CN207397573U - 模拟crd法隧道施工引起地表变形的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，包括模型箱，模型箱内填充设有夯实的土体，土体内设有隧道孔洞，隧道孔洞内插装设有木棒，木棒沿其轴向方向设有一个纵向分割面和至少一个横向分割面，纵向分割面将木棒分割为左侧木棒和右侧木棒两部分，至少一个横向分割面将左侧木棒和右侧木棒分别分割为上下层叠设置的至少两层木棒单元；还包括与木棒单元一一对应设置并用于在木棒单元从隧道孔洞中抽出过程中插入隧道孔洞内作为隧道孔洞的内壁衬砌的内壁件，所有的内壁件共同构成与隧道孔洞的形状结构相同的管状结构；模型箱的上方还设有地表变形测量系统。

Description

模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置

技术领域

本实用新型属于地下工程实验技术领域，具体的为一种模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，可以模拟CRD法隧道施工引起地表变形的过程，为设计与施工方案的优化提供依据，对施工现场周围已有建筑及构筑物的安全隐患起到有效的预测作用。

背景技术

CRD施工全称交叉中隔墙法，是一种适用于软弱地层的隧道施工方法，特别是对于控制地表沉陷有很好的效果，一般主要用于城市地下铁道施工中。因为其造价高，故在山岭隧道中较少采用，但是在特殊情况下，也可以采用，如膨胀土地层。在现有的CRD法隧道施工技术中，多集中在特定的工程地质条件下的不同CRD法施工，而没有相应的模拟装置，因此不能再实验室对CRD法隧道施工过程进行模拟。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，可以准确的模拟CRD法隧道施工过程，从而为探索和解决CRD法隧道施工对地表及建筑物的影响问题提供数据依据。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，包括模型箱，所述模型箱内填充设有夯实的土体，所述土体内设有隧道孔洞，所述隧道孔洞内插装设有用于支撑所述隧道孔洞的木棒，所述木棒沿其轴向方向设有一个纵向分割面和至少一个横向分割面，所述纵向分割面将所述木棒分割为左侧木棒和右侧木棒两部分，至少一个所述横向分割面将所述左侧木棒和右侧木棒分别分割为上下层叠设置的至少两层木棒单元；还包括与所述木棒单元一一对应设置并用于在所述木棒单元从所述隧道孔洞中抽出过程中插入所述隧道孔洞内作为所述隧道孔洞的内壁衬砌的内壁件，所有的所述内壁件共同构成与所述隧道孔洞的形状结构相同的管状结构；所述模型箱的上方还设有地表变形测量系统。

进一步，所述横向分割面设置为两个，所述左侧木棒被所述横向分割面分割为从上至下依次层叠设置的左上木棒单元、左中木棒单元和左下木棒单元；所述右侧木棒被所述横向分割面分割为从上至下依次层叠设置的右上木棒单元、右中木棒单元和右下木棒单元；或

所述横向分割面设置为一个，所述左侧木棒被所述横向分割面分割为位于上方的第一木棒单元和位于下方的第二木棒单元，所述右侧木棒被所述横向分割面分割为位于上方的第三木棒单元和位于下方的第四木棒单元。

进一步，所述横向分割面设置为两个；所述左上木棒单元、左中木棒单元、左下木棒单元、右上木棒单元、右中木棒单元和右下木棒单元在竖直方向上的最大厚度均相等。

进一步，所述左上木棒单元、左中木棒单元、左下木棒单元、右上木棒单元、右中木棒单元和右下木棒单元的同一端端面上分别设有手柄Ⅰ；且所述左上木棒单元、左中木棒单元、左下木棒单元、右上木棒单元、右中木棒单元和右下木棒单元上均设有刻度尺Ⅰ。

进一步，所述横向分割面设置为一个，所述第一木棒单元、第二木棒单元、第三木棒单元和第四木棒单元在数据方向上的最大厚度相等。

进一步，所述第一木棒单元、第二木棒单元、第三木棒单元和第四木棒单元的同一端端面上设有手柄Ⅱ，且所述第一木棒单元、第二木棒单元、第三木棒单元和第四木棒单元的同一端端面上设有刻度尺Ⅱ。

