CN214748841U - 一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，包括用于盛放隧道模型、地下水和试验土体的模型试验箱；模型试验箱底部开设有用于控制地下水位的注水口和出水口；隧道模型上固定若干根抗浮锚杆；隧道模型通过连接绳与设置于模型试验箱底部的测力计连接；测力计通过信号传输线与设置于模型试验箱外部的信号采集处理系统连接。本实用新型通过模拟盾构隧道锚杆抗浮效应，可判断不同水位和不同土质条件下隧道是否会产生上浮现象，并且得出保证隧道不发生上浮的抗浮锚杆最小施作数量；具有操作便捷、试验结果直观的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于隧道工程技术领域，具体涉及一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置。
背景技术
随着城市化进程的不断发展，我国城市公共空间不足的问题不断凸显，修建地铁隧道能合理利用城市地下空间，缓解大城市的公共交通压力。盾构法作为我国地铁修建的主要工法，凭借其良好的地层适应性和施工高效性，在地铁隧道修建中得到了广泛应用。但是，盾构隧道在施工以及运营过程中出现的抗浮问题严重影响了工程的安全性。
目前，隧道在设计过程中对隧道的抗浮能力缺乏直观的认知，通常只能通过估算或是数值模拟的结果对隧道进行抗浮设计，很容易导致工程事故的发生，影响隧道模型和人员的安全。综上，目前的研究方法存在测量结果不够直观、研究条件复杂、无法充分保证工程安全的问题，需要通过改进技术或是提出新的研究方法来解决隧道工程在抗浮性能上的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，以解决现有技术中研究条件复杂、无法充分保证工程安全等问题。
为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：
提供一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，其包括用于盛放隧道模型、地下水和试验土体的模型试验箱；
模型试验箱底部设有用于控制地下水位的注水口和出水口；
隧道模型上固定若干根抗浮锚杆；隧道模型通过连接绳与设置于模型试验箱底部的测力计连接；测力计通过信号传输线与设置于模型试验箱外部的信号采集处理系统连接。
本方案通过模拟盾构隧道锚杆抗浮效应，可判断不同水位和不同土质条件下隧道是否会产生上浮现象，并且得出保证隧道不发生上浮的抗浮锚杆最小施作数量；具有操作便捷、试验结果直观的优点，为判断隧道上浮以及确定抗浮锚杆施作数量提供了一种量化的方法。
进一步地，模型试验箱为顶部开口的长方体容器。
开口的长方体结构便于在试验箱内设置各个模拟部件。
进一步地，注水口和出水口分别设置于模型试验箱底部两端。
注水口和出水口用于控制模型试验箱内水流的进出。
进一步地，注水口的管道上设有注水口水阀，出水口的管道上设有出水口水阀。
注水口水阀和出水口水阀分别用于控制模型试验箱内进水和出水的流量。
进一步地，隧道模型为按照相似试验准则进行等比缩小的管片结构，并且在纵向设置不小于10环管片。
在隧道模型纵向上设置不小于10环管片用于模拟盾构隧道实际的受力情况。
进一步地，隧道模型上开设有若干个预留锚杆孔。
开设的预留锚杆孔方便根据试验情况增减抗浮锚杆的数量。
进一步地，抗浮锚杆穿过预留锚杆孔并通过螺栓与隧道模型固定连接。
抗浮锚杆固定在隧道模型上用于为隧道模型提供抗浮力。
进一步地，隧道模型与模型试验箱左右两侧的距离为隧道模型外径的3～5倍，隧道模型与模型试验箱底部的距离大于隧道模型外径的3倍。
本实用新型的有益效果为：采用的隧道模型为等比缩小的管片结构，可模拟盾构隧道实际的受力情况；使抗浮锚杆直接与隧道模型相连，提供了隧道模型所需的抗浮力；注水口和出水口用于控制地下水位，确保地下水位与实际工况一致；测力计可判断隧道模型是否受到上浮力作用；信号传输线可实时传输测力计所测得的浮力大小给信号传输系统，信号传输系统实时分析处理信号
附图说明：
图1为本实用新型的横断面结构示意图。
图2为本实用新型中隧道模型的纵断面结构图。
图3为本实用新型中抗浮锚杆的布设示意图。
其中，1、模型试验箱；2、隧道模型；3、试验土体；4、抗浮锚杆；5、注水口；6、注水口水阀；7、出水口；8、出水口水阀；9、连接绳；10、测力计10；11、信号传输线；12、信号采集处理系统；13、预留锚杆孔；14、连接螺栓。
具体实施方式：
下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
实施例一，如图一，本实用新型提供的一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，包括用于盛放隧道模型2和试验土体3的模型试验箱1。
模型试验箱1为一顶部开口的长方体容器，方便在其内部设置试验土体3和隧道模型2等模拟部件。
模型试验箱1底部两端分别设有注水口5和出水口7。
注水口水阀6安装于注水口5上的管道上，出水口水阀8安装于出水口7上的管道上。通过控制注水口水阀6调节注水口5进入模型试验箱1内的水量，通过控制出水口水阀8调节出水口7流出的水量，进而实现对模型试验箱1内地下水位的控制。
注水口5和出水口7分别用于模拟地下水在盾构隧道的进出，注水口水阀6和出水口水阀8用于控制地下水位，确保地下水位与实际工况一致。
隧道模型2为等比缩小的管片结构，并且在纵向设置不小于10环管片，用于模拟盾构隧道实际的受力情况。
隧道模型2开设有若干个预留锚杆孔13，隧道模型2上开设的预留锚杆孔13方便根据试验情况增减抗浮锚杆4的数量。
隧道模型2通过螺栓14与穿过预留锚杆孔13的若干根抗浮锚杆4固定连接。抗浮锚杆4用于为隧道模型2提供抗浮力，避免隧道模型发生上浮现象。
