CN114582219A - 一种基坑邻接建（构）筑物施工模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，涉及轨道交通工程技术领域，解决了现有基坑模拟装置无法模拟真实基坑施工工况以及适用性差的问题，提高了基坑模拟装置的真实性及适用性，具体方案如下：包括模拟箱以及设置在模拟箱左右侧壁上的活动定位机构，所述活动定位机构由若干活动定位件垒放而成，每个活动定位件均设有一个四方体结构的第一连接座，相邻的第一连接座垒放设置，所述第一连接座通过与其固定连接的第一螺杆与邻近的模拟箱左/右侧壁连接并利用第一螺母进行固定，所述第一螺杆上套接有弹簧，弹簧两端分别与第一连接座和邻近的模拟箱左/右侧壁固定连接；所述第一连接座通过磁力与内支撑吸附连接。

Description

一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置

技术领域

本发明涉及轨道交通工程技术领域，特别是涉及一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

地下工程采用明挖施工时，对周边地层及建构筑物影响较大，尤其是基坑的围护结构与内支撑体系是直接诱发地层与建构筑物变形的关键因素。相似模型试验是揭示基坑施工对周边地层及建构筑物影响的重要方法，已被广泛采用。

发明人发现，传统的基坑模拟装置往往较少的考虑基坑的内支撑体系，而忽略内支撑的试验装置无法展现内支撑预紧力对周边地层及建构筑物的影响，不能真实反映基坑施工状态；且由于基坑内支撑设置位置往往具有一定的差异性，单一的基坑内支撑设置方式会降低基坑模拟装置的适用性，使得基坑模拟装置仅能模拟某一特定内支撑布置预紧力对周边地层及建构筑物的影响，若想模拟不同的基坑施工状态需要使用不同的基坑模拟装置，不仅降低了模拟效率，还大大增加了模拟试验的成本。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，利用活动定位机构对内支撑进行定位支撑，活动定位机构由若干活动定位件叠加而成，每个活动定位件上均可利用磁吸附快速安装一个内支撑并定位，解决了现有基坑模拟装置无法模拟真实基坑施工工况以及适用性差的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，包括模拟箱以及设置在模拟箱左右侧壁上的活动定位机构，所述活动定位机构由若干活动定位件垒放而成，每个活动定位件均设有一个四方体结构的第一连接座，相邻的第一连接座垒放设置，所述第一连接座通过与其固定连接的第一螺杆与邻近的模拟箱左/右侧壁连接并利用第一螺母进行固定，所述第一螺杆上套接有弹簧，弹簧两端分别与第一连接座和邻近的模拟箱左/右侧壁固定连接；所述第一连接座通过磁力与内支撑吸附连接。

作为进一步的实现方式，所述模拟箱的前侧壁由透明材料制成，以便于模拟箱内工况的观测；模拟箱的后侧壁以及左、右侧壁均由钢板材料制成，以提高模拟箱的整体强度。

作为进一步的实现方式，所述模拟箱的后侧壁上设有若干活动门，用于模拟箱内土体的挖掘；所述活动门设有活动门板，所述活动门板通过门闩实现开闭控制。

作为进一步的实现方式，所述内支撑由依次连接的铁片、液压杆、油缸以及第二连接座组成，所述第二连接座由强磁材料制成，第一连接座由钢材制成，所述第二连接座通过磁力作用吸附在第一连接座上；所述铁片用于与放置在模拟箱土体内的围护结构板接触，用于扩大内支撑与围护结构板的接触面积，所述围护结构板与模拟箱的前后侧壁之间利用弹性胶条进行封堵。

作为进一步的实现方式，所述第二连接座为四方体结构，第二连接座的尺寸与第一连接座相同。

作为进一步的实现方式，所述油缸的外壁上固定设有轴力计和导线管，所述轴力计用于监测荷载过程中的施力情况，导线管用于导线的保护，所述导线用于将轴力计、油缸与模拟箱外的控制箱连接，以利用控制箱控制油缸和轴力计的工作以及实现数据的传输。

作为进一步的实现方式，所述第一连接座之间利用橡胶条进行密封。

作为进一步的实现方式，所述活动定位机构的侧部与模拟箱的前后侧壁之间还设有挤紧装置，用于活动定位机构的挤紧工作。

作为进一步的实现方式，所述挤紧装置设有第一挤紧片，所述第一挤紧片竖向固定设置在模拟箱前后侧壁的外部，所述第一挤紧片和模拟箱的前后侧壁上对应设有若干竖向间隔设置的安装孔，所述安装孔内设有第二螺杆，第二螺杆与螺母配合实现长度的调节。

