CN111477092A - 软土地区地铁盾构隧道下穿既有隧道的模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软土地区地铁盾构隧道平行下穿既有隧道的模型试验装置。本发明的目的是提供一种结构简单、制作方便、操作简便的软土地区地铁盾构隧道平行下穿既有隧道的模型试验装置。该装置具有模型箱，模型箱一端端面上制有一列或多列竖向布置的可开闭的始发孔，模型箱另一端端面上制有一列或多列竖向布置的可开闭的接受孔；模型箱内充填有软土，并在软土内置有作为既有隧道的盾构隧道模型Ⅰ，盾构隧道模型Ⅰ从始发孔延伸至接受孔；模型箱内、盾构隧道模型Ⅰ下方设盾构隧道模型Ⅱ，该盾构隧道模型Ⅱ上设有能驱动其从始发孔向接受孔移动的驱动机构；盾构隧道模型Ⅰ上安装有位移计、应变片和土压力盒。本发明适用于盾构隧道施工领域。

Description

软土地区地铁盾构隧道下穿既有隧道的模型试验装置

技术领域

本发明涉及一种软土地区地铁盾构隧道平行下穿既有隧道的模型试验装置，适用于盾构隧道施工领域。

背景技术

随着我国的经济发展，交通堵塞日益严重，许多城市特别是经济发达城市大力推动地铁作为公共交通手段，地铁隧道修建的环境也日益复杂，也出现了盾构平行下穿既有隧道的工程。盾构隧道平行下穿既有隧道可能造成原有隧道的管片、支护变形等问题造成损失，因此十分有必要在工程之前展开室内模型试验。

现有的隧道开挖模型试验装置中，有模拟单个隧道开挖对周围土体与上部结构的影响的实验装置；也有模拟垂直相交下穿既有隧道的实验装置，但目前还未有模拟新隧道平行下穿既有隧道的模型试验装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种结构简单、制作方便、操作简便的软土地区地铁盾构隧道平行下穿既有隧道的模型试验装置。

本发明所采用的技术方案是：一种软土地区地铁盾构隧道下穿既有隧道的模型试验装置，其特征在于：具有模型箱，模型箱一端端面上制有一列或多列竖向布置的可开闭的始发孔，模型箱另一端端面上制有一列或多列竖向布置的可开闭的接受孔；

所述模型箱内充填有软土，并在软土内置有作为既有隧道的盾构隧道模型Ⅰ，盾构隧道模型Ⅰ从始发孔延伸至接受孔；模型箱内、盾构隧道模型Ⅰ下方设盾构隧道模型Ⅱ，该盾构隧道模型Ⅱ上设有能驱动其从始发孔向接受孔移动的驱动机构；

所述盾构隧道模型Ⅰ上安装有位移计、应变片和土压力盒。

所述模型箱的两侧侧面采用便于观察模型箱内部状态的透明板材。

所述模型箱的两端端面及底板采用不锈钢板材制成，该模型箱的两侧侧面采用钢化玻璃，模型箱的端面及底板上制有与其侧面的钢化玻璃相适配的卡槽。

所述驱动机构具有金属杆，金属杆插装于所述盾构隧道模型Ⅱ内，该金属杆的靠近模型箱的接受孔端经钢丝穿过相应接受孔后接于模型箱外侧的传动定滑轮上，金属杆的另一端制有直径略大于盾构隧道模型Ⅱ内径的限位段。

所述模型箱内软土顶部设有向软土施加压力的载荷模块。

所述载荷模块具有压于所述模型箱内软土顶部的木顶板和若干压于木顶板上的砝码。

所述盾构隧道模型Ⅰ、Ⅱ均由盾构管片拼接而成，盾构管片采用石膏材料制成。

本发明的有益效果是：本发明中通过驱动机构带动盾构隧道模型Ⅱ从始发孔向接受孔移动，模拟隧道掘进，并可通过两端不同高度的始发孔和接受孔配合控制隧道掘进的角度，模拟多种情况下平行下穿的工程情况。本发明中盾构隧道模型Ⅰ的变形可通过钢化玻璃及位移计观察，结合土压力盒与应变片，较为直观地表现新掘进隧道对既有隧道的影响；上部载荷模块可模拟地面荷载和隧道上方土压力。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例1的始发孔端端面示意图。

图3为实施例1的接受孔端端面示意图。

图4为实施例1中钢化玻璃组块插入卡槽示意图。

图5为实施例1中盾构隧道模型Ⅰ上应变片、土压力盒的安装示意图。

图6为实施例2的结构示意图。

图7为实施例3中模型箱结构示意图。

1、位移计；2、盾构隧道模型Ⅰ；3、金属杆；4、密封盖；5、钢丝；6、钢化玻璃片；7、传动定滑轮；8、木顶板；9、始发孔；10、接受孔；11、土压力盒；12、应变片；13、盾构管片；14、盾构隧道模型Ⅱ。

具体实施方式

实施例1：本实施例为一种软土地区地铁盾构隧道下穿既有隧道的模型试验装置，具有模型箱，模型箱的两端端面及底板形成模型箱单元框架，采用不锈钢板材制成，该模型箱的两侧侧面采用钢化玻璃，模型箱的端面及底板上制有与其侧面的钢化玻璃相适配的卡槽。模型箱的一端端面上制有一列竖向布置的始发孔，该列具有5个布置于不同高程的始发孔；模型箱另一端端面上制有一列竖向布置的接受孔，该列具有5个与始发孔一一对应的接受孔，始发孔和接受孔上均装有密封盖，可通过密封盖关相应闭始发孔或接受孔。