隧道模型2通过连接绳9与设置于模型试验箱1底部的测力计10连接；测力计10通过信号传输线11与设置于模型试验箱1外部的信号采集处理系统12连接。测力计10通过连接绳9与隧道模型2连接测得隧道模型所受的浮力大小，所测得浮力值通过信号传输线11实时传送到信号采集处理系统12，以此分析判断隧道模型2是否受到上浮力作用。
本实用新型模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置工作原理如下：
将模拟试验箱1安放妥当后，关闭注水口水阀6和出水口水阀8；将测力计10安放在模式试验箱1底部；采用工程现场的原状试验土体3并盛入模拟试验箱1内，并根据工程实际确定隧道模型2的位置，再通过连接绳9将测力计10和隧道模型2相连。
将信号传输线11的两端分别与测力计10和信号采集处理系统12连接，并打开信号采集处理系统12；打开注水口水阀6向模拟试验箱1注水，根据工程实际确定最终的地下水位；实时监测测力计10的数值，如果数值始终为0，说明隧道模型2不受浮力，可以停止试验，否则不断增加抗浮锚杆4的数量，并重复上述试验步骤直至测力计10数值在整个试验过程中始终为0。
本方案所述实验装置，可以判断不同水位和不同土质条件下隧道是否会产生上浮现象，同时可将隧道所受的浮力转化为测力计的数值，使得设计施工人员可以直观地判断隧道是否发生上浮。本方案所述实验装置中采取了预留锚杆孔的设计，可以对施作不同数量抗浮锚杆的工况进行试验，得出保证隧道不发生上浮的抗浮锚杆最小施作数量，进而更加合理地选择施工参数和采取施工措施。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (8)
1.一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，其特征在于：包括用于盛放隧道模型(2)、地下水和试验土体(3)的模型试验箱(1)；
所述模型试验箱(1)底部开设有用于控制地下水位的注水口(5)和出水口(7)；
所述隧道模型(2)上固定若干根抗浮锚杆(4)；所述隧道模型(2)通过连接绳(9)与设置于模型试验箱(1)底部的测力计(10)连接；所述测力计(10)通过信号传输线(11)与设置于模型试验箱(1)外部的信号采集处理系统(12)连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，其特征在于：所述模型试验箱(1)为顶部开口的长方体容器。
3.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，其特征在于：所述注水口(5)和出水口(7)分别设置于模型试验箱(1)底部两端。
4.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，其特征在于：所述注水口(5)的管道上设有注水口水阀(6)，所述出水口(7)的管道上设有出水口水阀(8)。
5.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，其特征在于：所述隧道模型(2)为等比缩小的管片结构，且在隧道模型(2)纵向上设置不小于10环管片。
6.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，其特征在于：所述隧道模型(2)上开设有若干个预留锚杆孔(13)。
7.根据权利要求6所述的一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，其特征在于：所述抗浮锚杆(4)穿过预留锚杆孔(13)且通过螺栓(14)与隧道模型(2)固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置，其特征在于：所述隧道模型(2)与模型试验箱(1)左右两侧的距离为隧道模型(2)外径的3～5倍，所述隧道模型(2)与模型试验箱(1)底部的距离大于隧道模型(2)外径的3倍。
Priority Applications (1)
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| CN202121380754.6U CN214748841U (zh) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | 一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置 |
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| CN202121380754.6U CN214748841U (zh) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | 一种模拟盾构隧道锚杆抗浮效应的模型试验装置 |
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| CN (1) | CN214748841U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114235250A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-25 | 山东大学 | 一种管片在浆液中受到纵向合力的测试装置及方法 |
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- 2021-06-21 CN CN202121380754.6U patent/CN214748841U/zh active Active
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