CN220959965U - 隧道下穿既有隧道模型试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种隧道下穿既有隧道模型试验装置，包括模型箱、既有隧道管、新建隧道管、土体及变形监测机构，既有隧道管贯穿模型箱且与模型箱固定连接；新建隧道管贯穿模型箱且与模型箱固定连接；新建隧道管与既有隧道管交叉设置且位于既有隧道管的下方；土体填充于模型箱和新建隧道管内；变形监测机构包括横梁、滑轮和引线；横梁可安装在既有隧道管内，多个滑轮沿横梁的长度方向安装在横梁上，引线与滑轮一一对应，引线的一端可安装在既有隧道管内，引线的另一端绕过滑轮后延伸至既有隧道管外。通过引线连接千分表与既有隧道管内侧壁并绕过滑轮；开挖新建隧道时通过千分表即可读取既有隧道管的变形数据，完成对既有隧道变形的监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及隧道模型试验技术领域，具体涉及一种隧道下穿既有隧道模型试验装置。
背景技术
随着城市的快速发展，地面土地资源愈发紧张，而城市交通需求也越来越大，导致新建隧道下穿既有隧道的情况越发普遍。然而，在下穿施工中，新建隧道开挖对既有隧道周围土体产生二次扰动，引起既有隧道出现附加应力与变形；同时，在既有隧道存在下，新建隧道开挖如何影响既有隧道上方地表沉降尚不清晰。因此，研究新建隧道下穿施工对既有隧道应力变形、以及地表沉降的影响十分重要。
当前，现场监测分析与数值模拟分析为研究下穿工程的主要手段，然而，现场监测结果往往受许多外在因素影响，数值模拟结果又和输入的计算参数、数值计算过程等密切相关。相较于现场试验和数值模拟，模型试验具有相当的优势，模型试验的数据相对可靠，过程明确可视，施工条件更加易于控制。然而，在下穿隧道相关的模型试验中，往往面临既有隧道变形不易监测的技术难题。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述问题，本实用新型主要解决的技术问题是：在下穿隧道相关的模型试验中，往往面临既有隧道变形不易监测的技术难题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种隧道下穿既有隧道模型试验装置，包括：
模型箱；
既有隧道管，所述既有隧道管贯穿模型箱且与模型箱固定连接；
新建隧道管，所述新建隧道管贯穿模型箱且与模型箱固定连接；所述新建隧道管与既有隧道管交叉设置且位于既有隧道管的下方；
土体，所述土体填充于模型箱和新建隧道管内；及
变形监测机构，所述变形监测机构包括横梁、滑轮和引线；所述横梁可安装在既有隧道管内，多个所述滑轮沿横梁的长度方向安装在横梁上，所述引线与滑轮一一对应，所述引线的一端可安装在既有隧道管内，所述引线的另一端绕过滑轮后延伸至既有隧道管外。
具体实施时，安装好模型箱、既有隧道管和新建隧道管后，按照配比配制相似土体，将土体分层填筑于模型箱以及新建隧道管中；将变形监测机构安装在既有隧道管内，使得引线连接千分表与既有隧道管内侧壁，绕过滑轮后引出至既有隧道管外；养护2-3天后，按照计划的速度在新建隧道管内开挖新建隧道，最后，通过引线上的千分表即可读取既有隧道管的变形数据；完成对既有隧道变形的监测。
优选的，所述横梁两端分别可拆卸的安装有脚架。脚架在既有隧道长度方向上的两侧，且脚架与地面垂直，以通过两个脚架对横梁进行支撑，从而完成对横梁的安装，使其架设在既有隧道管内。
优选的，所述横梁倾斜设置。使得多个滑轮高低错落，能够有效的避免滑轮上的引线接触而影响千分表的测量。
优选的，所述模型箱的一侧设置有观察窗。通过观察窗方便观察试验。
优选的，还包括应变片，所述应变片安装在新建隧道管与既有隧道管多个断面的四周。采用应变片监测既有隧道与新建隧道的衬砌内力。
优选的，还包括土压力盒，所述土压力盒埋设于下穿位置处新建隧道管与既有隧道管断面的四周。通过土压力盒监测地层土压力。
相对于现有技术，本实用新型至少具有如下优点：
1.将变形监测机构安装在既有隧道管内，使得引线连接千分表与既有隧道管内侧壁，绕过滑轮后引出至既有隧道管外；养护2-3天后，按照计划的速度在新建隧道管内开挖新建隧道，最后，通过引线上的千分表即可读取既有隧道管的变形数据；完成对既有隧道变形的监测，解决了既有隧道变形不易监测的技术难题。
2.通过千分表、应变片、土压力盒等仪器的检测，可综合得到新建隧道下穿影响下既有隧道变形与受力、新建隧道本身受力、地层应力以及地表沉降变形规律。
3.模型试验装置结构简单，安装、使用便捷，数据明确。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本实施例提供的隧道下穿既有隧道模型试验装置的立体图。
图2为本实施例提供的变形监测机构的结构示意图。
图3为本实施例提供的应变片的截面位置图。
图4为本实施例提供的图3中A-A的截面图。
图5为本实施例提供的土压力盒的截面位置图。
图6为本实施例提供的图5中B-B的截面图。
附图标记：1-模型箱，2-既有隧道管，3-新建隧道管，4-变形监测机构，41-横梁，42-滑轮，43-引线，44-脚架，5-应变片，6-土压力盒。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
