CN116380512B - 一种用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置，包括底板、前立柱、后立柱、顶横梁以及水平加载梁；前立柱、后立柱中部开有用于盾构切削的窗口，且二者分别具有底座，底座通过膨胀螺栓固定在底板上，实验墙体放置在底板上并固定于前立柱与后立柱之间；顶横梁的两端通过栓卯结构插接在前立柱和后立柱之间；所述前立柱、后立柱的侧面分别设有纵向的滑槽，水平加载梁的两端部通过滑块安装在滑槽内，并能通过动力组件驱动水平加载梁沿着滑槽上下调节高度；前立柱的内壁、顶横梁的底部，以及水平加载梁的内壁上分别设有一组用于固定实验墙体的液压千斤顶，实现对室内不同大小体积的地连墙试验模型提供约束。

Description

一种用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置及方法

技术领域

本发明属于模拟实验装置领域，具体涉及一种用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置及方法。

背景技术

盾构掘进过程中遇到钢筋混凝土构筑物是城市轨道交通建设中常见的工程难题，而且随着线网的加密，该问题会愈发严峻，同时也愈发困难。盾构掘进过程中经常遇到地下连续墙等钢筋混凝土构筑物，而传统的人工凿除方法进度慢，造价高。因此的越来越多的工程开始采用盾构切削穿越，但目前工程的实施主要依靠经验，缺乏系统的科学理论支撑。因此需要展开室内试验，给予施工是指导性意见。而室内模拟实际盾构切削墙体，固定好试验墙是室内试验成功的关键。

在现有技术中，对室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置多以基准环附加在正方形反力架和主次梁立柱箱型结构，如发明CN206368708U和CN205778885U，该发明是一个附加基准环的正方体反力架，主要是将实验用墙放置在基准环内侧，基准环卡在盾构机上，从而对实验用墙起到固定作用，但是并未对实验用墙的侧面和背面起到固定作用，所以在盾构切削实验过程中，很容易在扭矩和推力的影响下发生墙体脱落的情况，导致实验失败。发明CN207300600U和CN109387384U，该发明采用工字形梁钢以及千斤顶来固定墙体，没有对实验用墙的侧面和背面起到固定效果，而且虽然考虑到对墙体实现多角度的边界约束和边界加载，但仍难满足实验用墙不同尺寸模型的实验需要，现有的发明均未考虑到为室内切削实验模拟真实的地连墙周围土层环境，会使得切削实验的数据与实际切削地连墙产生出入。

综上，现有的实验用墙墙体固定装置都有些许局限性，所以极其需要设计一个强度高、安全性能好，可适用于多尺寸实验墙的室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种方便拆卸、可多角度固定的室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置，包括底板、前立柱、后立柱、顶横梁以及水平加载梁；所述前立柱、后立柱中部开有用于盾构切削的窗口，且二者分别具有底座，所述底座通过膨胀螺栓固定在底板上，实验墙体放置在底板上并固定于前立柱与后立柱之间；

所述顶横梁的两端通过栓卯结构插接在前立柱和后立柱之间；所述前立柱、后立柱的侧面分别设有纵向的滑槽，所述水平加载梁的两端部通过滑块安装在滑槽内，并能通过动力组件驱动水平加载梁沿着滑槽上下调节高度；所述前立柱的内壁、顶横梁的底部，以及水平加载梁的内壁上分别设有一组用于固定实验墙体的液压千斤顶。

进一步地，所述动力组件包括丝杆和电机；所述水平加载梁的两端分别设有与丝杆相配合的螺纹孔，所述丝杆一端穿过水平加载梁的螺纹孔，另一端与电机连接，通过电机驱动丝杆旋转，利用丝杆传动实现水平加载梁沿滑槽上下移动。

更进一步地，所述后立柱的内侧，通过高强透明塑料板沿着中部窗口围成外边框，后立柱的中部窗口内安装有一块高强透明塑料板，与外边框一同构成填土区；后立柱中部窗口内的高强透明塑料板上方预留有注浆孔。

