CN115132048B - 一种在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置及试验方法，属于隧道施工技术领域，其包括模型箱、已建隧道模拟组件和新建隧道模拟组件，利用箱体上滑槽、入口孔的对应开设，结合多个空心万向球、调节组件、定位组件、可调固定架的对应设置，可以在箱体中完成已建隧道的准确模拟设置，并准确模拟出已建隧道与新建隧道的相对位置关系，进而完成在已建隧道区域近接施工新建隧道的模拟试验。本发明的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，其结构简单，设置便捷，能够实现新建隧道与已建隧道相对位置的灵活调整，满足不同条件下的模拟试验需求，装置的重复利用率高，兼容性强，能够大幅降低模拟试验成本，具有较好的实用价值和推广价值。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置及试验方法。
背景技术
近年来，随着城市发展进程逐步加快，城市内交通拥堵问题日趋严峻，社会经济发展受到了严重影响。同时，城市用地逐渐饱和，继续增设地面道路愈发难以实现。因此，国内外开始大力开展城市地铁工程建设。
在地铁工程的施工建设中，隧道的施工往往是工程施工的重要一环。在隧道的施工方法中，盾构法施工方式因其施工效率高、抗干扰能力强的特点，被广泛应用于城市地铁工程的建设。
目前，随着城市地铁的快速发展及地下空间的进一步开发和利用，出现了各种形式的近接(近距离接近已建隧道)施工。在进行隧道的近接施工时，新建隧道的施工往往会对已建隧道及其附近土层环境造成影响，因而在进行盾构隧道近接施工时，需要施工情况进行模型试验。一般情况下，在研究近接施工对已建运营隧道的影响时，采用既有隧道及新建隧道均沿某一平面无沿竖直面纵坡的方式近似进行室内模型试验，这种方式虽然能够一定程度上模拟实际施工过程的影响；但是，由于实际工程中的盾构隧道均存在沿竖直面的纵坡，导致上述模拟试验装置未能考虑隧道纵坡的对近接施工的影响，导致模拟的结构精度较差，无法充分保证实际施工的模拟要求。此外，在现有技术中，采用室内模型试验研究多种不同相对位置关系的盾构接近施工影响，往往需定做大量不同相对位置关系的试验模具，单个模具只能针对某一特定相对位置工况工程使用，均为特例特用，无法根据不同的近接施工的相对位置关系进行灵活调整，模拟装置重复利用率极低，造成大量的浪费。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置及试验方法，能够实现不同形式下已建隧道区域进行近接施工时的模拟，保证模拟准确性的同时，还能大幅提升模拟试验装置的适用范围，提升模拟试验装置的重复利用率和兼容性。
为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，包括模型箱和设置在模型箱内的已建隧道模拟组件；其还包括设置在所述模型箱一侧的新建隧道模拟组件；
所述模型箱为顶部开口的箱型结构，其箱体内相对的两侧壁面上分别沿竖向开设有滑槽，并在两滑槽连线一侧的箱体侧壁面上开设有连通箱体内外的第一入口孔和第二入口孔，且所述第二入口孔的内径大于所述第一入口孔的内径；
所述已建隧道模拟组件包括在各所述滑槽中分别组合设置的空心万向球和调节组件，以及包括可在所述模型箱内固定安装的第一管件和第二管件；
所述空心万向球的中部开设有柱形通孔，其可在对应滑槽中自由转动，且滑槽中的空心万向球与调节组件一一对应设置，使得所述空心万向球可在对应调节组件作用下实现竖向位置的调整及位置固定；所述第一管件的两端分别穿设于两滑槽内空心万向球的柱形通孔中，所述第二管件与所述第一管件通过可调固定架连接，并使得两管件的相对位置可通过调整所述可调固定架来确定；
所述新建隧道模拟组件包括嵌设于第一入口孔中的第三空心万向球和设置于所述第二入口孔中的第四空心万向球；所述第四空心万向球的外径小于第二入口孔的内径，并在所述模型箱上对应该第四空心万向球设置有始终封堵所述第二入口孔的定位机构，由其固定所述第四空心万向球并调整其在所述第二入口孔中的位置。
