[发明专利]一种地面堆载影响既有地铁隧道的室内模型试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及一种地面堆载影响既有地铁隧道的室内模型试验装置，包括加载装置、主体框架结构、抽屉式箱盒结构和隧道模型；主体框架结构包括钢板、矩形连接钢管和水平滑道，主体框架结构的侧面和底部由钢板围成，左右两侧的钢板之间前后面各架设矩形连接钢管，上下的矩形连接钢管之间形成空心的隔间，隔间的两侧底边处设置水平滑道；加载装置包括移动式反力梁、移动式千斤顶和顶力架，移动式反力梁平行架设在钢板顶部，移动式千斤顶设置在移动式反力梁底部；顶力架安装在土体表面。本发明的有益效果是：加载装置结构简单，操作方便；抽屉式的设计结构实现快速更换隧道模型；同一模型箱可模拟多种工况；试验操作快捷，加快试验进度。

技术领域

本发明属于岩土及地下工程中的隧道工程技术领域，特别涉及一种地面堆载影响既有地铁隧道的室内模型试验装置及试验方法。

背景技术

随着城市基础设施建设的发展和城市地下空间的进一步开发，轨道交通已经成为了很多大城市公交系统的重要组成部分，而地铁盾构隧道又是城市轨道交通的主要结构形式，不可避免地变得越来越密集。但在实际的地铁隧道开挖和运营过程中，却常常出现各类的安全事故，造成大量损失，因此工程界也对隧道结构安全等方面展开了大量的研究。其中，利用相似理论为基础的物理模型试验是目前研究和分析隧道安全问题的一种重要手段。

对于高楼林立的城市范围内，地面上大面积的堆载现象时常出现，而作为对结构安全性要求较高的地铁管线毫无疑问会受到临近地表堆载的影响，造成隧道出现结构变形或管线沉降等问题。现在，大量的学者也利用室内的缩尺寸模型在实验室内模拟地面堆载对既有盾构隧道结构的影响。但普遍存在模拟情况单一的问题，即模型箱内仅仅只能模拟单一埋深、单一管径、单一位置关系情况下的隧道加载影响情况。而现实中，不同隧道管线分布于不同埋深、不同的土层中，管线与管线之间又存在着平行、垂直、斜交等位置关系，这些客观存在的不同工况使得隧道的施工和运营安全本身就存在很大的差异性。但现在的室内缩尺寸模型试验根本无法在短时间内完成多种条件的模拟。隧道模型在制作完成之后预先埋入模型箱内，需要花费大量的人力和时间去安装测量设备及装卸试验土体。这也使得单个室内模型试验的耗时时间长，导致整个试验周期延长，限制了模型试验的推广及应用。

综上所述，现有的用于模拟地面堆载对盾构隧道管片影响的缩尺寸模型箱本身功能还存在着很多的不足。即模拟工况单一，隧道一经埋入即确定了埋深、管径、管线相互位置关系，甚至连堆载的作用点位也已确定，试验过程中无法在短时间内做出临时的调整和变化。其次，巨大的模型箱为一体化设计，测量设备的安装和土料的装卸都需要耗费大量的人力和时间，拖慢试验进度。针对上述问题，亟需通过改进技术来进行解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种地面堆载影响既有地铁隧道的室内模型试验装置及试验方法。

这种地面堆载影响既有地铁隧道的室内模型试验装置，包括加载装置、主体框架结构、抽屉式箱盒结构和隧道模型；

主体框架结构包括钢板、矩形连接钢管和水平滑道，主体框架结构的侧面和底部由钢板围成，左右两侧的钢板之间前后面各架设矩形连接钢管，上下的矩形连接钢管之间形成空心的隔间，隔间的两侧底边处设置水平滑道；

加载装置包括移动式反力梁、移动式千斤顶和顶力架，移动式反力梁平行架设在钢板顶部，移动式千斤顶设置在移动式反力梁底部；顶力架安装在土体表面，一端紧贴试验土体，另一端与移动式千斤顶连接；

矩形连接钢管间的隔间内安装有抽屉式箱盒结构，抽屉式箱盒结构架设在水平滑道上；抽屉式箱盒结构侧面由钢板围成，底部四角位置设置斜向固定钢板，左右侧面的钢板底部均安装水平滑道，形成上下空心的抽屉式结构；前后侧面的钢板底部靠近斜向固定钢板的位置均设置槽口，槽口内安装隔层钢板；