进一步地，所述前立柱、后立柱的底座两侧凸出底板，底座凸出部分通过锚固钢筋固定在地面上。

进一步地，所述后立柱的后方还设有斜撑支架，所述斜撑支架底部固定在后立柱后延的底座上，顶部固定在后立柱的安装孔上，从而倾斜地支撑在后立柱的后方。

进一步地，所述顶横梁的底部具有向下凸起的顶纵梁，顶横梁上的液压千斤顶安装在顶纵梁上。

具体地，前立柱内壁上的液压千斤顶，沿着前立柱中部切削窗口四周均匀设置。

更进一步地，本发明还提供上述装置进行室内盾构切削地连墙实验的方法，包括如下步骤：

S1：搭建前立柱、后立柱以及顶横梁，先将后立柱固定在底板上，根据实验墙体厚度，初调前立柱与后立柱之间的距离，然后将实验墙体吊装至前、后立柱之间，再次调节前立柱后将其固定在底板上；

S2：选择合适宽度的水平加载梁和顶横梁，将水平加载梁滑块安装至滑槽内，然后将顶横梁插接至前立柱和后立柱之间，完成框架的搭建；

S3：调节水平加载梁的高度，使其位于实验墙体高度的一半，随后开启各方向上的液压千斤顶，将实验墙体压紧固定在后立柱上；

S4：开展盾构切削试验，盾构机从前立柱中部窗口顶住实验墙进行切削实验。

进一步地，步骤S1中，在后立柱的内侧，通过高强透明塑料板沿着中部窗口围成外边框，后立柱的中部窗口内安装有一块高强透明塑料板，与外边框一同构成填土区；后立柱中部窗口内的高强透明塑料板上方预留有注浆孔，通过注浆孔注入砂浆，待砂浆凝固后开展盾构切削试验。

优选地，步骤S1中，前立柱上的液压千斤顶未开启前，与实验墙体之前的距离控制在9-11cm。

有益效果：

(1)本发明装置通过前后立柱在底板上的可调节安装方式，可以实现对室内不同大小体积的地连墙试验模型提供约束，满足室内实验不同尺寸地连墙模型的约束需求。

(2)本发明装置通过升降式水平加载梁、顶纵梁设置多个不同位置的千斤顶，对室内切削实验的地连墙模型进行多角度、多方位的边界约束和边界加载，实现对实验墙的背面、侧面、以及上下面的强度支撑，满足室内实验地连墙模型的约束要求和强度要求。

(3)本发明通过多角度的边界约束以及边界加载，可拆分式的固定装置便于实验的进行，改善了以往室内实验，加固地连墙时需要依靠应力墙的情况，不再局限实验场地，填补了室内切削地连墙墙体固定的技术空缺。

(4)本发明通过对墙体后面设置高强度透明塑料板封闭的填土区，注入砂浆，模拟出盾构切削地连墙墙后不同土层，消除了原有室内切削地连墙实验无法考虑墙后土体的局限，也可以更好的观察切削时墙后的情况和土层扰动。由于填充土层区域透明，也利用后续观察墙体再土层的受力情况。

综上所述，本发明可以有效地对室内切削地连墙实验的实验用墙进行固定，完善了之前地连墙固定装置的不足，使得地连墙实验用墙在切削过程中不会产生滑移，使得实验能够正常地进行，并更贴合实际盾构切削地连墙的情况。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明墙体固定装置的整体结构示意图。

图2是本发明墙体固定装置的整体结构侧面视图。

图3是顶横梁的结构示意以及安装原理图。

图4是水平加载梁的结构示意以及安装原理图。

其中，各附图标记分别代表：

1－底座；2－底板；3－锚固钢筋；4－斜撑支架；5－顶横梁；6－前立柱；7－后立柱；8－水平加载梁；9－顶纵梁；10－液压千斤顶；11—动力组件；12滑槽；13安装孔；14外边框；15注浆孔。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

如图1和图2所示，本发明用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置，包括底板2、前立柱6、后立柱7、顶横梁5以及水平加载梁8。

其中，前立柱6、后立柱7中部开有用于盾构切削的窗口，且二者分别具有底座1，所述底座1通过膨胀螺栓固定在底板2上，实验墙体放置在底板2上并固定于前立柱6与后立柱7之间。