作为进一步的实现方式，所述第二螺杆邻近活动定位机构的一端固定设有第二挤紧片，所述第二挤紧片为四边形的板材结构，第二挤紧片的长度与活动定位机构的侧部长度相同，同侧第二挤紧片的叠加宽度与活动定位机构侧部的宽度相同。

上述本发明的有益效果如下：

(1)本发明设置了活动定位机构，活动定位机构由若干个活动定位件叠加而成，每个活动定位件均可横向拉动，从而能够带动与其连接的内支撑移动，使得内支撑的第二连接座进入活动定位机构内以取代活动定位件上的第一连接座的位置，利用其余的活动定位件对第二连接座进行压紧，从而实现了内支撑的定位支撑，避免了内支撑悬挑时发生坠落，提高了内支撑的安装稳定性。

(2)本发明内支撑的第二连接座为强磁性材料制成，利用磁力与第一连接座吸附连接，方便了连接，提高了内支撑的安装速度，从而可以根据设计要求进行不同位置内支撑的快速安装或拆除，以适应不同工况内支撑的安装需求，有效提高了模拟装置的适用能力。

(3)本发明在活动定位机构的侧部设置了挤紧装置，利用挤紧装置对活动定位机构的两个侧部进行挤紧，从而提高相邻活动定位件之间的压紧力，避免了第二连接座在反力的作用下出现滑移，保证了内支撑的定位效果。

(4)本发明内支撑的布置方式多变，可根据不同的施工要求进行设置，以模拟不同的施工工序，模拟装置的适应能力强，减少了模拟装置的使用数量，节省了使用成本。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置的整体结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的活动定位机构的结构示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的活动定位件的结构示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的活动门的结构示意图；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的内支撑的结构示意图；

图6是本发明根据一个或多个实施方式的挤紧装置的结构示意图；

图7是本发明根据一个或多个实施方式的控制箱的结构示意图；

图8是本发明根据一个或多个实施方式的安装内支撑的结构示意图；

图9是本发明根据一个或多个实施方式的活动定位机构调整的结构示意图；

图10是本发明根据一个或多个实施方式的模拟邻接地下结构的结构示意图；

图11是本发明根据一个或多个实施方式的模拟邻接地上结构的结构示意图；

图12是本发明根据一个或多个实施方式的模拟邻接基坑的结构示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、第一侧壁；2、第二侧壁；3、围护结构板；4、活动定位机构；5、内支撑；6、挤紧装置；7、控制箱；8、导线；9、活动门；10、第一连接座；11、弹簧；12、第一螺杆；13、螺母；14、活动门板；15、门闩；16、橡胶层；17、第二连接座；18、轴力计；19、液压杆；20、铁片；21、导线管；22、油缸；23、第二螺杆；24、第一挤紧片；25、第二挤紧片；26、显示屏；27、控制按钮；28、电阻应变仪；29、外部设备接口；30、土体；31、地下结构；32、地上结构。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，传统的基坑模拟装置往往较少的考虑基坑的内支撑体系，无法展现内支撑预紧力对周边地层及建构筑物的影响，不能真实反映基坑施工状态；且由于基坑内支撑设置位置往往具有一定的差异性，单一的基坑内支撑设置方式会降低基坑模拟装置的适用性，降低了模拟效率，还大大增加了模拟试验成本的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图12所示，提出一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，包括，模拟箱，模拟箱主要用于土体29的盛放，模拟箱内还设有围护结构板3，围护结构板3设置在模拟箱所盛放的土体29内。

模拟箱设有第一侧壁1、第二侧壁2和第三侧壁，其中，第一侧壁1、第三侧壁均由钢板制成，第二侧壁2由有机玻璃等透明材料制成，第二侧壁2设有一块且位于模拟箱的前面；第一侧壁1设有两块，分别为模拟箱的左、右侧壁，第三侧壁为模拟箱的后侧壁，第一侧壁1、第二侧壁2和第三侧壁围合并固定设置在底座上共同构成上部开口的模拟箱。

如图1所示，位于模拟箱左右侧面的第一侧壁1上均开设有若干第一安装孔，用于活动定位机构4的安装，活动定位机构4的主要作用是对内支撑5进行定位支撑，提高内支撑5的支撑稳定性，避免内支撑5悬空时掉落。

内支撑5一端与活动定位机构4连接，内支撑5的另一端与围护结构板3接触，主要用于模拟基坑开挖时内支撑5的布置，围护结构板3与活动定位机构4之间为待开挖的基坑，其中，围护结构板3为四边形的钢板结构。

