璃制长方体容器，考虑到实验进程，在右侧离底部15cm处开挖孔，孔直径略大于盾构直径，取13cm，并在下方相应位置留设12 个孔，具体位置可参考图7，尺寸略大于注浆管道直径，取0.8cm。
考虑到边界效应，实验只取中间段的0.72m，设置为12环，即通12根注浆管道，分别依次通向实验槽预留的12个孔，做好编号1～12，注浆管道尺寸为内径0.5cm的塑料管，厚度0.2cm左右，排浆管道为俩根，内径为1.0cm。
对于实验中的橡胶筒，直径为D即12.6cm，长度略大于实验槽长度，取2m，具体见图3，对于橡胶圆环，根据设计长度应为1.5m，内外层端部连接，形成封闭圆环，内外层之间的厚度根据模拟的注浆厚度确定为0.3cm。根据模拟的注浆位置进行外层打孔(12处)，将注浆管一端与其相连，注浆管长度需保证其能穿过实验槽预留孔伸到玻璃容器外。为了保证实验质量，要保证其密闭性能。
进行压力盒以及位移计的选型：压力盒选用实验用LY-350型微型土压力盒，根据正常工程，布置54个压力盒，位移计选用实验室用SMW-WYDC位移传感器，根据正常工程，布置54 个位移计，具体安装位置参考图4和图5，由于横断面上的应力沿盾构中心对称分布，所以在横断面上只布置一侧。
考虑注浆效率的影响，假设我们模拟85％的注浆率，即每进行一环的掘进，注液量约为 (6.32-62)×π×0.85×3＝29.56ml,即每掘进一环，在对应的注浆管道中注入29.56ml，考虑排液量的影响，每进行一环掘进，通过伺服泵，控制排液量为6×π×6.32＝748.14ml。
下面进行模型安装以及实验：
将每环管片之间用快粘粉进行连接，将两根排液管道一端分别套在盾构机的预留孔洞上 (注意气密性)，将盾构机的端部与管片一端相连，排液管道另一端与伺服泵相连。将伺服推进器的轴与盾构机“掌子面”连接在一起。
将橡胶筒套在橡胶圆环里，在橡胶圆环的预留孔处分别依次和注浆管道一端相连，检查气密性，实验前为了减小注浆误差，在注浆管道内注满第二溶液，注满后用阀门夹好。
实验室调配好土，装入玻璃槽，进行一次整平并安装好第一层的位移计与压力盒，继续填土，填至离第一层位移计6.3cm时，在橡胶筒内装入2/3的第一溶液，将注浆管道透过右侧玻璃预留小孔穿出，需注意将橡胶管道编号与实验槽右侧开口位置一一对应(即1号排液管道穿过1号开孔，2号排液管道穿过2号开孔，依次连接好装置),盾构系统穿过预留孔顶入橡胶筒中，顶至橡皮筒撑起，继续装土，待装至离第一层位移计12.6cm时整平，布置第二层压力盒与位移计，继续填土，填至离第一层位移计25.2cm时进行整平，布置第三层的位移计与压力盒，继续装土，填至离第一层位移计37.8cm进行整平，布置第四层位移计与压力盒，继续装土，填至离第一层位移计50.4cm时进行整平，布置第五层位移计与压力盒，填至离第一层位移计63cm时进行整平，布置第六层位移计与压力盒。
装置安装完毕，进行模拟实验，打开伺服推进器与伺服泵开关，行进一环，进行748.14ml 排水，打开一号注浆口阀门，利用伺服推进器推入29.56ml溶液(第二溶液)，进行第二环的掘进，同步进行注浆以及排液，依次下去完成设计好的十二环行进路程。完成实验得到模型实验数据。
本领域内的技术人员可以对本发明进行改动或变型的设计但不脱离本发明的思想和范围。因此，如果本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同的技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。
这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、 CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。
在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的方法。
以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。
如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。
Claims (9)
1.一种适用于室内盾构掘进模拟系统，其特征在于，
包括无盖透明实验槽(1)、盾构机装置和监控量测单元；
盾构机装置设置在无盖透明实验槽内，无盖透明实验槽(1)的一侧设置有通孔，所述盾构机装置的伺服推进轴(15)伸出所述通孔；
无盖透明实验槽内填充实验土(2)模拟实际盾构掘进环境，通过实验土(2)掘进的深度模拟盾构施工深度；盾构机装置掘进模拟盾构施工注浆的过程，通过推进伺服器和排液管道(6)的排液速率控制盾构机装置行进速度，通过输液管道(5)的输液速度和输液量模拟盾构同步注浆的注浆量；
监控量测系统包括图像采集器、压力盒和位移计；压力盒和位移计设置在无盖透明实验槽(1)内；监控量测系统用于记录实验数据和监测实验质量；
盾构机装置包括伺服泵(3)、输液管道(5)、排液管道(6)、液体盛放容器(7)、伺服推进器(8)、盾构机(9)、盾构管片(11)、橡胶环(17)和橡胶筒(18)；
盾构机(9)的掌子面的垂直面上预留排液孔(12)用于连接排液管道(6)；
盾构管片(11)为石膏圆环，根据行进距离确定石膏圆环的环数，石膏圆环每环之间通过粘连体(14)连接，再与盾构机(9)相连；
橡胶筒(18)套在橡胶环(17)中，橡胶筒(18)内填充与实际开挖土体密度相同的第一溶液，直径与盾构机直径相同；
根据每节盾构管片(11)长度在橡胶环(17)外层进行开孔，所述孔用于与输液管道（ 5）相连，输液管道(5)的尾端设置有阀门(4)；橡胶环(17)内填充第二溶液(10)；第二溶液(10)为与注浆材料密度相同的溶液；
