CN209231330U - 近接工程试验模型箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种近接工程试验模型箱，包括底座以及安装在底座上的箱体，底座安装有调平机构；底座上连接有夹持在箱体相对两侧的加劲肋，加劲肋上设有用于安装检测设备的预留位；箱体的侧壁上设有用于穿设隧道模型的开孔；箱体内设置有用于套设在隧道模型外部的挡板，所述挡板的侧壁贴靠在箱体内壁，用于遮挡隧道模型外壁与开孔内缘的间隙。本实用新型的近接工程试验模型箱，测量环境适应性强，可测量隧道模型的变形以及整体位移，测量精度高，且无需添加额外结构来安装检测设备。

Description

近接工程试验模型箱

技术领域

本实用新型涉及室内土工试验技术领域，尤其涉及一种隧道与基坑的近接工程试验模型箱。

背景技术

随着国内各城市地下工程建设的逐步兴起，地下空间、地铁、地下道路等地下设施纷纷建成并大量投入使用。然而，随着城市市政建设的快速发展，地下工程建设的环境条件也变得越来越复杂，特别是前期已建的一些地下工程设施，诸如隧道等建(构)筑物的存在给后续地下工程的建设带来了很大难度。

例如隧道这类地下工程或岩土工程对开挖比较敏感，易受扰动，当新旧结构物比较接近时，如果不采取专门对策，则新建侧的施工将会对既有侧产生不利影响，如结构无承载能力下降、甚至破坏；变形过大以至于侵入净空；不均匀沉降造成周边建(构)筑物破损或不能正常使用等。

为了探究新旧结构物比较接近时，新建侧对既有侧的影响，通常会在施工前采用工程试验模型箱进行模拟，并对模拟过程中所测得的数据进行评估，从而拟定相应的施工方案。

目前常见的试验模型箱的三维尺寸相似，使得在试验过程中土工材料体量较大，若模型箱宽度较小则可能存在较大的倾覆危险性。且试验模型箱所处的试验场地水平度参差不一，其位置在移动后也缺乏对水平度的确认，若试验水平精度要求较高，则现有的模型箱就不能满足试验需求。

现有技术中在模拟基坑开挖对既有邻近的盾构隧道的影响时，通常采用应变片等仪器测量并计算得到隧道的变形，但是对隧道的整体位移却不易方便直接地进行测量，增加了试验难度。

大多数的模型箱为了便于观察都采用透明材质制作(如：有机玻璃)，然而在测量围护结构或者开孔处的位移时常常使用磁性底座用于安装百分表，上述的透明材质却不能直接用于安放磁性底座，这使得模型箱还需要增加额外的支架进行扩展模块(如：测量仪器)的安装。

实用新型内容

本实用新型的近接工程试验模型箱，测量环境适应性强，可测量隧道模型的变形以及整体位移，测量精度高，且无需添加额外结构来安装检测设备。

一种近接工程试验模型箱，包括底座以及安装在底座上的箱体，其中，

所述底座安装有调平机构；

所述底座上连接有夹持在箱体相对两侧的加劲肋，所述加劲肋上设有用于安装检测设备的预留位；

所述箱体的侧壁上设有用于穿设隧道模型的开孔；

所述箱体内设置有用于套设在隧道模型外部的挡板，所述挡板的侧壁贴靠在箱体内壁，用于遮挡隧道模型外壁与开孔内缘的间隙。

本实用新型的近接工程试验模型箱，在底座安装调平机构用于调节底座以及箱体的水平，使模型箱具有较强的测量环境适应性，避免因测量环境的水平度参差不一而影响测量精度。

加劲肋的设置以便满足箱体的刚度要求，避免因箱体在试验过程中腹部鼓胀而影响测量精度，不仅如此，加劲肋上设有预留位，可用来安装各检测设备，避免了需添加额外的结构来安装检测设备，不仅减少模型箱的体积，还便于检测设备的就近安装。

本实用新型的近接工程试验模型箱在使用时，将隧道模型从开孔伸入模型箱，并将挡板套设在隧道模型深入模型箱的一侧，且与箱体内壁贴靠，挡板遮挡了隧道模型与开孔内缘的间隙，防止土工试验材料从间隙中掉出。将土工试验材料投入模型箱，并调整隧道模型的位置处于开孔中心，土工试验材料投放完毕后，进行基坑分层开挖，并用安装在加劲肋上的检测设备记录开挖过程中隧道的变形，以及水平位移和竖直位移。