位于模拟箱后侧的第三侧壁上设有若干活动门9，如图4所示，活动门9由活动门板14、门闩15以及橡胶层16组成，活动门板14的一端利用合页活动设置在模拟箱后侧的第三侧壁上，活动门板14的另一端设有门闩15，用于控制活动门板14的开闭状态，活动门板14与第三侧壁之间还设有橡胶层16，橡胶层16固定设置在活动门板14的周边，用于避免缝隙漏砂。

如图2所示，活动定位机构4由若干个活动定位件垒放组成，活动定位件之间的缝隙利用橡胶条覆盖，橡胶条的覆盖需满足土体30不通过活动定位机构4为要求。

如图3所示，活动定位件由第一连接座10、弹簧11、第一螺杆12以及第一螺母13组成，其中，第一连接座10为四方体结构，由一定厚度的钢板等间距切割而成，相邻的第一连接座10垒放设置，；

第一连接座10远离围护结构板3的一侧与第一螺杆12固定连接，第一螺杆12为半螺纹杆结构，即第一螺杆12一半为螺杆结构，另一半为不带有螺纹的杆状结构。

第一螺杆12带有螺纹的一端穿过第一侧壁1上的安装孔，并与模拟箱外部的第一螺母13配合实现固定，第一螺杆12的另一端与第一连接座10固定连接。

可以理解的是，第一螺杆12与第一连接座10固定连接的方式可以为焊接、铆接等形式，可根据实际需求进行选择，这里不做过多的限制。

弹簧11套接在第一螺杆12上，具体的，弹簧11套接在第一螺杆12不设有螺纹的位置处，弹簧11的一端与第一连接座10焊接，弹簧11的另一端与其临近的第一侧壁1焊接，主要用于活动定位件的自动回位。

如图5所示，内支撑5由依次连接的铁片20、液压杆19、油缸22以及第二连接座17组成，其中，液压杆19通过油缸22驱动，油缸22的一端与第二连接座17的侧部固定连接，油缸22的外壁固定设有细管，即导线管21，导线管21主要用于对导线8的保护；

液压杆19的一端与油缸22连接，液压杆19的另一端固定设有铁片20，铁片20的主要作用是扩大液压杆19与围护结构板3的接触面积，避免应力集中而造成的围护结构板3受力损坏。

油缸22的外侧壁还固定设有轴力计18，轴力计18的主要作用是监测荷载过程中的施力情况，为模拟试验提供数据支持。

第二连接座17为四方体结构，第二连接座17由强磁性材料制成，其尺寸与第一连接座10相同，通过第二连接座17与第一连接座10的吸附作用将内支撑5安装在活动定位机构4上。

由于第一连接座10与第二连接座17的尺寸相同，当第一连接座10向靠近第一侧壁1的方向拉动时，即如图1所示的，右侧的活动定位机构4中某一个连接有内支撑5的活动定位件向右拉动时，第一连接座10会带动第二连接座17向右移动，从而将第二连接座17拉入活动定位机构4内，以取代被抽出的第一连接座10的位置，从而利用其他活动定位件对第二连接座17进行卡接定位，提高了第二连接座17的支撑稳定性，避免了内支撑5悬挑时的坠落问题。

由于活动定位机构4设有若干个活动定位件，每个活动定位件均可以进行抽拉，且每个活动定位件均通过磁力吸附的形式与内支撑5进行连接，从而使得内支撑5可以根据需求进行位置的快速布置，大大提高了模拟装置的适用能力。

导线8用于连接油缸22和轴力计18，并与控制箱7连接，从而利用控制箱7控制油缸22和轴力计18的工作以及实现数据的传输。

如图7所示，控制箱7由壳体以及设置在壳体内的显示屏26、控制按钮27、电阻应变仪28以及外部设备接口29组成，其中，显示屏26可以显示轴力计18的数值；控制按钮27可以调节内支撑5的伸缩，即液压杆19的伸缩；电阻应变仪28主要用于测量应力的变化，并通过外部设备接口29的配合来满足应力变化数值的采集工作。

由于活动定位机构4是由若干个活动定位件叠加而成，相邻活动定位件之间存在缝隙，仅依靠活动定位件对内支撑5上的第二连接座17进行固定，其挤压效果并不理想，当内支撑5对围护结构板3进行支撑工作时，会在反力的作用下导致第二连接座17发生滑移，因此，模拟箱中还设置了挤紧装置6，用于活动定位机构4的挤紧工作，以提高活动定位机构4对内支撑5的活动定位能力。

