本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)推進(jìn)模擬試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

采用盾構(gòu)法施工具有掘進(jìn)速度快、質(zhì)量?jī)?yōu)、對(duì)周圍環(huán)境影響小、施工安全性相對(duì)較高等優(yōu)點(diǎn)。但是盾構(gòu)施工也會(huì)帶來一系列的問題，因此需要提前在實(shí)驗(yàn)室模擬盾構(gòu)的施工過程，以便了解盾構(gòu)施工對(duì)地表變形的影響規(guī)律。

盾構(gòu)施工造成的地表變形主要是因?yàn)榈貙拥膿p失，提前模擬出盾構(gòu)施工過程中地層的損失情況，同時(shí)可以根據(jù)不同的工程背景模擬不同的工況，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。

目前的盾構(gòu)隧道地表變形數(shù)值主要由peck公式計(jì)算，也可通過其他理論計(jì)算得到。但實(shí)際工程往往條件復(fù)雜，經(jīng)過理論計(jì)算所得變形數(shù)值準(zhǔn)確率不高，而實(shí)際工程中對(duì)變形數(shù)值規(guī)定嚴(yán)格，因此運(yùn)用理論計(jì)算和試驗(yàn)?zāi)M非常重要。試驗(yàn)?zāi)M可以提高準(zhǔn)確率，從而滿足工程實(shí)際要求。

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)明提供一種盾構(gòu)推進(jìn)模擬試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：

盾構(gòu)推進(jìn)模擬試驗(yàn)裝置，包括箱體和盾構(gòu)推進(jìn)模型，所述盾構(gòu)推進(jìn)模型包括粗細(xì)相套的盾構(gòu)推進(jìn)裝置和隧道模型；

所述箱體的頂端設(shè)有用于放入土體的開口，所述箱體相對(duì)的兩側(cè)均設(shè)有可供盾構(gòu)推進(jìn)裝置穿過的通孔，且兩通孔同軸設(shè)置；

所述盾構(gòu)推進(jìn)裝置呈一端開口一端帶有筒底的筒狀，且筒底上設(shè)有軸向把手；所述隧道模型呈管狀，且隧道模型穿過盾構(gòu)推進(jìn)裝置的開口并位于盾構(gòu)推進(jìn)裝置的內(nèi)腔內(nèi)；盾構(gòu)推進(jìn)裝置與隧道模型同軸設(shè)置，盾構(gòu)推進(jìn)裝置可沿隧道模型軸向滑動(dòng)地套設(shè)在隧道模型上，且盾構(gòu)推進(jìn)裝置的外表面上沿軸向設(shè)有刻度；

所述隧道模型由若干塊弧形的管片緊密拼接而成，且相鄰兩塊管片通過若干組連接裝置相連并固定；所述連接裝置包括相對(duì)設(shè)置在相鄰兩管片的相鄰邊上的徑向孔，所述徑向孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)螺栓，螺栓的兩端貫穿徑向孔，即螺栓的兩端外露于管片；兩個(gè)螺栓的外端通過連接片固定連接，且連接片貼著相鄰兩塊管片的外壁面，兩個(gè)螺栓的內(nèi)端通過螺帽擰緊，以將相鄰兩管片夾緊在連接片和螺帽之間。

進(jìn)一步，所述盾構(gòu)推進(jìn)裝置為鋼管。

進(jìn)一步，盾構(gòu)推進(jìn)裝置的外徑與通孔的孔徑相等。

進(jìn)一步，所述螺帽為蝴蝶螺帽。

進(jìn)一步，所述管片包括沿沿隧道模型的周向延伸的弧形長邊和沿隧道模型的軸向延伸的直線短邊，2條弧形長邊和2條直線短邊上均等間距設(shè)有兩個(gè)徑向孔。

采用本發(fā)明所述的盾構(gòu)推進(jìn)模擬試驗(yàn)裝置實(shí)施的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

步驟1，將管片緊密拼接成管狀隧道模型；

步驟2，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3，自箱體一側(cè)的通孔沿通孔的軸向向箱體內(nèi)放入盾構(gòu)推進(jìn)裝置，并使把手從另一側(cè)的通孔內(nèi)露出；

步驟4，自盾構(gòu)推進(jìn)裝置一端的開口向盾構(gòu)推進(jìn)裝置內(nèi)放入隧道模型；

步驟5，向箱體內(nèi)繼續(xù)填充預(yù)定量的土體并壓實(shí)；

步驟6，確保隧道模型不動(dòng)，并握住盾構(gòu)推進(jìn)裝置的把手按預(yù)定速度向箱體外抽出盾構(gòu)推進(jìn)裝置，隧道模型逐漸與土體接觸，且盾構(gòu)推進(jìn)裝置最終與箱體分離，以模擬盾構(gòu)推進(jìn)施工構(gòu)造隧道的過程。

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)室模擬盾構(gòu)的施工過程，以便了解盾構(gòu)施工對(duì)地表變形的影響規(guī)律。

3、本發(fā)明利用管片拼接成管狀隧道模型，更貼合實(shí)際，模擬效果更準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的試驗(yàn)裝置的正視圖。