顶横梁5的两端通过栓卯结构插接在前立柱6和后立柱7之间；前立柱6、后立柱7的侧面分别设有纵向的滑槽12，水平加载梁8的两端部通过滑块安装在滑槽12内，并能通过动力组件11驱动水平加载梁8沿着滑槽12上下调节高度；所述前立柱6的内壁、顶横梁5的底部，以及水平加载梁8的内壁上分别设有一组用于固定实验墙体的液压千斤顶10，利用各个方向的液压千斤顶10完成对实验墙体的固定，避免切削过程中墙体发生移动，实验效果。

本发明中，动力组件11采用丝杆和电机来实现，水平加载梁8的两端分别设有与丝杆相配合的螺纹孔，丝杆一端穿过水平加载梁8的螺纹孔，另一端与电机连接，通过电机驱动丝杆旋转，利用丝杆传动实现水平加载梁8沿滑槽12上下移动。

为了进一步观察切削时墙后的情况和土层扰动，本发明在后立柱7的内侧，通过高强透明塑料板沿着中部窗口围成外边框14，后立柱7的中部窗口内安装有一块高强透明塑料板，与外边框14一同构成填土区；后立柱7中部窗口内的高强透明塑料板上方预留有注浆孔15。高强透明塑料板的大小可以现场切割，以适应不同大小的实验墙体，高强度透明塑料板具有较强的延展性，受到大压力的情况下不会产生破损，且便于观察墙后土层和墙体的变化。将实验墙放入装置后可以形成填土区，能够更好的模拟盾构切削地连墙的实际情况。

为了进一步实现实验框架的稳定，在前立柱6、后立柱7的底座1两侧凸出底板2，底座1凸出部分通过锚固钢筋3固定在地面上。

同时，本发明在后立柱7的后方还设有斜撑支架4，斜撑支架4底部固定在后立柱7后延的底座1上，顶部固定在后立柱7的安装孔13上，从而倾斜地支撑在后立柱7的后方。安装孔13可以设置多组，方便斜撑支架调整倾斜度和数量来适应不同大小的推力，能够有效应对盾构机产生的推力影响，放置防止墙体发生位移。

同时，为了增强顶部的支撑强度，本发明在顶横梁5的底部具有向下凸起的顶纵梁9，顶横梁5上的液压千斤顶10安装在顶纵梁9上。

本发明前立柱6内壁上的液压千斤顶10，沿着前立柱6中部切削窗口四周均匀设置，两侧各三个，底部三个，共设置九个。两边的水平加载梁8上各设置两个液压千斤顶。顶纵梁9上设置三个液压千斤顶。

本发明采用上述装置进行室内盾构切削地连墙实验的方法，具体包括如下步骤：

S1：搭建前立柱6、后立柱7以及顶横梁5，先将后立柱7固定在底板2上，根据实验墙体厚度，初调前立柱6与后立柱7之间的距离，然后将实验墙体吊装至前、后立柱之间，再次调节前立柱6后将其固定在底板2上，并通过锚固钢筋3进一步与地面固定；前立柱6上的液压千斤顶10未开启前，与实验墙体之前的距离控制在10cm；

在后立柱7的内侧，通过高强透明塑料板沿着中部窗口围成外边框14，后立柱7的中部窗口内安装有一块高强透明塑料板，与外边框14一同构成填土区；后立柱7中部窗口内的高强透明塑料板上方预留有注浆孔15，通过注浆孔15注入砂浆，待砂浆凝固；

S2：选择合适宽度的水平加载梁8和顶横梁5，将水平加载梁8滑块安装至滑槽12内，然后将顶横梁5插接至前立柱6和后立柱7之间，完成框架的搭建；

S3：调节水平加载梁8的高度，使其位于实验墙体高度的一半，随后开启各方向上的液压千斤顶10，将实验墙体压紧固定在后立柱7上，让实验墙紧贴填土区，约束墙体前后不发生位移；水平加载梁8上的千斤顶顶住实验墙体两侧，实现对实验墙两侧的约束；顶纵梁9上的千斤顶，使其顶住实验墙，实现对实验墙顶部约束。

S4：开展盾构切削试验，盾构机从前立柱6中部窗口顶住实验墙进行切削实验。

本发明提供了一种用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置及方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置，其特征在于，包括底板(2)、前立柱(6)、后立柱(7)、顶横梁(5)以及水平加载梁(8)；所述前立柱(6)、后立柱(7)中部开有用于盾构切削的窗口，且二者分别具有底座(1)，所述底座(1)通过膨胀螺栓固定在底板(2)上，实验墙体放置在底板(2)上并固定于前立柱(6)与后立柱(7)之间；