进一步，所述内壁件采用与所述隧道孔洞形状结构相同的PE管切割制成；所述模型箱采用钢化玻璃块制成。

进一步，所述地表变形测量系统包括间隔设置在所述模型箱上方的安装横梁，所述安装横梁上间隔安装设有千分表，所述土体内与所述千分表一一对应插装设有与所述千分表的测量头配合的测量基准座。

进一步，所述测量基准座为插装在所述土体内的六角螺柱。

采用如上所述的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置来模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验方法，包括如下步骤：

1）在所述模型箱中逐层填入土体并夯实，且当土体填入高度达到所述隧道孔洞的下侧边缘时，将所述木棒放置在所述模型箱的设定位置处，并继续填入土体，直至土体全部装填完成；

2）在所述模型箱上方安装所述地表变形测量系统；

3）待土体稳定后，进行隧道开挖过程模拟，隧道开挖模拟方法为：按照CRD法隧道施工过程，根据实际施工过程和相似比计算得到的速度、距离和中途停留时间依次拔出所述木棒单元，并同时将与各个木棒单元对应设置的内壁件插入到所述隧道孔洞内作为衬砌；直至所有的木棒单元全部抽出，所有的内壁件均插入到所述隧道孔洞内；并在此过程中实时记录地表变形数据；

4）重复步骤1）至步骤3），以不同的速度、距离和中途停留时间模拟CRD法隧道施工过程，得到不同的地表变形数据；

5）根据得到的地表变形数据绘制以下两条关系曲线：a.时间-地表变形量曲线；b.每个横断面地表最终变形曲线；总结规律，为最终的CRD法隧道施工提供有效的参考数据。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，可以模拟CRD法隧道施工对地表变形的影响，得到不同施工参数与地表变形之间的确切关系，为设计与施工方案的优化提供依据，对施工现场周围已有建筑及构筑物的安全隐患起到有效的预测作用。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为本实用新型模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置实施例1的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为采用本实施例模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置模拟隧道开挖过程的使用状态图；

图4为图3的后视图；

图5为本实用新型模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置实施例2的结构示意图；

图6为采用本实施例模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置模拟隧道开挖过程的使用状态图；

图7为图6的后视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，为本实用新型模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置实施例1的结构示意图。本实施例的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，包括模型箱1，模型箱1内填充设有夯实的土体2，土体2内设有隧道孔洞，隧道孔洞内插装设有用于支撑隧道孔洞的木棒，木棒沿其轴向方向设有一个纵向分割面和至少一个横向分割面，纵向分割面将木棒分割为左侧木棒和右侧木棒两部分，至少一个横向分割面将左侧木棒和右侧木棒分别分割为上下层叠设置的至少两层木棒单元。具体的，本实施例的横向分割面设置为两个，左侧木棒被横向分割面分割为从上至下依次层叠设置的左上木棒单元3、左中木棒单元4和左下木棒单元5；右侧木棒被横向分割面分割为从上至下依次层叠设置的右上木棒单元6、右中木棒单元7和右下木棒单元8，两个横向分割面相互平行，且横向分割面与纵向分割面垂直，纵向分割面位于竖直方向上。

本实施例的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置还包括与木棒单元一一对应设置并用于在木棒单元从隧道孔洞中抽出过程中插入隧道孔洞内作为隧道孔洞的内壁衬砌的内壁件，分别为内壁件3a、内壁件4a、内壁件5a、内壁件6a、内壁件7a和内壁件8a，所有的内壁件共同构成与隧道孔洞的形状结构相同的管状结构；模型箱1的上方还设有地表变形测量系统。

本实施例的地表变形测量系统包括间隔设置在模型箱1上方的安装横梁9，安装横梁9上间隔安装设有千分表10，土体2内与千分表10一一对应插装设有与千分表10的测量头配合的测量基准座11。本实施例的测量基准座11为插装在土体2内的六角螺柱。

具体的，本实施例的左上木棒单元3、左中木棒单元4、左下木棒单元5、右上木棒单元6、右中木棒单元7和右下木棒单元8在竖直方向上的最大厚度均相等。左上木棒单元3、左中木棒单元4、左下木棒单元5、右上木棒单元6、右中木棒单元7和右下木棒单元8的同一端端面上分别设有手柄Ⅰ12；且左上木棒单元3、左中木棒单元4、左下木棒单元5、右上木棒单元6、右中木棒单元7和右下木棒单元8上均设有刻度尺Ⅰ。