作为本发明的进一步改进，所述调节组件包括分设于所述空心万向球上下两侧的弧面垫片和弧面底座；
所述弧面垫片的底面压持于对应空心万向球的顶部，并在其上方设置有升降调节件；所述弧面底座支撑在对应空心万向球的底部，并在其下方设置有可进行竖向形变的弹性件。
作为本发明的进一步改进，所述升降调节件包括螺旋杆和固定螺母；所述固定螺母固定在所述模型箱上，所述螺旋杆的一端连接所述弧面垫片，另一端穿过所述固定螺母并与之螺纹匹配；
和/或
所述弹性件为竖向延伸设置的弹簧，其一端连接所述弧面底座，另一端抵接于所述滑槽的底部。
作为本发明的进一步改进，所述定位机构包括定位平板、挂件和紧固件；
所述定位平板贴设于所述模型箱的内壁面设置，其中部开设有用于嵌设所述第四空心万向球的通孔；所述挂件设置在所述定位平板的顶部，其与紧固件匹配连接，并可通过调整所述紧固件改变所述第四空心万向球在第二入口孔中的位置。
作为本发明的进一步改进，所述紧固件包括紧固螺栓，并对应其在所述第二入口孔上方的箱体顶部开设有长腰形孔；
所述紧固螺栓的底部活动连接在所述长腰形孔中，并可在其中沿箱体侧壁延伸方向往复运动；且所述紧固螺栓与所述挂件螺纹匹配，并可通过转动所述紧固螺栓调整所述挂件的高度。
作为本发明的进一步改进，所述可调固定架包括两个伸缩架；
所述伸缩架包括四个连接片，连接片之间通过控距离螺栓连接；
两所述伸缩架之间通过控角度螺栓和中心回转结连接，并在两伸缩架相互背离的端部分别铰接设置有固定圈；两所述固定圈的内径分别与对应管件的外径对应，用于两管件的穿设与固定。
作为本发明的进一步改进，所述模型箱由玻璃、钢材、混凝土或者塑料制成。
作为本发明的进一步改进，空心万向球为Q235钢材做成的中空球体，其中部形成有柱形通孔；
和/或
两管件分别为塑料、石膏或者混凝土预制而成的中空圆柱体，其外径与对应柱形通孔的内径对应。
本发明的另一个方面，提供一种在已建隧道区域近接施工新建隧道的模拟试验方法，其利用所述的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置来实现，包括如下步骤：
(1)将所述第三空心万向球嵌设于所述第一入口孔中，并根据拟建隧道的钻进角度确定该第三空心万向球的柱形通孔位置；
(2)根据拟建隧道与已建隧道之间的相对位置关系，调节两所述调节组件，确定所述第一管件的位置并固定；
(3)调节所述可调固定架，确定所述第二管件的箱内位置并固定；
(4)通过所述定位机构调整所述第四空心万向球的位置并进行固定，确定第四空心万向球与第三空心万向球之间的相对位置；
(5)将填充物从模型箱顶部开口侧加入到模型箱中；在填充过程中，保持两管件的位置不变，并在模型箱内加设用于采集新建隧道开挖过程中相关参数的传感器；
(6)从第三空心万向球、第四空心万向球的柱形通孔进行模拟掘进，并在掘进施工的同时采集箱体内的相关参数，完成已建隧道区域近接施工的模拟试验。
作为本发明的进一步改进，在步骤(6)开始前，在完成填充的填充物顶面向下施加均布荷载，以之模拟近接掘进施工时的上覆土压力。
上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
(1)本发明的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，其包括模型箱、已建隧道模拟组件和新建隧道模拟组件，利用箱体上滑槽、入口孔的对应开设，结合多个空心万向球、调节组件、定位组件、可调固定架的对应设置，可以在箱体中完成已建隧道的准确模拟设置，并准确模拟出已建隧道与新建隧道的相对位置关系，进而完成在已建隧道区域近接施工新建隧道的模拟试验，保证模拟试验准确进行的同时，提升了模拟试验装置调整的灵活性和兼容性，降低了模拟试验装置的设置与应用成本。
(2)本发明的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，其通过调节组件、定位组件、可调固定架等结构的具体设置，保证了空心万向球设置与调节的便捷性和准确性，提升了模拟试验装置调节的效率和精度，保证了新建隧道与已建隧道相对位置确定的可靠性，确保了模拟试验结果的可信度。
