[发明专利]结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置及应用

说明书

本发明涉及一种结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置及应用，该装置包括模型箱、隧道模拟单元、基坑围护结构模拟单元、千斤顶加载单元和数据采集单元；隧道模拟单元具有多对可闭合隧道接口以及可通过可闭合隧道接口插入模型箱内的预制隧道管，基坑围护结构模拟单元具有两个垂直于模型箱前后箱壁设置于模型箱内的基坑围护结构挡板，千斤顶加载装置可以在指定位置进行加载模拟地表超载情况，数据采集装置则可记录试验过程中采集到的监测数据。与现有技术相比，本发明除了可以模拟一般的基坑和隧道工程外，还可以模拟左右平行隧道、上下平行隧道、平行基坑以及隧道基坑相互影响等多种复杂工况，提高了模型箱的利用率，节约了试验成本。

技术领域

本发明属于隧道及地下工程施工试验技术领域，尤其是涉及一种结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置及应用。

背景技术

随着城市中地铁及各类地下工程建设需求的增多，出现了越来越多近接交叉的隧道施工工况。由于环境限制及设计规划的影响，新建隧道和既有隧道、甚至不同新建隧道之间的距离都越来越近。这无疑使得工程整体趋于复杂，并大大增加了施工难度和风险。因此，对各类近接隧道的受力及变形特征进行研究具有重要意义。

目前，采用室内模型试验的方法去模拟复杂的实际工程问题是岩土工程领域广泛应用的研究方法。而关于模拟各类隧道施工方法开挖的试验已经很多，功能各异的模型箱也层出不穷。通常模型箱的基本功能大都是在模拟的地层条件中按比例设置隧道结构，然后类比施工工况进行开挖，并观察这一过程中的结构受力、变形及周边土体变形等情况。

但是，目前模拟隧道开挖的各类试验箱中的隧道尺寸及位置大多是固定的，并且可模拟的施工方法较为单一，或为明挖基坑，或为暗挖隧道，极少同时考虑二者。可见，传统的模型试验箱适用范围有很大的局限，难以有针对性地模拟当前城市中越来越多的不同尺寸规格的近接明暗挖隧道。因此，很有必要开发一种可以同时考虑明挖基坑与暗挖隧道且能够快速方便地调节二者尺寸的模型试验装置，以最大程度上满足在室内简便快捷地模拟实际工程中不同隧道尺寸及间距的需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置及应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种结合基坑与隧道的多功能组合拼装式模型试验箱装置，包括：

模型箱，具有长方体形钢框架以及设置于钢框架底部和四周的箱壁，钢框架的顶部向上延伸形成行车梁，

隧道模拟单元，具有多对分别设置于模型箱前后箱壁相对位置处的可闭合隧道接口以及可通过任一对可闭合隧道接口插入模型箱内且两端被可闭合隧道接口锁定的至少一个预制隧道管(用以在试验中模拟隧道衬砌结构)，多对可闭合隧道接口呈阵列状排列，

基坑围护结构模拟单元，可选择地设置于模型箱内，具有两个垂直于模型箱前后箱壁设置于模型箱内的基坑围护结构挡板，所述的基坑围护结构挡板的顶部两端可与模型箱前后箱壁顶部滑动连接，

千斤顶加载单元，由活动设置于行车梁上并可在水平方向移动的千斤顶本体以及与千斤顶本体连接的加载控制装置组成，

数据采集单元，包括数据采集装置，用于采集试验过程中监测得到的包括结构应力、应变及土压力在内的数据。

本发明在试验时通过控制装置控制千斤顶本体沿水平纵向或横向移动至指定位置施加荷载，可模拟地面堆载、重型车辆行驶等地表超载等情况。

优选地，基坑围护结构模拟单元，设置于隧道模拟单元的左侧或右侧，所述的基坑围护结构挡板通过与模型箱前后箱壁顶部滑动连接，用于两个基坑围护结构挡板之间以及基坑围护结构模拟单元和隧道模拟单元之间的距离的调节。

优选地：