在本实用新型中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
在本实用新型中，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。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实用新型中的具体含义。
参见图1-图2，本实用新型提供的实施例：一种隧道下穿既有隧道模型试验装置，包括：模型箱1、既有隧道管2、新建隧道管3、土体及变形监测机构4，模型箱1由前后左右侧钢板和底部钢板组成，各钢板间采用螺栓连接，组成可拆卸的模型箱1；模型箱1的尺寸可以为2000mm×900mm×1400mm；且模型箱1四面需切割出隧道断面形状，隧道断面形状由实际隧道断面经几何相似比计算确定，埋深由实际隧道埋深经几何相似比计算确定；进一步的，模型箱1的一侧设置有观察窗；通过观察窗方便观察试验；模型箱1的一侧可完全或局部替换为透明亚克力板或玻璃等透明材质，来组成观察窗；既有隧道管2贯穿模型箱1且与模型箱1固定连接；新建隧道管3贯穿模型箱1且与模型箱1固定连接；新建隧道管3与既有隧道管2交叉设置且位于既有隧道管2的下方；具体的，模型箱1中既有隧道管2与新建隧道管3轴向正交，既有隧道管2和新建隧道管3由不锈钢板材圈成，不锈钢板材厚度由实际隧道断面衬砌经抗弯刚度相似比计算确定，长度根据模型箱1尺寸适当延长，以便于试验为原则；土体填充于模型箱1和新建隧道管3内；变形监测机构4包括横梁41、滑轮42和引线43；横梁41可安装在既有隧道管2内，多个滑轮42沿横梁41的长度方向安装在横梁41上，引线43与滑轮42一一对应，引线43的一端可安装在既有隧道管2内，引线43的另一端绕过滑轮42后延伸至既有隧道管2外。具体的，横梁41可用角钢加工，横梁41断面尺寸需比隧道断面小；引线43可以为细铜丝制成，多根引线43安装在既有隧道管2内一端下方的内侧壁上，剩余的引线43安装在既有隧道管2内另一端上方的内侧壁上，以便对既有隧道的拱顶和拱底处进行检测。
具体实施时，安装好模型箱1、既有隧道管2和新建隧道管3后，按照配比配制相似土体，将土体分层填筑于模型箱1以及新建隧道管3中；将变形监测机构4安装在既有隧道管2内，使得引线43连接千分表与既有隧道管2内侧壁，绕过滑轮42后引出至既有隧道管2外；养护2-3天后，按照计划的速度在新建隧道管3内开挖新建隧道，且开挖的过程中可采用红外测距仪测量隧道开挖掌子面进深，确保开挖进尺满足要求；隧道开挖进尺可由实际工程进尺经几何相似比计算确定，也可根据试验尺度及要求综合确定；也可采用多通道数据采集仪进行下穿隧道模型试验开挖全过程中的数据采集，采集频率可设定为1s一次；还可采用千分表监测既有隧道管2正上方处的地表沉降，千分表通过磁性表座固定于模型箱1上。最后，通过引线43上的千分表即可读取既有隧道管2的变形数据；完成对既有隧道变形的监测。
参见图1-图2，在其他实施例中，横梁41两端分别可拆卸的安装有脚架44。脚架44在既有隧道长度方向上的两侧，且脚架44与地面垂直，以通过两个脚架44对横梁41进行支撑，从而完成对横梁41的安装，使其架设在既有隧道管2内。
参见图1-图2，在其他实施例中，横梁41倾斜设置。使得多个滑轮42高低错落，能够有效的避免滑轮42上的引线43接触而影响千分表的测量。
参见图3-图4，在其他实施例中，还包括应变片5，应变片5安装在新建隧道管3与既有隧道管2多个断面的四周；具体实施时，新建隧道管3的5个断面和既有隧道管2的3个断面处的四周分别安装有应变片5，采用应变片5监测既有隧道与新建隧道的衬砌内力。
参见图5-图6，在又一实施例中，还包括土压力盒6，土压力盒6埋设于下穿位置处新建隧道管3与既有隧道管2断面的四周；具体的，土压力盒6的导线沿模型箱1边缘引出，通过土压力盒6监测地层土压力。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (6)
1.一种隧道下穿既有隧道模型试验装置，其特征在于，包括：
模型箱；
既有隧道管，所述既有隧道管贯穿模型箱且与模型箱固定连接；
新建隧道管，所述新建隧道管贯穿模型箱且与模型箱固定连接；所述新建隧道管与既有隧道管交叉设置且位于既有隧道管的下方；
土体，所述土体填充于模型箱和新建隧道管内；及
变形监测机构，所述变形监测机构包括横梁、滑轮和引线；所述横梁可安装在既有隧道管内，多个所述滑轮沿横梁的长度方向安装在横梁上，所述引线与滑轮一一对应，所述引线的一端可安装在既有隧道管内，所述引线的另一端绕过滑轮后延伸至既有隧道管外。
2.根据权利要求1所述的隧道下穿既有隧道模型试验装置，其特征在于，所述横梁两端分别可拆卸的安装有脚架。
3.根据权利要求1所述的隧道下穿既有隧道模型试验装置，其特征在于，所述横梁倾斜设置。
4.根据权利要求1所述的隧道下穿既有隧道模型试验装置，其特征在于，所述模型箱的一侧设置有观察窗。
5.根据权利要求1所述的隧道下穿既有隧道模型试验装置，其特征在于，还包括应变片，所述应变片安装在新建隧道管与既有隧道管多个断面的四周。
6.根据权利要求1所述的隧道下穿既有隧道模型试验装置，其特征在于，还包括土压力盒，所述土压力盒埋设于下穿位置处新建隧道管与既有隧道管断面的四周。
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