(3)本发明的在已建隧道区域近接施工新建隧道的模拟试验方法，其步骤简单，操作便捷，利用模拟试验装置中各部件的分别调节与控制，可以快速完成新建的两条隧道与已建两条隧道之间相对位置的快速确定，配合填充物的填充以及各类传感器与均布荷载的对应设置，可以进一步准确模拟近接施工时的实际施工状态，提升模拟试验数据的准确性和可靠性。
(4)本发明的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，其结构简单，设置便捷，能够实现已建地铁隧道与新建隧道的模拟设置，并实现新建隧道与已建隧道的相对位置关系的灵活调整，满足不同施工设计条件下的模拟试验需求，装置的重复利用率高，兼容性强，能够大幅降低新建隧道在意见隧道区域进行近接施工时的模拟试验成本，具有较好的实用价值和推广价值。
附图说明
图1是本发明实施例中模拟试验装置的结构示意图；
图2、3是本发明实施例中模拟试验装置的模型箱结构轴测图；
图4是本发明实施例中模拟试验装置的可调固定架的结构示意图；
图5是本发明实施例中模拟试验装置的模型箱结构侧视图；
图6是本发明实施例中模拟试验装置的模型箱结构A-A剖视图；
图7是本发明实施例中模拟试验装置的模型箱结构主视图；
图8是本发明实施例中模拟试验装置的模型箱结构B-B剖视图；
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：
1、模型箱；101、第一滑槽；102、第二滑槽；103、第一入口孔；104、第二入口孔；
2、已建隧道模拟组件；201、第一管件；202、第二管件；203、第一空心万向球；204、第二空心万向球；205、弧面垫片；206、弧面底座；207、弹性件；208、螺旋杆；209、固定螺母；210、手轮；
3、新建隧道模拟组件；301、第三空心万向球；302、第四空心万向球；
4、定位机构；401、定位平板；402、定位外圈；403、挂件；404、紧固件；
5、可调固定架；501、固定圈；502、控角度螺栓；503、中心回转结；504、控距离螺栓。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例：
请参阅图1～图8，本发明优选实施例中在已建隧道区域近接施工新隧道的模拟试验装置包括顶部开口的模型箱1和可设置在模型箱1内的已建隧道模拟组件2、可设置在模型箱1上的新建隧道模拟组件3。
通过在模型箱1内模拟已建隧道和新建隧道的相对位置，再模拟进行新建隧道施工的过程以及施工过程中的土层荷载作用，可以准确完成新建隧道近接施工的模拟试验过程。
具体而言，优选实施例中的模型箱1如图2、图3中所示，其为顶部开口的箱型结构，并在相对的两内侧壁面上分别开设有竖向延伸的滑槽，即第一滑槽101和第二滑槽102，用于进行已建隧道模拟组件2的设置。
相应地，在模型箱1未开设有滑槽的一侧箱体上还优选开设有贯穿箱体内外侧壁的入口孔，用于新建隧道模拟组件3的设置。在优选实施例中，入口孔包括尺寸不同的第一入口孔103和第二入口孔104，其中，第二入口孔104的内径大于第一入口孔103的内径。
如图1、图8中所示，优选实施例中的已建隧道模拟组件2包括设置于箱体内并彼此以可调固定架5对应连接的第一管件201和第二管件202；通过两管件在模型箱1中的对应设置，用以模拟已建的两条隧道。
同时，对应第一管件201两端的固定，在两滑槽中分别设置有空心万向球，即可在滑槽中竖向运动的第一空心万向球203和第二空心万向球204。在优选实施例中，空心万向球优选为Q235钢材做成的中空球体，其中部形成有圆柱孔；相应地，两已建隧道优选为由塑料(例如PE材料)、石膏或者混凝土预制而成的中空圆柱体，其横截面为外径可与空心万向球的圆柱孔内径相互匹配的圆环。第一管件201的两端分别伸入两空心万向球的圆柱孔中，并通过两空心万向球在对应滑槽中的运动，可以实现第一管件201位置和角度的设定，完成第一管件201在箱体内的模拟。