本近接工程试验模型箱科方便直接地进行隧道整体位移的测量，克服了现有技术中对隧道整体位移不能方便直接地进行测量的缺陷。

作为优选，所述底座上固定立置有限位柱，所述箱体的侧棱与限位柱侧壁相抵限位。

限位柱对箱体进行限制，不仅便于箱体的安装，还可避免在试验过程中箱体产生位移。

作为优选，所述限位柱为两根相对布置的竖直角钢，箱体同侧的两侧棱分别抵靠对应的一根竖直角钢。

箱体的棱与竖直角钢的折角相互贴合。角钢可同时实现两个方向的限位，实用性强。

作为优选，所述加劲肋两两一组夹持在箱体相对两侧，同组加劲肋的顶端通过长度可调的拉杆相连，加劲肋的底端限位于所述底座。

加劲肋两两一组，同时对箱体产生作用力，且加劲肋自身的首尾两端受外力限制，提高了加劲肋对箱体的作用效果，有效避免箱体的腹部鼓胀。

作为优选，所述底座上并排固定有两根限位条，处在箱体同侧的各加劲肋的底端与相应侧的限位条相抵限位。

通过限位条对加劲肋进行限位，不仅方便，且可通过调节限位条的位置以适应体积不同的箱体，由于加劲肋夹持在箱体两侧，限位条与加劲肋限位，同等于对箱体进行限位，进一步避免箱体在试验中产生位移。

作为优选，所述限位条为水平角钢，所述水平角钢的一边与底座相贴固定，所述水平角钢的另一边为直立边，同组两根加劲肋的底端分别抵靠在两水平角钢直立边的内侧。

作为优选，所述底座与箱体之间设有缓冲垫。

缓冲垫有效降低了箱体因移动而受到的冲击，提高箱体稳定性，延长使用寿命。

作为优选，所述箱体贴靠有加劲肋的侧壁为加强壁，所述开孔仅有一个且设置在其中一加强壁的中部。

加强壁的刚度高，在试验中鼓胀的概率小。

不仅如此，开孔的设置是为了运行隧道模型伸出模型箱，便于对隧道模型的整体位移进行测量，且单侧开孔即可满足上述要求，双侧开孔在实质上并无显著提升测量工作的效果。

作为优选，所述预留位为预留孔或连接件。

作为优选，所述箱体的顶部为开放结构，箱体的侧壁顶缘搭置有水平仪。

箱体顶部的开放结构作为土工试验材料的入口，降低土工试验材料投放难度。

水平仪与底座上安装的调平机构相配合用于观察调节机构的调平结果，进一步确认箱体处于水平状态。

本实用新型的近接工程试验模型箱，在底座安装调平机构用于调节底座以及箱体的水平，使模型箱具有较强的测量环境适应性，避免因测量环境的水平度参差不一而影响测量精度；加劲肋的设置以便满足箱体的刚度要求，避免因箱体在试验过程中腹部鼓胀而影响测量精度，不仅如此，加劲肋上设有预留位，可用来安装各检测设备，避免了需添加额外的结构来安装检测设备，不仅减少模型箱的体积，还便于检测设备的就近安装；且模型箱设有开孔，便于进行隧道模型的变形以及整体位移测量。

附图说明

图1为本实用新型近接工程试验模型箱的主视图；

图2为本实用新型近接工程试验模型箱的右视图。

图中：1、底座；2、水平角钢；3、竖直角钢；4、箱体；5、开孔；6、挡板；7、加劲肋；8、调平螺栓；9、拉杆；10、预留孔；11、扩展板；12、水平仪。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的实用新型创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件；当组件被称为与另一个组件“固定”时，它可以直接与另一个组件固定或者也可以存在居中的组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

如图1～2所示，一种近接工程试验模型箱，包括底座1以及安装在底座1上的箱体4，底座1安装有调平机构，用以调节箱体4处于水平状态。

底座1上还连接有夹持在箱体4相对两侧的加劲肋7，加劲肋7上设有用于安装检测设备的预留位。

箱体4的侧壁上设有用于穿设隧道模型的开孔5；箱体4内设置有用于套设在隧道模型外部的挡板6，挡板6的侧壁贴靠在箱体4的内壁，用于遮挡隧道模型外壁与开孔5内缘的间隙。