圖2是盾構(gòu)推進(jìn)模型的示意圖。

圖3是圖2的側(cè)視圖。

圖4是管片錯(cuò)縫連接時(shí)外側(cè)面的示意圖。

圖5是管片錯(cuò)縫連接時(shí)內(nèi)側(cè)面的示意圖。

圖6是管片對(duì)縫連接時(shí)外側(cè)面的示意圖。

圖7是管片對(duì)縫連接時(shí)內(nèi)側(cè)面的示意圖。

圖8是沿隧道模型的周向相鄰的兩管片的連接示意圖。

圖9是沿隧道模型的軸向相鄰的兩管片的連接示意圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖，盾構(gòu)推進(jìn)模擬試驗(yàn)裝置，包括箱體1和盾構(gòu)推進(jìn)模型，所述盾構(gòu)推進(jìn)模型包括粗細(xì)相套的盾構(gòu)推進(jìn)裝置2和隧道模型3；

所述箱體1的頂端設(shè)有用于放入土體的開口，所述箱體1相對(duì)的兩側(cè)均設(shè)有可供盾構(gòu)推進(jìn)裝置穿過的通孔，且兩通孔同軸設(shè)置；

所述盾構(gòu)推進(jìn)裝置2呈一端開口一端帶有筒底的筒狀，且筒底上設(shè)有軸向把手4；所述隧道模型呈管狀3，且隧道模型3穿過盾構(gòu)推進(jìn)裝置2的開口并位于盾構(gòu)推進(jìn)裝置2的內(nèi)腔內(nèi)；盾構(gòu)推進(jìn)裝置2與隧道模型3同軸設(shè)置，盾構(gòu)推進(jìn)裝置2可沿著隧道模型3的外表面沿軸向滑動(dòng)地套設(shè)在隧道模型3上，且盾構(gòu)推進(jìn)裝置2的外表面上沿軸向設(shè)有刻度，以計(jì)量抽出長度。

所述隧道模型3由若干塊弧形的管片8緊密拼接而成，且相鄰兩塊管片8通過若干組連接裝置相連并固定；所述連接裝置包括相對(duì)設(shè)置在相鄰兩管片的相鄰邊上的徑向孔，所述徑向孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)螺栓6，螺栓6的兩端貫穿徑向孔，即螺栓的兩端外露于管片8；兩個(gè)螺栓6的外端通過連接片5固定連接，且連接片5貼著相鄰兩塊管片8的外壁面，兩個(gè)螺栓6的內(nèi)端通過螺帽7擰緊，以將相鄰兩管片夾緊在連接片5和螺帽7之間。

所述盾構(gòu)推進(jìn)裝置2為薄鋼管，薄鋼管可有效支撐土體。

盾構(gòu)推進(jìn)裝置2的外徑與通孔的孔徑相等。

所述螺帽7為蝴蝶螺帽。

所述隧道模型3的外徑略小于盾構(gòu)推進(jìn)裝置2的外徑，以此模擬盾構(gòu)刀盤略大于襯砌直徑。

所述管片8包括沿隧道模型3的周向延伸的弧形長邊和沿隧道模型3的軸向延伸的直線短邊，2條弧形長邊和2條直線短邊上均等間距設(shè)有兩個(gè)徑向孔。

采用本發(fā)明所述的盾構(gòu)推進(jìn)模擬試驗(yàn)裝置實(shí)施的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

步驟1，將管片8緊密拼接成管狀隧道模型3；

步驟2，向箱體1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3，自箱體1一側(cè)的通孔沿通孔的軸向向箱體內(nèi)放入盾構(gòu)推進(jìn)裝置2，并使把4手從另一側(cè)的通孔內(nèi)露出；

步驟4，自盾構(gòu)推進(jìn)裝置2一端的開口向盾構(gòu)推進(jìn)裝置2內(nèi)放入隧道模型3；

步驟5，向箱體1內(nèi)繼續(xù)填充預(yù)定量的土體并壓實(shí)；

步驟6，確保隧道模型3不動(dòng)，并握住盾構(gòu)推進(jìn)裝置2的把手4按預(yù)定速度向箱體1外抽出盾構(gòu)推進(jìn)裝置2，隧道模型2逐漸與土體接觸，且盾構(gòu)推進(jìn)裝置2最終與箱體1分離，以模擬盾構(gòu)推進(jìn)施工構(gòu)造隧道的過程；

對(duì)于步驟1，可分以下步驟實(shí)現(xiàn)：

第一步，將一根完整的pe管切割成預(yù)定數(shù)量的管片：先確定管片的連接縫位置(可分為對(duì)縫連接和錯(cuò)縫連接，如圖4和圖6)和徑向孔位置，并做標(biāo)記；再對(duì)每一塊管片進(jìn)行編號(hào)；最后，沿連接縫將pe管切割成管片，且在徑向孔位置標(biāo)記處打孔。

第二步，將管片按編號(hào)順序用連接裝置連接，以構(gòu)成隧道模型3。

可在步驟5結(jié)束后、步驟6開始之前，在土體上安裝試驗(yàn)測(cè)試儀器(如千分表)，以測(cè)量在步驟6實(shí)施的過程中土體的沉降情況。

本說明書實(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。