每个石膏圆环对应一根输液管道(5)，排液管道(6)一端与盾构机(9)的排液孔相连，另一端与伺服泵(3)相连。
2.根据权利要求1所述的一种适用于室内盾构掘进模拟系统，其特征在于，
橡胶筒(18)中装满与实际工程土体密度相同的第一溶液模拟开挖土体。
3.根据权利要求1所述的一种适用于室内盾构掘进模拟系统，其特征在于，
橡胶环(17)的内径与盾构机直径相同，橡胶环(17)内外层之间的距离根据实际工况利用相似比原理确定。
4.根据权利要求1所述的一种适用于室内盾构掘进模拟系统，其特征在于，
所述实验土为采用根据相似比原理配置出来的等效盾构开挖土层混合料。
5.根据权利要求1所述的一种适用于室内盾构掘进模拟系统，其特征在于，
当进行内部挖掘过程的监测时，实验土配置为与实际工程性质相同的透明土。
6.根据权利要求1所述的一种适用于室内盾构掘进模拟系统，其特征在于，
压力盒和位移计根据实际数据采集需求进行实验前布置数量和位置。
7.根据权利要求2所述的一种适用于室内盾构掘进模拟系统，其特征在于，
盾构机装置安装过程为：将橡胶筒(18)套在橡胶环(17)中，橡胶筒(18)内注满第一溶液，将输液管道(5)分别依次连接在橡胶环(17)的开孔上，将盾构机(9)与盾构管片(11)相连，盾构机(9)前端开孔与排液孔(12)相连，伺服推进器(8)的推动轴粘连在盾构机开挖面上，最后将盾构机推入橡胶筒端部。
8.一种适用于室内盾构掘进模拟系统的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、确定盾构机装置的管片尺寸和环数，制备实验土(2)，安装盾构机装置，确定压力盒、位移计的安装位置，计算伺服推进器的伺服泵功率，确定石膏圆环每环的注浆率，粘接管片；
B、将实验土分层平整放置至玻璃实验槽留孔底部，留孔处对应位置放置橡胶筒(18)，橡胶筒(18)中注入第一溶液，盾构机装置穿过玻璃上预留的孔套在橡胶筒(18)中；
C、继续加入实验土并在设定位置装好压力盒与位移计；
D、打开伺服推进器(8)开关进行实验，打开伺服泵(3)进行排水，排水量的体积与行进体积相等；
E、每走过一个石膏圆环，在对应的输液口中推入第二溶液，注入的第二溶液体积根据模拟的注浆率进行调控；
F、待盾构装置行进至最后一环停止实验，通过压力盒与位移计得到实验数据。
9.根据权利要求8所述的一种适用于室内盾构掘进模拟系统的模拟方法，其特征在于，
伺服推进器的伺服泵功率为mgμv；
v盾构掘进速度，m盾构机装置上方土体质量，μ为盾构机与橡胶筒的摩擦系数，g为重力加速度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010360325.6A CN111365009B (zh) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | 一种适用于室内盾构掘进模拟系统及模拟方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010360325.6A CN111365009B (zh) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | 一种适用于室内盾构掘进模拟系统及模拟方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111365009A CN111365009A (zh) | 2020-07-03 |
| CN111365009B true CN111365009B (zh) | 2020-10-27 |
Family
ID=71205717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010360325.6A Active CN111365009B (zh) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | 一种适用于室内盾构掘进模拟系统及模拟方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111365009B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113586070A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-11-02 | 浙江工业大学 | 一种用于模拟盾构开挖和监测隧道与土体变形的可视化装置以及盾构模拟试验方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201843623U (zh) * | 2010-11-03 | 2011-05-25 | 上海盾构设计试验研究中心有限公司 | 盾构机同步注浆模拟试验平台的密封导向装置 |
| CN102278117B (zh) * | 2011-04-29 | 2013-03-20 | 上海交通大学 | 平行顶管顶进施工模拟装置 |
| CN202578708U (zh) * | 2012-03-13 | 2012-12-05 | 湖北省产品质量监督检验研究院 | 一种软基动水地层盾构隧道同步注浆效果评价模拟装置 |
| CN108625865A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-10-09 | 上海工程技术大学 | 一种模拟盾构隧道施工的试验方法 |