所述顶横梁(5)的两端通过栓卯结构插接在前立柱(6)和后立柱(7)之间；所述前立柱(6)、后立柱(7)的侧面分别设有纵向的滑槽(12)，所述水平加载梁(8)的两端部通过滑块安装在滑槽(12)内，并能通过动力组件(11)驱动水平加载梁(8)沿着滑槽(12)上下调节高度；所述前立柱(6)的内壁、顶横梁(5)的底部，以及水平加载梁(8)的内壁上分别设有一组用于固定实验墙体的液压千斤顶(10)。

2.根据权利要求1所述的用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置，其特征在于，所述动力组件(11)包括丝杆和电机；所述水平加载梁(8)的两端分别设有与丝杆相配合的螺纹孔，所述丝杆一端穿过水平加载梁(8)的螺纹孔，另一端与电机连接，通过电机驱动丝杆旋转，利用丝杆传动实现水平加载梁(8)沿滑槽(12)上下移动。

3.根据权利要求1所述的用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置，其特征在于，所述后立柱(7)的内侧，通过高强透明塑料板沿着中部窗口围成外边框(14)，后立柱(7)的中部窗口内安装有一块高强透明塑料板，与外边框(14)一同构成填土区；后立柱(7)中部窗口内的高强透明塑料板上方预留有注浆孔(15)。

4.根据权利要求1所述的用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置，其特征在于，所述前立柱(6)、后立柱(7)的底座(1)两侧凸出底板(2)，底座(1)凸出部分通过锚固钢筋(3)固定在地面上。

5.根据权利要求4所述的用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置，其特征在于，所述后立柱(7)的后方还设有斜撑支架(4)，所述斜撑支架(4)底部固定在后立柱(7)后延的底座(1)上，顶部固定在后立柱(7)的安装孔(13)上，从而倾斜地支撑在后立柱(7)的后方。

6.根据权利要求1所述的用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置，其特征在于，所述顶横梁(5)的底部具有向下凸起的顶纵梁(9)，顶横梁(5)上的液压千斤顶(10)安装在顶纵梁(9)上。

7.根据权利要求1所述的用于室内盾构切削地连墙实验的墙体固定装置，其特征在于，前立柱(6)内壁上的液压千斤顶(10)，沿着前立柱(6)中部切削窗口四周均匀设置。

8.采用权利要求1所述装置进行室内盾构切削地连墙实验的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：搭建前立柱(6)、后立柱(7)以及顶横梁(5)，先将后立柱(7)固定在底板(2)上，根据实验墙体厚度，初调前立柱(6)与后立柱(7)之间的距离，然后将实验墙体吊装至前、后立柱之间，再次调节前立柱(6)后将其固定在底板(2)上；

S2：选择合适宽度的水平加载梁(8)和顶横梁(5)，将水平加载梁(8)滑块安装至滑槽(12)内，然后将顶横梁(5)插接至前立柱(6)和后立柱(7)之间，完成框架的搭建；

S3：调节水平加载梁(8)的高度，使其位于实验墙体高度的一半，随后开启各方向上的液压千斤顶(10)，将实验墙体压紧固定在后立柱(7)上；

S4：开展盾构切削试验，盾构机从前立柱(6)中部窗口顶住实验墙进行切削实验。

9.采用权利要求8所述装置进行室内盾构切削地连墙实验的方法，其特征在于，步骤S1中，在后立柱(7)的内侧，通过高强透明塑料板沿着中部窗口围成外边框(14)，后立柱(7)的中部窗口内安装有一块高强透明塑料板，与外边框(14)一同构成填土区；后立柱(7)中部窗口内的高强透明塑料板上方预留有注浆孔(15)，通过注浆孔(15)注入砂浆，待砂浆凝固后开展盾构切削试验。

10.采用权利要求8所述装置进行室内盾构切削地连墙实验的方法，其特征在于，步骤S1中，前立柱(6)上的液压千斤顶(10)未开启前，与实验墙体之前的距离控制在9-11cm。