本实用新型的近接工程试验模型箱，在底座1安装调平机构用于调节底座1以及箱体4的水平，使模型箱具有较强的测量环境适应性，避免因测量环境的水平度参差不一而影响测量精度。

加劲肋7的设置以便满足箱体4的刚度要求，避免因箱体4在试验过程中腹部鼓胀而影响测量精度，不仅如此，加劲肋7上设有预留位，可用来安装各检测设备，避免了需添加额外的结构来安装检测设备，不仅减少模型箱的体积，还便于检测设备的就近安装；且模型箱设有开孔，便于进行隧道模型的变形以及整体位移测量。

在其他实施例中，底座1的四角设有螺栓孔，且螺栓孔中配备有调平螺栓8，调平螺栓8作为调平机构用于调节箱体4处于水平状态。本实施例中的调平螺栓8的螺纹直径为16mm，长度为100mm，足以应对各种水平度参差不一的测量环境，且调平螺栓8还可整体抬高模型箱，便于起吊装置移动。

为了进一步提高调平螺栓8的调节效果，在箱体4上安装水平仪12。本实施例中箱体4的顶部为开放结构，水平仪12搭置在箱体4的侧壁顶缘。为了便于观察，水平仪12采用气泡水平仪，在每次试验开始之间，先调节调平螺栓8使水平气泡仪的气泡位于中心。

在其他实施例中，为了避免箱体4在试验过程中产生位移，在底座1上安装限位柱和限位条，限位柱固定立置在底座1上，箱体4的侧棱与限位柱侧壁相抵限位；限位条并排固定有两根，处在箱体4同侧的各加劲肋7的底端与相应侧的限位条相抵限位。

本实施例中，限位柱为两根相对布置的竖直角钢3，箱体4同侧的两侧棱分别抵靠对应的一根竖直角钢3。且为了保证竖直角钢3的作用效果，设置竖直角钢3的高为500mm、厚为5mm、边长为50mm，竖直角钢3与箱体4的贴靠面积大，作用效果好。

本实施例中，限位条为水平角钢2，水平角钢2的一边与底座1相贴固定，水平角钢2的另一边为直立边，同组两根加劲肋7的底端分别抵靠在两水平角钢2直立边的内侧。同理，且为了保证水平角钢2的作用效果，设置水平角钢2的长为1500mm、厚为5mm、长为50mm，水平角钢2与箱体4的贴靠面积大，作用效果好。

竖直角钢3和水平角钢2配合围成一个箱体4安放区域，用于安放并限制箱体4。容易理解的是，为了使竖直角钢3和水平角钢2可与多种尺寸的箱体4进行配合，设置竖直角钢3和水平角钢2为可拆卸式安装在底座1上。图2中的竖直角钢3由于处于有机玻璃箱体4之后，故不对图中的竖直角钢3部分添加填充，以避免与有机玻璃的填充混淆。

在其他实施中，箱体4由有机玻璃组成，便于试验观察。本实施例中，采用厚度为10mm的有机玻璃，有机玻璃之间利用亚克力板无影胶进行粘接，可防止箱体4渗水。

在箱体4的使用时，可能会进行箱体4位置的移动，为了降低箱体4在移动时受到的冲击，在底座1与箱体4之间设置缓冲垫。

在实际应用中，箱体4的大小需根据试验参数计算而定。在计算时，为保证模型箱周围破裂滑移线落在试验槽内，若采用内摩擦角为30°的标准沙则模型，则取参数如下：

围护桩支护侧土体宽度/围护桩高度＝1.25；

开挖侧土体宽度/坑底到围护桩底部距离＝2.0；

坑底保留土厚度/围护桩高度＝0.15。

同时，模型箱最小宽度＝围护桩支护侧土体宽度+开挖侧土体宽度；高度＝围护桩高度+坑底保留土厚度。

目前常见基坑开挖深度大约为13.9m，相应的围护结构大概为26.6m。在箱体尺寸计算时，按照1:50的缩尺比例进行设计，在此基础上对其适当放大，以便适应更多工况，最终模型箱最小尺寸为长×高＝1.173m×0.612m，设计的围护桩支护侧土体宽度0.665m大于地表沉降影响范围(0.556m)。此外，为了适当扩大其使用范围并兼顾加工便宜性，取模型箱尺寸为长×高×宽＝1.5m×0.8m×0.3m。