| CN109798130A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-05-24 | 广州大学 | 一种多功能盾构同步注浆模型试验装置 |
| CN110068473A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-30 | 苏州大学 | 一种大直径土压盾构隧道掘进界面模拟试验方法及其系统 |
| CN110242315B (zh) * | 2019-06-13 | 2024-10-11 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 盾构施工的模拟装置及模拟方法 |
-
2020
- 2020-04-30 CN CN202010360325.6A patent/CN111365009B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111365009A (zh) | 2020-07-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105021418B (zh) | 适用于土工离心模型试验的盾构开挖面模型及模拟方法 | |
| Talmon et al. | Calculation of longitudinal bending moment and shear force for Shanghai Yangtze River Tunnel: Application of lessons from Dutch research | |
| CN108625865A (zh) | 一种模拟盾构隧道施工的试验方法 | |
| Shi et al. | Effects of overconsolidation ratio on tunnel responses due to overlying basement excavation in clay | |
| CN105973710A (zh) | 复杂裂隙岩体水力耦合现场三轴试验系统及方法 | |
| CN110836961A (zh) | 降雨影响下基坑施工稳定性研究的模型试验系统及方法 | |
| CN101644632B (zh) | 相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统及埋设方法 | |
| CN105716960A (zh) | 复杂地下水环境下的基坑开挖模型试验装置 | |
| CN104005363A (zh) | 一种三维地下承压水流-地铁隧道结构相互作用模拟装置 | |
| CN106485012A (zh) | 一种软土基坑稳定性安全系数的计算方法 | |
| CN109783924A (zh) | 地下水对地铁盾构隧道施工影响的数值模拟分析方法 | |
| CN103996348A (zh) | 上下交叠隧道施工对运营隧道影响的室内模型试验装置 | |
| CN203132854U (zh) | 一种模拟地铁盾构隧道施工引发地层变形的试验装置 | |
| CN103389260B (zh) | 桩基础阻碍地下水渗流的室内模拟试验方法 | |
| CN205317774U (zh) | 模拟盾构隧道纵断面内地层损失扩展的试验系统 | |
| CN111175477B (zh) | 饱和粉细砂层诱导注浆实验模型及实验方法 | |
| CN104914231A (zh) | 基坑群开挖顺序及支撑情况对地层影响的模型试验装置 | |
| Shen et al. | Evaluation of the effect of rolling correction of double-o-tunnel shields via one-side loading | |
| CN111365009B (zh) | 一种适用于室内盾构掘进模拟系统及模拟方法 | |
| Huang et al. | The external water pressure on a deep buried tunnel in fractured rock | |
| CN105675846A (zh) | 潜水位和承压水头协同升降的基坑开挖模型试验装置 | |
| CN104215425B (zh) | 一种充填型岩溶管道系统的再填充方法 | |
| CN114935465A (zh) | 一种模拟盾构施工对既有桩基扰动的系统及实现方法 | |
| CN201464277U (zh) | 相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统 | |
| CN103308393A (zh) | 地层劈裂抗力试验装置及测定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20200703 Assignee: Nanjing pankele Environmental Protection Technology Co.,Ltd. Assignor: HOHAI University Contract record no.: X2020980009826 Denomination of invention: A simulation system and method for indoor shield tunneling Granted publication date: 20201027 License type: Common License Record date: 20201223 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |