本發(fā)明涉及一種模擬全斷面隧道施工引發(fā)地表變形的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有的全斷面法隧道施工技術(shù)中，多集中在特定的工程地質(zhì)條件下的不同全斷面法施工，而沒(méi)有相應(yīng)的模擬裝置，因此不能在實(shí)驗(yàn)室對(duì)全斷面法隧道施工過(guò)程進(jìn)行模擬，但是全斷面法隧道施工也會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，因此需要提前在實(shí)驗(yàn)室模擬的施工過(guò)程，以便了解施工對(duì)地表變形的影響規(guī)律，以此能夠快速并準(zhǔn)確的估算工程地表變形情況，為后期工程的施工做參考。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種模擬全斷面隧道施工引發(fā)地表變形的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：

模擬全斷面隧道施工引發(fā)地表變形的試驗(yàn)裝置，包括箱體、一組推進(jìn)模型和檢測(cè)裝置，所述推進(jìn)模型包括推進(jìn)裝置和隧道模型；

所述箱體的頂面設(shè)有用于放入土體的開(kāi)口，所述箱體相對(duì)的兩側(cè)面分別設(shè)有可供推進(jìn)裝置和隧道模型貫穿的通孔，且兩通孔同軸設(shè)置；

所述隧道模型呈空心的管狀，所述推進(jìn)裝置呈實(shí)心的棒狀，且隧道模型的外徑、推進(jìn)裝置的直徑和通孔的直徑均相等；推進(jìn)裝置的一端設(shè)有軸向把手，且推進(jìn)裝置的外表面上沿軸向設(shè)有刻度；

所述檢測(cè)裝置還包括用于布設(shè)在土體頂面上的若干個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)包括一個(gè)用于固定在土體頂面上的螺栓，箱體頂部的開(kāi)口處架設(shè)有橫梁，所述橫梁的下表面上對(duì)應(yīng)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)分別設(shè)有一個(gè)用于測(cè)量土體塌陷情況的千分表，且千分表的測(cè)頭向下垂直延伸并貼緊螺栓的頂面。

進(jìn)一步，所述推進(jìn)裝置為圓柱體狀的木棒。

進(jìn)一步，所述隧道模型為pe管。

進(jìn)一步，所述箱體由鋼化玻璃板組成。

進(jìn)一步，通孔位于箱體側(cè)面的中間，且兩通孔之間的長(zhǎng)度與隧道模型的長(zhǎng)度和推進(jìn)裝置的長(zhǎng)度相等。

采用本發(fā)明所述的模擬全斷面隧道施工引發(fā)地表變形的試驗(yàn)裝置實(shí)施的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

步驟1，向箱體內(nèi)填充預(yù)定量的土體并壓實(shí)，以使土體的頂面平整，且使通孔底部的切線位于土體的頂面所在的平面上；

步驟2，向箱體內(nèi)水平放入推進(jìn)裝置，推進(jìn)裝置與通孔同軸，且使推進(jìn)裝置的一端位于箱體一側(cè)的通孔處，另一端的把手經(jīng)箱體另一側(cè)的通孔外露于箱體；

步驟3，向箱體內(nèi)繼續(xù)填充預(yù)定量的土體并壓實(shí)；

步驟4，在土體6頂面上預(yù)定位置處布置測(cè)量點(diǎn)，并安裝螺栓8；

步驟5，在箱體的開(kāi)口處架設(shè)橫梁，安裝千分表，并確保千分表的測(cè)頭向下垂直延伸并貼緊螺栓的頂面；

步驟6，握住把手，按一定抽出速度自箱體一側(cè)的通孔向箱體外抽出一定長(zhǎng)度的推進(jìn)裝置，間隔預(yù)定停頓時(shí)長(zhǎng)后，從箱體另一側(cè)的通孔內(nèi)沿軸向插入隧道模型，且自隧道模型觸碰到推進(jìn)裝置后，繼續(xù)按相同的抽出速度向箱體外抽出相同長(zhǎng)度的推進(jìn)裝置，間隔相同的停頓時(shí)長(zhǎng)后，再將隧道模型向箱體1內(nèi)推進(jìn)至與推進(jìn)裝置接觸；如此反復(fù)，直至推進(jìn)裝置與箱體完全脫離，隧道模型完全位于箱體內(nèi)，以模擬全斷面隧道施工；同時(shí)在抽出推進(jìn)裝置的過(guò)程中，按預(yù)定時(shí)間間隔記錄千分表的讀數(shù)；

步驟7，以不同的抽出速度、不同的推進(jìn)裝置抽出長(zhǎng)度和不同的停頓時(shí)長(zhǎng)重復(fù)步驟6，進(jìn)行多次試驗(yàn)，并記錄；

步驟8，根據(jù)步驟6和步驟7中得到的各次試驗(yàn)的抽出速度信息、抽出長(zhǎng)度信息、停頓時(shí)長(zhǎng)信息和千分表讀數(shù)據(jù)信息，繪制各次試驗(yàn)中每個(gè)測(cè)量點(diǎn)處的試驗(yàn)時(shí)間-變形量曲線和每個(gè)測(cè)量點(diǎn)在各次試驗(yàn)中的最終變形量曲線，模擬不同施工參數(shù)與地表變形之間的確切關(guān)系，并找出全斷面隧道施工引發(fā)的土體變形量規(guī)律。

本發(fā)明可以準(zhǔn)確的模擬全斷面法隧道施工過(guò)程，從而探索和解決全斷面法隧道施工對(duì)地表及建筑物的影響問(wèn)題。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

1、本發(fā)明所述的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，方便好用。

2、利用本發(fā)明所述的裝置實(shí)施所述的試驗(yàn)方法，可在實(shí)驗(yàn)室模擬全斷面法隧道施工對(duì)地表變形的影響，得到不同施工參數(shù)與地表變形之間的確切關(guān)系，為設(shè)計(jì)與施工方案的優(yōu)化提供依據(jù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)延薪ㄖ皹?gòu)筑物的安全隱患起到有效的預(yù)測(cè)作用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是推進(jìn)裝置和隧道模型的示意圖。

圖3是圖1的正視圖。

圖4是圖1的俯視圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖，模擬全斷面隧道施工引發(fā)地表變形的試驗(yàn)裝置，包括箱體1、一組推進(jìn)模型和檢測(cè)裝置，所述推進(jìn)模型包括推進(jìn)裝置2和隧道模型3；

所述箱體1的頂端設(shè)有用于放入土體6的開(kāi)口，所述箱體1相對(duì)的兩側(cè)分別設(shè)有可供推進(jìn)裝置2和隧道模型3貫穿的通孔5，且兩通孔5同軸設(shè)置；

所述隧道模型3呈空心的管狀，所述推進(jìn)裝置2呈實(shí)心的棒狀，且隧道模型3的外徑、推進(jìn)裝置2的直徑和通孔5的直徑均相等；推進(jìn)裝置2的一端設(shè)有軸向把手4，且推進(jìn)裝置2的外表面上沿軸向設(shè)有刻度；

所述檢測(cè)裝置還包括用于布設(shè)在土體1頂面上的若干個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)包括一個(gè)用于固定在土體頂面的螺栓8，箱體1頂部的開(kāi)口處架設(shè)有橫梁7，所述橫梁7的下表面上對(duì)應(yīng)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)分別設(shè)有一個(gè)用于測(cè)量土體塌陷情況的千分表9，且千分表9的測(cè)頭向下垂直延伸并貼緊螺栓8的頂面。當(dāng)土體6下沉?xí)r，測(cè)頭會(huì)與螺栓分離，以根據(jù)測(cè)頭與螺栓的分離距離來(lái)計(jì)算土體6變形量。

所述推進(jìn)裝置2為圓柱體狀的木棒。

所述隧道模型3為pe管。

所述箱體1由鋼化玻璃板組成，相鄰鋼化玻璃板通過(guò)玻璃膠連接。

通孔5位于箱體1側(cè)面的中間，且兩通孔5之間的長(zhǎng)度與隧道模型3的長(zhǎng)度和推進(jìn)裝置2的長(zhǎng)度相等。

采用本發(fā)明所述的一種推進(jìn)模擬試驗(yàn)裝置實(shí)施的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，向箱體1內(nèi)填充預(yù)定量的土體6并壓實(shí)，以使土體6的頂面平整，且使通孔5底部的切線位于土體6的頂面所在的平面上；

步驟2，向箱體1內(nèi)水平放入推進(jìn)裝置2，推進(jìn)裝置2與通孔5同軸，且使推進(jìn)裝置2的一端位于箱體1一側(cè)的通孔處，另一端的把手經(jīng)箱體1另一側(cè)的通孔5外露于箱體1；

步驟3，向箱體1內(nèi)繼續(xù)填充預(yù)定量的土體6并壓實(shí)；

步驟4，在土體6頂面上預(yù)定位置處布置測(cè)量點(diǎn)，并安裝螺栓8；

步驟5，在箱體1的開(kāi)口處架設(shè)橫梁7，安裝千分表9，并確保千分表9的測(cè)頭向下垂直延伸并貼緊螺栓8的頂面；

步驟6，握住把手4，按一定抽出速度自箱體一側(cè)的通孔5向箱體1外抽出一定長(zhǎng)度的推進(jìn)裝置2，間隔預(yù)定停頓時(shí)長(zhǎng)后，從箱體1另一側(cè)的通孔5內(nèi)沿軸向插入隧道模型3，且自隧道模型3觸碰到推進(jìn)裝置2后，繼續(xù)按相同的抽出速度向箱體1外抽出相同長(zhǎng)度的推進(jìn)裝置2，間隔相同的停頓時(shí)長(zhǎng)后，再將隧道模型3向箱體1內(nèi)推進(jìn)至與推進(jìn)裝置2接觸；如此反復(fù)，直至推進(jìn)裝置2與箱體1完全脫離，隧道模型3完全位于箱體1內(nèi)，以模擬全斷面隧道施工；同時(shí)在抽出推進(jìn)裝置2的過(guò)程中，按預(yù)定時(shí)間間隔記錄千分表9的讀數(shù)；

步驟7，以不同的抽出速度、不同的推進(jìn)裝置2抽出長(zhǎng)度和不同的停頓時(shí)長(zhǎng)重復(fù)步驟5，進(jìn)行多次試驗(yàn)并記錄；

步驟8，根據(jù)步驟6和步驟7中得到的各次試驗(yàn)的抽出速度信息、抽出長(zhǎng)度信息、停頓時(shí)長(zhǎng)信息和千分表讀數(shù)據(jù)信息，繪制各次試驗(yàn)中每個(gè)測(cè)量點(diǎn)處的試驗(yàn)時(shí)間-變形量曲線(橫軸為自推進(jìn)裝置2開(kāi)始抽出至與箱體2完全分離所需的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的時(shí)間點(diǎn)，縱軸為每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的千分表在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上所測(cè)出的變形量)和每個(gè)測(cè)量點(diǎn)在各次試驗(yàn)中的最終變形量曲線(每個(gè)測(cè)量點(diǎn)繪制一個(gè)最終變形量曲線，橫軸為試驗(yàn)次數(shù)的編號(hào)，縱軸為每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的千分表在推進(jìn)裝置2與箱體2完全分離至土體穩(wěn)定時(shí)所測(cè)出的最終變形量)，模擬不同施工參數(shù)與地表變形之間的確切關(guān)系，并找出全斷面隧道施工引發(fā)的土體變形量規(guī)律，為實(shí)際工程提供有效的參考數(shù)據(jù)。

本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。