本实施例的内壁件采用与隧道孔洞形状结构相同的PE管切割制成；模型箱1采用钢化玻璃块制成。具体的，本实施例的隧道孔洞的径向截面为圆形，模型箱的前后侧壁上与隧道孔洞对应设有通孔。

采用本实施例的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置来模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验方法，包括如下步骤：

1）在模型箱1中逐层填入土体2并夯实，且当土体2填入高度达到隧道孔洞的下侧边缘时，将木棒放置在模型箱的设定位置处，并继续填入土体2，直至土体全部装填完成；

2）在模型箱1上方安装地表变形测量系统；

3）待土体2稳定后，进行隧道开挖过程模拟，隧道开挖模拟方法为：按照CRD法隧道施工过程，根据实际施工过程和相似比计算得到的速度、距离和中途停留时间依次拔出木棒单元，即按照设定的参数将左上木棒单元3、左中木棒单元4、左下木棒单元5、右上木棒单元6、右中木棒单元7和右下木棒单元8依次拔出，并同时将与各个木棒单元对应设置的内壁件插入到隧道孔洞内作为衬砌；直至所有的木棒单元全部抽出，所有的内壁件均插入到隧道孔洞内；并在此过程中实时记录地表变形数据；

4）重复步骤1）至步骤3），以不同的速度、距离和中途停留时间模拟CRD法隧道施工过程，得到不同的地表变形数据；

5）根据得到的地表变形数据绘制以下两条关系曲线：a.时间-地表变形量曲线；b.每个横断面地表最终变形曲线；总结规律，为最终的CRD法隧道施工提供有效的参考数据。

本实施例的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，可以模拟CRD法隧道施工对地表变形的影响，得到不同施工参数与地表变形之间的确切关系，为设计与施工方案的优化提供依据，对施工现场周围已有建筑及构筑物的安全隐患起到有效的预测作用。

实施例2

如图4所示，为本实用新型模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置实施例2的结构示意图。本实施例的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，包括模型箱1，模型箱1内填充设有夯实的土体2，土体2内设有隧道孔洞，隧道孔洞内插装设有用于支撑隧道孔洞的木棒，木棒沿其轴向方向设有一个纵向分割面和至少一个横向分割面，纵向分割面将木棒分割为左侧木棒和右侧木棒两部分，至少一个横向分割面将左侧木棒和右侧木棒分别分割为上下层叠设置的至少两层木棒单元。具体的，本实施例的横向分割面设置为一个，左侧木棒被横向分割面分割为位于上方的第一木棒单元13和位于下方的第二木棒单元14，右侧木棒被横向分割面分割为位于上方的第三木棒单元15和位于下方的第四木棒单元16。本实施例的横向分割面与纵向分割面垂直，纵向分割面位于竖直方向上。

具体的，第一木棒单元13、第二木棒单元14、第三木棒单元15和第四木棒单元16在数据方向上的最大厚度相等。第一木棒单元13、第二木棒单元14、第三木棒单元15和第四木棒单元16的同一端端面上设有手柄Ⅱ17，且第一木棒单元13、第二木棒单元14、第三木棒单元15和第四木棒单元16的同一端端面上设有刻度尺Ⅱ。

本实施例的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置还包括与木棒单元一一对应设置并用于在木棒单元从隧道孔洞中抽出过程中插入隧道孔洞内作为隧道孔洞的内壁衬砌的内壁件，分别为内壁件13a、内壁件14a、内壁件15a和内壁件16a，所有的内壁件共同构成与隧道孔洞的形状结构相同的管状结构；模型箱1的上方还设有地表变形测量系统。

本实施例的其他结构与实施例1相同，不再一一累述。

本实施例的内壁件采用与隧道孔洞形状结构相同的PE管切割制成；模型箱1采用钢化玻璃块制成。具体的，本实施例的隧道孔洞的径向截面为圆形。

采用本实施例的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置来模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验方法，包括如下步骤：