本例中在模型箱内充填有软土，并在软土内置有作为既有隧道的盾构隧道模型Ⅰ，盾构隧道模型Ⅰ从由上而下第二个始发孔延伸至由上而下第二个接受孔，盾构隧道模型Ⅰ上安装有位移计、应变片和土压力盒；模型箱内、盾构隧道模型Ⅰ下方设盾构隧道模型Ⅱ，该盾构隧道模型Ⅱ上接有驱动机构，驱动机构能驱动盾构隧道模型Ⅱ从由上而下第四个始发孔向由上而下第四个接受孔移动。

本实施例中驱动机构具有金属杆，金属杆插装于盾构隧道模型Ⅱ内，该金属杆的靠近模型箱的接受孔端经钢丝穿过上而下第四个接受孔后接于模型箱外侧的传动定滑轮上，金属杆的另一端制有直径略大于盾构隧道模型Ⅱ内径的限位段。

本实施例中在模型箱内软土顶部设置可模拟地面荷载和隧道上方土压力的载荷模块，载荷模块具有压于所述模型箱内软土顶部的木顶板和若干压于木顶板上的砝码。

本例中盾构隧道模型Ⅰ、Ⅱ均由盾构管片拼接而成，盾构管片采用石膏材料制成。

本实施例的安装及模拟试验方法如下：

安置模型箱单元框架；

将模拟既有隧道的盾构隧道模型Ⅰ套于金属杆，并经金属杆架入模型箱内，搭在模型箱两端的始发孔和接受孔之间；

在盾构隧道模型Ⅰ上安装位移计、应变片与土压力盒并与数据采集系统接线；

将盾构隧道模型Ⅱ安装于金属杆上并布置于模型箱外与盾构隧道模型Ⅰ下方的始发孔对应位置，模型箱外传动定滑轮上的钢丝依次穿过接受口与始发口后连接盾构隧道模型Ⅱ中的金属杆；

将钢化玻璃片逐片插入模型箱单元框架，模型箱内加入软土并振实；

将木顶板平放在模型箱内软土顶部，可根据实际荷载放置砝码；

取出盾构隧道模型Ⅰ内的金属杆；

将套有盾构隧道模型Ⅱ内的金属杆插入相应接受口，摇动传动定滑轮的摇杆，卷动钢丝，带动盾构隧道模型Ⅱ内的金属杆和盾构隧道模型Ⅱ，最终使得金属杆及盾构隧道模型Ⅱ到达相应接受口，盾构隧道模型Ⅱ移动过程中可随时暂停并通过数据采集系统读数。

实施例2：本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处仅在于本实施例中在模型箱内、盾构隧道模型Ⅰ下方设盾构隧道模型Ⅱ，该盾构隧道模型Ⅱ上接有驱动机构，驱动机构能驱动盾构隧道模型Ⅱ从由上而下第四个始发孔向由上而下第三个接受孔带坡度移动。

实施例3：本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处仅在于本实施例中模型箱具有多列始发孔和接受孔，由多个实施例1中的模型箱单元框架配合钢化玻璃组合而成。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种软土地区地铁盾构隧道下穿既有隧道的模型试验装置，其特征在于：具有模型箱，模型箱一端端面上制有一列或多列竖向布置的可开闭的始发孔，模型箱另一端端面上制有一列或多列竖向布置的可开闭的接受孔；

所述模型箱内充填有软土，并在软土内置有作为既有隧道的盾构隧道模型Ⅰ，盾构隧道模型Ⅰ从始发孔延伸至接受孔；模型箱内、盾构隧道模型Ⅰ下方设盾构隧道模型Ⅱ，该盾构隧道模型Ⅱ上设有能驱动其从始发孔向接受孔移动的驱动机构；

所述盾构隧道模型Ⅰ上安装有位移计、应变片和土压力盒。

2.根据权利要求1所述的软土地区地铁盾构隧道下穿既有隧道的模型试验装置，其特征在于：所述模型箱的两侧侧面采用便于观察模型箱内部状态的透明板材。

3.根据权利要求2所述的软土地区地铁盾构隧道下穿既有隧道的模型试验装置，其特征在于：所述模型箱的两端端面及底板采用不锈钢板材制成，该模型箱的两侧侧面采用钢化玻璃，模型箱的端面及底板上制有与其侧面的钢化玻璃相适配的卡槽。

4.根据权利要求1所述的软土地区地铁盾构隧道下穿既有隧道的模型试验装置，其特征在于：所述驱动机构具有金属杆，金属杆插装于所述盾构隧道模型Ⅱ内，该金属杆的靠近模型箱的接受孔端经钢丝穿过相应接受孔后接于模型箱外侧的传动定滑轮上，金属杆的另一端制有直径略大于盾构隧道模型Ⅱ内径的限位段。

5.根据权利要求1所述的软土地区地铁盾构隧道下穿既有隧道的模型试验装置，其特征在于：所述模型箱内软土顶部设有向软土施加压力的载荷模块。

6.根据权利要求5所述的软土地区地铁盾构隧道下穿既有隧道的模型试验装置，其特征在于：所述载荷模块具有压于所述模型箱内软土顶部的木顶板和若干压于木顶板上的砝码。

7.根据权利要求1所述的软土地区地铁盾构隧道下穿既有隧道的模型试验装置，其特征在于：所述盾构隧道模型Ⅰ、Ⅱ均由盾构管片拼接而成，盾构管片采用石膏材料制成。

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