如图6所示，挤紧装置6由第二螺杆23、第一挤紧片24以及第二挤紧片25组成，第一挤紧片24为长条形的板材结构，第一挤紧片24上沿其长度方向间隔设有若干第二安装孔，用于安装第二螺杆23。

第一挤紧片24用于固定设置在模拟箱的侧壁上，具体的，在进行安装时，模拟箱前后两侧的第二侧壁2和第一侧壁1的外壁上均竖向固定设有第一挤紧片24，模拟箱前后两侧侧壁上的第一挤紧片24处于同一竖直面，且分别位于同一个活动定位机构4的两侧。

模拟箱前后两侧的第二侧壁2和第一侧壁1用于安装第一挤紧片24的位置上还竖向间隔设有若干第二安装孔，第二安装孔与第一挤紧片24上的通孔一一对应，用于第二螺杆23伸入模拟箱中，同时第二螺杆23的尾部利用第二螺母33进行位置的固定，第二螺母33位于模拟箱的外部。

第二螺杆23的头部固定设有第二挤紧片25，即第二螺杆23伸入模拟箱的一端固定设有第二挤紧片25，第二挤紧片25为四边形的板材结构，第二挤紧片25的长度与活动定位机构4的侧部长度相同，同侧第二挤紧片25的叠加宽度与活动定位机构4侧部的宽度相同，以保证挤紧力能够均匀的施加在活动定位机构4的侧部，避免活动定位机构4内的活动定位件受力不均而发生偏移。

在进行活动定位机构4的挤紧工作时，调整活动定位机构4两侧的第二螺杆23，第二螺杆23调整到位后利用第二螺母33固定，以提供大小可调的压紧力，并通过第二压紧片25将压紧力传递到活动定位机构4的侧部，从而实现活动定位机构4的压紧，提高了内支撑5的定位效果及支撑稳定性。

可以理解的是，第一挤紧片24与模拟箱前后侧壁的固定连接以及第二挤紧片25与第二螺杆23的固定连接，均可在用焊接的方式，当然也可以采用铆接等固定形式，具体形式根据设计要求进行选择，这里不做过多的限制。

模拟装置的具体使用方法为：

a、模拟装置活动定位机构4的调整

首先将活动定位机构4上的第一螺杆12设置在与其邻近的模拟箱的第一侧壁1上，并将用于锚固第一螺杆12的第一螺母13进行调整，调整的结果为：弹簧1具有一定的弹性，此时第一螺杆12对与其连接的活动定位件有一定的拉力，并且使得所有活动定位件整体在一个平面上，然后调整橡胶条，使得基坑内的砂土不会进入活动定位机构4的缝隙内，并且挤紧装置6的第二螺母33处于放松状(即：挤紧装置6对活动定位机构4的挤压很小)。

b、底部加砂，放入围护结构板3，放入建(构)筑物

砂土加到略高于围护结构板3的底部，把围护结构板3加入且简单固定，用弹性胶条将围护结构板2两侧进行封堵，继续加砂，达到所需高度并放入建(构)筑物(邻接的地下结构31或地上结构32)，继续加砂。

其中，围护结构板2两侧利用弹性胶条进行封堵，一方面是提高了围护结构板2的安装稳定性，另一方面是为了避免后续基坑开挖时，围护结构板2另一侧的土体从缝隙中流出。

c、基坑开挖过程

加砂完成后，作为初始状态进行基坑开挖，通过活动门9来满足砂从箱体中取出。开挖过程中，根据基坑开挖要求进行逐层开挖，当挖到一定深度时，加入内支撑5，根据内支撑5的布置要求，对内支撑5进行布置；

对于要布置内支撑5的位置处，先将内支撑5固定在活动定位机构4上(如图8所示)，固定的位置正是划分的小长方体的截面上(即第一连接座10)，对模拟箱右侧面穿出来的第一螺杆12进行再一次的拉出，使得内支撑5随着活动定位件的第一连接座10一起往右移动(如图9所示)，此时的弹簧11再次被压缩，通过第一螺母13进行拧固防止弹簧11回弹，此时的内支撑5相当于被卡入到活动定位机构4内；

调整挤紧装置6上的第二螺母33，使得挤紧装置6对活动定位机构4产生侧压力，使得相邻的活动定位件上的第一连接座10更加的紧凑，此时的内支撑5已被卡入到活动定位机构4内，使得内支撑5在悬挑的时候更加的稳固，然后通过控制箱7控制液压杆19的顶升，使得内支撑5可以推顶到围护结构板3，此时记录各个内支撑5的上轴力计18的数值变化，可以通过数值的检测分析出建(构)筑物的变形与沉降；