经过上述设计所得的模型箱的左右边界为0.75m＞三倍的隧道直径(0.372m)；竖直方向上，隧道底部距离0.376m＞0.372m，均满足要求。

在其他实施例中，为了提高模型箱箱体的刚度，避免在试验中箱体4的腹部鼓胀而影响试验。设置加劲肋7为两两一组夹持在箱体4相对两侧，同组加劲肋7的顶端通过长度可调的拉杆9相连，加劲肋7的底端限位于底座1，即加劲肋7的底端分别抵靠在两水平角钢2直立边的内侧。

本实施例中的加劲肋7为竖直设置，且为了保证加劲肋7对箱体4的刚度加强效果，设置加劲肋7为长×宽×高＝0.05m×0.05m×1m的方形实心矩形钢梁，加劲肋7的内侧紧贴箱体4外表面。

由图可见，加劲肋7设置在箱体4的开孔5两侧，且至少设有两组。

加劲肋7顶部的拉杆9使同组中的两加劲肋7之间相互作用，提高对箱体4的作用效果，为了便于拉杆9的安装和调节，本实施例中采用拉杆9为螺栓，并在加劲肋7顶部的相应位置设置螺纹孔，螺栓穿过两加劲肋7的螺纹孔，将两加劲肋7相连。

由于加劲肋7之间相连接的力较大，故采用螺纹直径为12mm的螺栓进行两加劲肋7的连接，防止螺栓折断。

由于加劲肋7的底端抵靠在水平角钢2直立边的内侧，顶部通过拉杆9连接，故加劲肋7的贴靠在箱体4表面的位置可根据试验所需进行调节。

在其他实施例中，为了避免安装检测设备时需要额外添加结构部件，在加劲肋7上设置预留孔10，预留孔10构成多个预留位，用于安装检测设备。

本实施例中，在预留孔10上安装扩展板11，进一步便于检测设备的安放，且为了预留足够的安装空间，预留孔10设置在加劲肋7的侧面，且相隔20cm进行等间距开设。在其他实施例中，加劲肋7上可设置连接件，由连接件构成多个预留位。

由于加劲肋7的位置可进行调节，不仅可根据箱体4的实际受力进行针对性的结构加强，还可最大程度上便于检测设备的布置。检测设备例如百分表等仪器。

在其他实施例中，箱体4上的开孔5仅有一个，箱体4贴靠有加劲肋7的侧壁为加强壁，开孔5设置在其中一加强壁的中部(大致为几何中心)。

开孔5用于安装隧道模型，开孔5尺寸根据实际盾构隧道尺寸进行设计，并且设定最终尺寸比计算尺寸偏大，以便于模拟多种情况并防止影响隧道模型正常位移。

在开孔5尺寸进行设计时，如当隧道外径为6.2m时，开孔5尺寸原应为124mm(1:50缩尺而得)，但为了防止外伸的隧道模型位移受到开孔5尺寸的限制，故将开孔5尺寸放大为174mm。基坑中埋深度为15m，所以其距离顶部距离为0.3m。

本实施例中，箱体4侧壁设置的开孔5的目的是为了让隧道模型伸出模型箱，使得可直接在模型箱外侧测量隧道模型的水平位移和竖直位移，且仅需常规的百分表即可测量，进而得到隧道的沉降趋势。假如不设置开孔5，则需要在模型箱内部埋置位移传感器，埋设过程相对复杂，成本也较高。

在设计中，考虑到箱体4的单侧开孔已经可以满足测量要求，双侧开孔没有实质上帮助测量工作，反而使得模型箱双侧开孔必须同轴同径还要多安装挡板6。

因此，本实施例中的箱体4仅采用单侧开孔的方式，以直接地、便捷地测量隧道位移。

在其他实施例中，挡板6套设在隧道模型伸入模型箱的一端，挡板6与模型箱为紧密配合，且接口处涂抹一定量的密封胶，防止发生渗漏，同时保证在隧道模型的沉降过程中，挡板6与隧道模型相对静止。