更详细地，优选实施例中对应第一管件201两端空心万向球的调节与锁定，设置有如图8中所示的调节组件，其包括分设于空心万向球上下两侧的弧面垫片205和弧面底座206，由弧面垫片205将空心万向球压持在弧面底座206上。实际设置时，在弧面垫片205上方设置有可竖向升降的升降杆，即如图8中所示的螺旋杆208，螺旋杆208的底部穿过箱体的顶面并伸入对应滑槽中，弧面垫片205连接在螺旋杆208的底部，并可在螺旋杆208的旋转运动下进行竖向升降。相应地，在箱体的顶部设置有固定螺母209，用于与螺旋杆208螺纹匹配并实现螺旋杆208的固定；优选地，在螺旋杆208的顶部设置有手轮210，用于驱动螺旋杆208转动。
进一步地，在弧面底座206的底部连接设置有可竖向弹性变形的弹性件207，用于支撑弧面底座206。在优选实施例中，弹性件207为竖向延伸的弹簧，其底部连接在滑槽的底部，顶部与弧面底座206的底部固定连接。通过改变螺旋杆208的竖向位置，可以改变弹簧的压缩程度，实现第一管件201端部位置的调节。
如图1中所示，优选实施例中的已建隧道模拟组件2内还设置有第二管件202，其与第一管件201之间通过可调固定架5进行连接，通过可调固定架5的调节和锁定，可以确定第二管件202在箱体中的位置，完成两已建隧道的快速模拟设置。
显然，对于第二管件202而言，除了上述设置形式外，还可以通过在箱体内设置如前述内容所示的滑槽和调节组件，其也可以完成第二管件202的定位和固定。不过，与优选实施例中设置可调固定架5的方式相比，上述方式设置复杂，可调性相对较差，尤其是无法实现第二管件202相对第一管件201的水平转动调节，存在一定的应用局限性。
通过可调固定架5的设置，使得第一管件201模拟的已建隧道成为驱动隧道，第二管件202模拟的隧道成为从动隧道，一旦第一管件201发生位置变动，第二管件202可以发生从动，进而模拟两已建隧道的联动机制。
进一步地，优选实施例中的可调固定架5如图4中所示，其包括两个伸缩架，伸缩架之间通过控角度螺栓502、中心回转结503连接，两个伸缩架的端部分别设置有固定圈501，使得两已建隧道可刚好穿过两固定圈501并完成位置固定。同时，两伸缩架分别包括四个连接片，连接片之间通过控距离螺栓504连接，且伸缩架的相互背离的端部分别铰接设置(图中简化未示出)有固定圈501，通过伸缩架的伸缩及固定，可以改变两固定圈501之间的相对位置。相应地，通过控角度螺栓502和中心回转结503的调节，可以实现两固定圈501相对角度的变化调节。
通过可调固定架5的对应设置，可以实现两已建隧道之间相对位置的自由调节，保证已建隧道模拟组件2设置的准确性和可靠性。
如图1、图6、图7中所示，优选实施例的中的新建隧道模拟组件3设置在模型箱1正对第一管件201的一侧侧壁面上，其包括若干设置于入口孔中的空心万向球。以如图7中所示的情形为例，新建隧道模拟组件3包括设置于第一入口孔103中的第三空心万向球301和设置于第二入口孔104中的第四空心万向球302。
其中，第三空心万向球301的外径与第一入口孔103的内径对应设置，使得第三空心万向球301刚好嵌设于第一入口孔103中，并可通过第三空心万向球301的转动实现第一拟建隧道开挖口位置及开挖轴向的确定。相应地，第四空心万向球302的外径与第三空心万向球301的外径优选相同，并小于第二入口孔104的内径，如图7中所示，此时，对于第四空心万向球302设置有定位机构4，由其可以调节并固定第四空心万向球302在第二入口孔104中的位置，即完成第二拟建隧道开挖口位置以及开挖轴向的确定。
在优选实施例中，定位机构4如图3、图6中所示，其包括尺寸大于第二入口孔104开设尺寸的定位平板401，该定位平板401的中部对应第四空心万向球302的设置开设有通孔，使得第四空心万向球302可对应嵌设于该通孔中，并在定位平板401的带动下在第二入口孔104中运动，并确保第四空心万向球302运动到不同位置时，定位平板401始终覆盖住第二入口孔104。
