[发明专利]一种盾构机下穿已有盾构隧道模拟装置及模拟方法

说明书

本发明针对盾构隧道施工现场模拟过程复杂，成本过高的问题，提供一种盾构机下穿已有盾构隧道模拟装置及模拟方法，属于隧道工程领域。该模拟装置包括模型箱、加载梁、千斤顶、钢套筒及盾构管片模型；模型箱的顶部开口，开口处设置顶板，顶板与模型箱的内壁滑动连接；顶板上设置千斤顶，千斤顶上设置加载梁；模型箱内设置盾构隧道模型，盾构隧道模型的外壁上设置土压力盒和应变片，盾构隧道模型的外侧环向分布位移计；盾构隧道模型的下方模型箱上对称设置始发口和接收口，圆孔的中心连线与盾构隧道模型的轴线十字交叉；钢套筒的外径与盾构管片模型的外径相同且小于始发口和接收口。本发明可简洁有序的模拟盾构机下穿已有盾构隧道施工全过程的关键步骤，符合工程实际。

技术领域

本发明属于城市地铁、公路隧道等采用盾构法施工的管片衬砌结构隧道工程领域，具体涉及一种盾构机下穿已有盾构隧道模拟装置及模拟方法。

背景技术

随着城市建设的不断发展，地上空间已经不能满足一些大城市的交通需求，许多地下隧道正在积极建设，盾构法相较于其他开挖方法更加安全和高效，而盾构机垂直下穿已有盾构隧道的情况也越来越多，盾构垂直下穿已有隧道时存在很大的安全隐患，会造成原有盾构隧道位移变化和支护结构受力变形等问题。对此过程进行模拟有助于分析施工过程中的问题从而降低实际施工过程的风险。但盾构隧道施工现场模拟过程复杂，成本过高。因此有必要展开室内模型模拟。

目前，有些研究模拟了盾构机下穿时对上部建(构)筑物位移和变形造成的影响。但是在进行模型试验时由于千斤顶的力直接加载到模型表面并且上述研究建(构)筑物在地层表面建设，因此进行模拟实验时地表应力难以符合实际情况，盾构机所在的地层应力难以有效的被模拟。而本发明的盾构隧道模型和盾构机开挖处都在地层较深处，可根据盾构隧道埋深直接调节千斤顶的压力，而不必考虑地表压力的误差。目前仍然没有一套针对盾构机下穿已有盾构隧道模拟装置被开发出来。

发明内容

针对盾构机垂直下穿已有盾构隧道时存在很大的安全隐患，盾构隧道施工现场模拟过程复杂，成本过高的上述问题，本发明提供一种盾构机下穿已有盾构隧道模拟装置及模拟方法，省去了盾构模型的复杂装置，可以简洁有序的模拟盾构机下穿已有盾构隧道施工全过程的关键步骤，符合工程实际，并且操作简单。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种盾构机下穿已有盾构隧道模拟装置，包括内部填充模型土的模型箱、加载梁、千斤顶、钢套筒及盾构管片模型；所述模型箱的顶部开口，开口处设置顶板，顶板与模型箱的内壁滑动连接；顶板上设置千斤顶，千斤顶上设置加载梁；

模型箱内设置盾构隧道模型，盾构隧道模型的外壁上设置土压力盒和应变片，盾构隧道模型的外侧环向分布有位移计；

盾构隧道模型的下方模型箱上对称开有两个大小相同的圆孔，分别作为模拟盾构机开挖的始发口和接收口，圆孔的中心连线与盾构隧道模型的轴线呈十字交叉状；

所述盾构管片模型之间用石膏连接成环；

钢套筒的外径与盾构管片模型的外径相同且小于始发口和接收口的直径。

进一步的，所述千斤顶为三个，千斤顶与顶板接触面的形心的位置在盾构隧道模型轴线的正上方，两个千斤顶对称设置在顶板的边缘处，一个设置在顶板的中心处。

进一步的，所述模型箱的材质为透明的亚克力材料。

进一步的，所述模型土为砂土。

进一步的，所述盾构隧道模型为石膏材料制成。

本发明还提供一种盾构机下穿已有盾构隧道模拟方法，采用上述模拟装置，包括如下步骤：