逐步开挖到达到所需深度，边挖边支护，每层开挖与支护的过程与上述过程相同；

在使用结束后或者更换内支模拟组件位置时，松动第一螺母13以及第二螺母33，第一连接座10会在弹簧11的作用下自动回位，使得活动定位机构4靠近基坑的一侧变得平整，若未能变得平整，可通过第一螺杆12与第一螺母13的调整，使其平整。

通过上述使用方法，不仅可进行模拟邻接地下结构或模拟邻接地上结构的实验(如图10-图11所示)，还可以进行邻接基坑的施工模拟(如图12所示)。

邻接基坑的施工模拟与邻接地上/地下结构的施工模拟的安装及挖坑过程相似，不同之处在于，邻接基坑的施工模拟需要挖取两个相邻的基坑，此时模拟箱的左右两侧的活动定位机构4上均需设置内支撑5以及挤紧装置6，同时也就需要设置两个相对的围护结构板3，以模拟邻接基坑同时开挖对中间土体的影响。

当然可以理解的是，也可以与邻接地上/地下结构的施工模拟一样，仅在一侧的活动定位机构4上设置内支撑5，用于模拟单侧基坑开挖对另一基坑的影响或通过内支撑5对围护结构板3加压，进而检测单侧基坑对中间土体的影响，本实施例中模拟装置内支撑的设置可以可根据实际施工工序的模拟需求进行选择，大大提高了模拟装置的适应能力，减少了模拟装置的使用数量，节省了使用成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，其特征在于，包括模拟箱以及设置在模拟箱左右侧壁上的活动定位机构，所述活动定位机构由若干活动定位件垒放而成，每个活动定位件均设有一个四方体结构的第一连接座，相邻的第一连接座垒放设置，所述第一连接座通过与其固定连接的第一螺杆与邻近的模拟箱左/右侧壁连接并利用第一螺母进行固定，所述第一螺杆上套接有弹簧，弹簧两端分别与第一连接座和邻近的模拟箱左/右侧壁固定连接；所述第一连接座通过磁力与内支撑吸附连接。

2.根据权利要求1所述的一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，其特征在于，所述模拟箱的前侧壁由透明材料制成，以便于模拟箱内工况的观测；模拟箱的后侧壁以及左、右侧壁均由钢板材料制成，以提高模拟箱的整体强度。

3.根据权利要求2所述的一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，所述模拟箱的后侧壁上设有若干活动门，用于模拟箱内土体的挖掘；所述活动门设有活动门板，所述活动门板通过门闩实现开闭控制。

4.根据权利要求1所述的一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，所述内支撑由依次连接的铁片、液压杆、油缸以及第二连接座组成，所述第二连接座由强磁材料制成，第一连接座由钢材制成，所述第二连接座通过磁力作用吸附在第一连接座上；所述铁片用于与放置在模拟箱土体内的围护结构板接触，用于扩大内支撑与围护结构板的接触面积，所述围护结构板与模拟箱的前后侧壁之间利用弹性胶条进行封堵。

5.根据权利要求4所述的一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，所述第二连接座为四方体结构，第二连接座的尺寸与第一连接座相同。

6.根据权利要求4所述的一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，所述油缸的外壁上固定设有轴力计和导线管，所述轴力计用于监测荷载过程中的施力情况，导线管用于导线的保护，所述导线用于将轴力计、油缸与模拟箱外的控制箱连接，以利用控制箱控制油缸和轴力计的工作以及实现数据的传输。

7.根据权利要求1所述的一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，所述第一连接座之间利用橡胶条进行密封。

8.根据权利要求1所述的一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，所述活动定位机构的侧部与模拟箱的前后侧壁之间还设有挤紧装置，用于活动定位机构的挤紧工作。

9.根据权利要求8所述的一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，所述挤紧装置设有第一挤紧片，所述第一挤紧片竖向固定设置在模拟箱前后侧壁的外部，所述第一挤紧片和模拟箱的前后侧壁上对应设有若干竖向间隔设置的安装孔，所述安装孔内设有第二螺杆，第二螺杆与螺母配合实现长度的调节。

10.根据权利要求9所述的一种基坑邻接建(构)筑物施工模拟装置，所述第二螺杆邻近活动定位机构的一端固定设有第二挤紧片，所述第二挤紧片为四边形的板材结构，第二挤紧片的长度与活动定位机构的侧部长度相同，同侧第二挤紧片的叠加宽度与活动定位机构侧部的宽度相同。

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