1）在模型箱1中逐层填入土体2并夯实，且当土体2填入高度达到隧道孔洞的下侧边缘时，将木棒放置在模型箱的设定位置处，并继续填入土体2，直至土体全部装填完成；

2）在模型箱1上方安装地表变形测量系统；

3）待土体2稳定后，进行隧道开挖过程模拟，隧道开挖模拟方法为：按照CRD法隧道施工过程，根据实际施工过程和相似比计算得到的速度、距离和中途停留时间依次拔出木棒单元，即按照设定的参数将第一木棒单元13、第二木棒单元14、第三木棒单元15和第四木棒单元16依次拔出；并同时将与各个木棒单元对应设置的内壁件插入到隧道孔洞内作为衬砌；直至所有的木棒单元全部抽出，所有的内壁件均插入到隧道孔洞内；并在此过程中实时记录地表变形数据；

4）重复步骤1）至步骤3），以不同的速度、距离和中途停留时间模拟CRD法隧道施工过程，得到不同的地表变形数据；

5）根据得到的地表变形数据绘制以下两条关系曲线：a.时间-地表变形量曲线；b.每个横断面地表最终变形曲线；总结规律，为最终的CRD法隧道施工提供有效的参考数据。

本实施例的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，可以模拟CRD法隧道施工对地表变形的影响，得到不同施工参数与地表变形之间的确切关系，为设计与施工方案的优化提供依据，对施工现场周围已有建筑及构筑物的安全隐患起到有效的预测作用。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：包括模型箱，所述模型箱内填充设有夯实的土体，所述土体内设有隧道孔洞，所述隧道孔洞内插装设有用于支撑所述隧道孔洞的木棒，所述木棒沿其轴向方向设有一个纵向分割面和至少一个横向分割面，所述纵向分割面将所述木棒分割为左侧木棒和右侧木棒两部分，至少一个所述横向分割面将所述左侧木棒和右侧木棒分别分割为上下层叠设置的至少两层木棒单元；还包括与所述木棒单元一一对应设置并用于在所述木棒单元从所述隧道孔洞中抽出过程中插入所述隧道孔洞内作为所述隧道孔洞的内壁衬砌的内壁件，所有的所述内壁件共同构成与所述隧道孔洞的形状结构相同的管状结构；所述模型箱的上方还设有地表变形测量系统。

2.根据权利要求1所述的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述横向分割面设置为两个，所述左侧木棒被所述横向分割面分割为从上至下依次层叠设置的左上木棒单元、左中木棒单元和左下木棒单元；所述右侧木棒被所述横向分割面分割为从上至下一次层叠设置的右上木棒单元、右中木棒单元和右下木棒单元；或

所述横向分割面设置为一个，所述左侧木棒被所述横向分割面分割为位于上方的第一木棒单元和位于下方的第二木棒单元，所述右侧木棒被所述横向分割面分割为位于上方的第三木棒单元和位于下方的第四木棒单元。

3.根据权利要求2所述的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述横向分割面设置为两个；所述左上木棒单元、左中木棒单元、左下木棒单元、右上木棒单元、右中木棒单元和右下木棒单元在竖直方向上的最大厚度均相等。

4.根据权利要求3所述的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述左上木棒单元、左中木棒单元、左下木棒单元、右上木棒单元、右中木棒单元和右下木棒单元的同一端端面上分别设有手柄Ⅰ；且所述左上木棒单元、左中木棒单元、左下木棒单元、右上木棒单元、右中木棒单元和右下木棒单元上均设有刻度尺Ⅰ。

5.根据权利要求2所述的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述横向分割面设置为一个，所述第一木棒单元、第二木棒单元、第三木棒单元和第四木棒单元在数据方向上的最大厚度相等。

6.根据权利要求5所述的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述第一木棒单元、第二木棒单元、第三木棒单元和第四木棒单元的同一端端面上设有手柄Ⅱ，且所述第一木棒单元、第二木棒单元、第三木棒单元和第四木棒单元的同一端端面上设有刻度尺Ⅱ。

7.根据权利要求1所述的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述内壁件采用与所述隧道孔洞形状结构相同的PE管切割制成；所述模型箱采用钢化玻璃块制成。

8.根据权利要求1-7任一项所述的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述地表变形测量系统包括间隔设置在所述模型箱上方的安装横梁，所述安装横梁上间隔安装设有千分表，所述土体内与所述千分表一一对应插装设有与所述千分表的测量头配合的测量基准座。

9.根据权利要求8所述的模拟CRD法隧道施工引起地表变形的实验装置，其特征在于：所述测量基准座为插装在所述土体内的六角螺柱。