进一步地，定位平板401设置在箱体内，其正对箱体内壁面的一侧设置有呈环形的定位外圈402，该定位外圈402的一侧连接在定位平板401上，另一侧抵接箱体的内侧壁面。同时，在定位外圈402的顶部设置有呈“7”字型的挂件403，并对应该挂件403设置有紧固件404，以其实现挂件403竖向位置的改变并固定。在优选实施例中，紧固件404包括如图5中所示的紧固螺栓和紧固把手，挂件403的顶部设置有螺纹孔，用于与紧固螺栓进行螺纹匹配；相应的，在箱体的顶面上设置有如图2中所示的长腰形孔，紧固螺栓的底部穿过该长腰形孔并活动连接在该长腰形孔中，并可在其中沿箱体侧壁延伸方向往复运动，用于实现紧固螺栓的横向运动，并以此调节第二拟建隧道的横向位置，改变第二拟建隧道的钻进入口。
在实际设置时，模型箱1的基本构造为四周及底部由有机玻璃板拼装、顶部开口的立方体箱，其左右两侧及前部较厚，后部及底部较薄，左右两侧内壁预留有第一滑槽101、第二滑槽102，并在前部开设有入口孔，并对应在前部的内侧设置有定位机构4。当然，除了玻璃材质外，模型箱1还可以根据需要由别的材料制成，例如钢材、塑料或者混凝土材料。
在本发明的一个具体实施例中，利用上述模拟试验装置进行盾构近距离穿越已建地铁隧道区域进行近接施工时的模拟试验。通常情况下，地铁隧道需要包括来向和去向两路方向的隧道，即对于已建隧道和新建隧道而言，均需要包括两条隧道，因此，模拟试验装置在进行模拟试验时需要模拟两条已建隧道和两条新修隧道。
具体地，优选实施例中的模拟试验方法包括如下过程：
(1)确定拟建隧道的钻进角度，并将第三空心万向球301嵌设于第一入口孔103中，并根据钻进角度确定其柱形通孔的位置；
(2)根据拟建隧道与已建隧道之间的相对位置关系，调节第一管件201两端的调节组件，确定第一管件201的位置，并进行固定；
(3)调节可调固定架5上的控角度螺栓502和控距离螺栓504，确定第二管件202的箱内位置并进行固定；
(4)通过定位机构4调整第四空心万向球302的位置并进行固定，确定第四空心万向球302与第三空心万向球301之间的相对位置；
(5)将土或石子等填充物从模型箱1顶部敞口加入到模型箱1中，对模型箱1内部进行填充，填充的同时，需要保持第一管件201和第二管件202的位置不变；
(6)在进行填充时，优选根据需要在模型箱1的箱内加设相应的传感器，例如不同精度的位移计、应力应变计等，用于获取新建隧道开挖过程中对应区域和构件处的相应参数；
此外，完成填充物的填充后，可根据需要在模型箱1的上部加装千斤顶和钢板向下施加均布荷载，以模拟盾构近距离穿越已建地铁隧道近接施工实际工程中的上覆土压力；
(7)从第三空心万向球301、第四空心万向球302上的入口孔进行模拟盾构掘进，并在掘进施工的同时采集箱体内对应部位的参数，例如第二管件202与第一管件201的应力应变数据或者地表沉降数据等，以此达到仿真模拟试验的目的。
本发明中的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，结构简单，设置便捷，能够实现已建地铁隧道与新建隧道的模拟设置，并实现新建隧道与已建隧道的相对位置关系的灵活调整，满足不同施工设计条件下的模拟试验需求，装置的重复利用率高，兼容性强，能够大幅降低新建隧道在意见隧道区域进行近接施工时的模拟试验成本，具有较好的实用价值和推广价值。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，包括模型箱和设置在模型箱内的已建隧道模拟组件；其特征在于，还包括设置在所述模型箱一侧的新建隧道模拟组件；
所述模型箱为顶部开口的箱型结构，其箱体内相对的两侧壁面上分别沿竖向开设有滑槽，并在两滑槽连线一侧的箱体侧壁面上开设有连通箱体内外的第一入口孔和第二入口孔，且所述第二入口孔的内径大于所述第一入口孔的内径；
所述已建隧道模拟组件包括在各所述滑槽中分别组合设置的空心万向球和调节组件，以及包括可在所述模型箱内固定安装的第一管件和第二管件；
所述调节组件包括分设于所述空心万向球上下两侧的弧面垫片和弧面底座；所述弧面垫片的底面压持于对应空心万向球的顶部，并在其上方设置有升降调节件；所述弧面底座支撑在对应空心万向球的底部，并在其下方设置有可进行竖向形变的弹性件；