挡板6的侧壁贴靠在模型箱开设有开孔5一侧的内壁，且挡板6与模型箱内壁两者表面较为光滑不会因摩擦力较大而影响隧道模型沉降结果。

本实施例中，挡板6采用不锈钢片，该材料模量高且与有机玻璃摩擦系数较低。且挡板6的边长为0.25m，中部开设有圆孔，根据盾构隧道尺寸进行设计，若当隧道外径为6.2m时，开设的圆孔尺寸为124mm。

在隧道模型尺寸不同时，更换内径不同的挡板6即可用于不同模型试验研究。挡板6依靠模型箱内的土工试验材料的压力使之紧贴模型箱内壁，无其他固定部件。隧道模型在土工试验材料中是相对稳定的，挡板6质量较小，隧道模型能够支撑挡板6不掉落。

本实施例的近接工程试验模型箱稳定性高，场地适应性强，能够满足水平精度较高的测量要求；加劲肋7侧面可安置扩展板11，有利于安放测量仪器；模型箱的箱体4单侧开孔，方便直接地测量隧道模型的位移。

近接工程试验模型的工作过程如下：

步骤1：底座1和箱体4等相对位置安装，在试验开始前调整调平螺栓8使得气泡水平仪的气泡位于中心。若需要移动模型箱，可调整调平螺栓8使模型箱升高，以便配合起吊装置移动，移动位置后重新调平。

步骤2：试验方案设计：根据基坑尺寸，隧道尺寸，两者距离以及比例尺确定模型箱的具体数据。即确定挡板6的内径尺寸，确定加劲肋7和扩展板11的位置，使之方便安装百分表磁力底座。

步骤3：填埋土或者沙等土工试验材料至开孔5下限，隧道模型的其中一段由2～3层保鲜膜包紧，挡板6紧贴箱体4设有开孔5的内壁，隧道模型紧包有的保鲜膜的一端由外到内穿过箱体4的开孔5，并抵在另一侧壁上。继续填埋土工试验材料并调整隧道位置使之位于开孔中心，随后填埋至设计高度。

步骤4：安装百分表，基坑分层开挖，记录开挖过程中表面沉降、隧道水平位移和竖直位移。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种近接工程试验模型箱，包括底座以及安装在底座上的箱体，其特征在于，

所述底座安装有调平机构；

所述底座上连接有夹持在箱体相对两侧的加劲肋，所述加劲肋上设有用于安装检测设备的预留位；

所述箱体的侧壁上设有用于穿设隧道模型的开孔；

所述箱体内设置有用于套设在隧道模型外部的挡板，所述挡板的侧壁贴靠在箱体内壁，用于遮挡隧道模型外壁与开孔内缘的间隙。

2.如权利要求1所述的近接工程试验模型箱，其特征在于，所述底座上固定立置有限位柱，所述箱体的侧棱与限位柱侧壁相抵限位。

3.如权利要求2所述的近接工程试验模型箱，其特征在于，所述限位柱为两根相对布置的竖直角钢，箱体同侧的两侧棱分别抵靠对应的一根竖直角钢。

4.如权利要求1所述的近接工程试验模型箱，其特征在于，所述加劲肋两两一组夹持在箱体相对两侧，同组加劲肋的顶端通过长度可调的拉杆相连，加劲肋的底端限位于所述底座。

5.如权利要求4所述的近接工程试验模型箱，其特征在于，所述底座上并排固定有两根限位条，处在箱体同侧的各加劲肋的底端与相应侧的限位条相抵限位。

6.如权利要求5所述的近接工程试验模型箱，其特征在于，所述限位条为水平角钢，所述水平角钢的一边与底座相贴固定，所述水平角钢的另一边为直立边，同组两根加劲肋的底端分别抵靠在两水平角钢直立边的内侧。

7.如权利要求1所述的近接工程试验模型箱，其特征在于，所述底座与箱体之间设有缓冲垫。

8.如权利要求1所述的近接工程试验模型箱，其特征在于，所述箱体贴靠有加劲肋的侧壁为加强壁，所述开孔仅有一个且设置在其中一加强壁的中部。

9.如权利要求1所述的近接工程试验模型箱，其特征在于，所述预留位为预留孔或连接件。

10.如权利要求1所述的近接工程试验模型箱，其特征在于，所述箱体的顶部为开放结构，箱体的侧壁顶缘搭置有水平仪。