所述空心万向球的中部开设有柱形通孔，其可在对应滑槽中自由转动，且滑槽中的空心万向球与调节组件一一对应设置，使得所述空心万向球可在对应调节组件作用下实现竖向位置的调整及位置固定；所述第一管件的两端分别穿设于两滑槽内空心万向球的柱形通孔中，所述第二管件与所述第一管件通过可调固定架连接，并使得两管件的相对位置可通过调整所述可调固定架来确定；
所述可调固定架包括两个伸缩架；所述伸缩架包括四个连接片，连接片之间通过控距离螺栓连接；两所述伸缩架之间通过控角度螺栓和中心回转结连接，并在两伸缩架相互背离的端部分别铰接设置有固定圈；两所述固定圈的内径分别与对应管件的外径对应，用于两管件的穿设与固定；
所述新建隧道模拟组件包括嵌设于第一入口孔中的第三空心万向球和设置于所述第二入口孔中的第四空心万向球；所述第四空心万向球的外径小于第二入口孔的内径，并在所述模型箱上对应该第四空心万向球设置有始终封堵所述第二入口孔的定位机构，由其固定所述第四空心万向球并调整其在所述第二入口孔中的位置。
2.根据权利要求1所述的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，其特征在于，所述升降调节件包括螺旋杆和固定螺母；所述固定螺母固定在所述模型箱上，所述螺旋杆的一端连接所述弧面垫片，另一端穿过所述固定螺母并与之螺纹匹配；
和/或
所述弹性件为竖向延伸设置的弹簧，其一端连接所述弧面底座，另一端抵接于所述滑槽的底部。
3.根据权利要求1所述的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，其特征在于，所述定位机构包括定位平板、挂件和紧固件；
所述定位平板贴设于所述模型箱的内壁面设置，其中部开设有用于嵌设所述第四空心万向球的通孔；所述挂件设置在所述定位平板的顶部，其与紧固件匹配连接，并可通过调整所述紧固件改变所述第四空心万向球在第二入口孔中的位置。
4.根据权利要求3所述的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，其特征在于，所述紧固件包括紧固螺栓，并对应其在所述第二入口孔上方的箱体顶部开设有长腰形孔；
所述紧固螺栓的底部活动连接在所述长腰形孔中，并可在其中沿箱体侧壁延伸方向往复运动；且所述紧固螺栓与所述挂件螺纹匹配，并可通过转动所述紧固螺栓调整所述挂件的高度。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，其特征在于，所述模型箱由玻璃、钢材、混凝土或者塑料制成。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置，其特征在于，空心万向球为Q235钢材做成的中空球体，其中部形成有柱形通孔；
和/或
两管件分别为塑料、石膏或者混凝土预制而成的中空圆柱体，其外径与对应柱形通孔的内径对应。
7.一种在已建隧道区域近接施工新建隧道的模拟试验方法，其利用权利要求1~6中任一项所述的在已建隧道区域近接施工的模拟试验装置来实现，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将所述第三空心万向球嵌设于所述第一入口孔中，并根据拟建隧道的钻进角度确定该第三空心万向球的柱形通孔位置；
（2）根据拟建隧道与已建隧道之间的相对位置关系，调节两所述调节组件，确定所述第一管件的位置并固定；
（3）调节所述可调固定架，确定所述第二管件的箱内位置并固定；
（4）通过所述定位机构调整所述第四空心万向球的位置并进行固定，确定第四空心万向球与第三空心万向球之间的相对位置；
（5）将填充物从模型箱顶部开口侧加入到模型箱中；在填充过程中，保持两管件的位置不变，并在模型箱内加设用于采集新建隧道开挖过程中相关参数的传感器；
（6）从第三空心万向球、第四空心万向球的柱形通孔进行模拟掘进，并在掘进施工的同时采集箱体内的相关参数，完成已建隧道区域近接施工的模拟试验。
8.根据权利要求7所述的在已建隧道区域近接施工新建隧道的模拟试验方法，其特征在于，在步骤（6）开始前，在完成填充的填充物顶面向下施加均布荷载，以之模拟近接掘进施工时的上覆土压力。
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