[发明专利]一种模拟既有隧道内集中堆载的模型试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟既有隧道内集中堆载的模型试验装置及试验方法，该装置包括模型箱，模型箱内部设置有上下布置的地层损失模拟装置和既有隧道模型；既有隧道模型包括管体和安装在管体两端的端口盖，管体内部设置道床板、基准梁、封闭集水槽，基准梁的两端穿过管体的两端的端口盖后固定在模型箱上；封闭集水槽布置在道床板上，每个封闭集水槽单独连接一根输水管，输水管引出模型箱后由供水装置对封闭集水槽进行注水；既有隧道模型上设置监测断面，监测断面处设置检测装置。通过本发明的试验方法，可模拟隧道内堆载过程；具有快捷方便的优点；尤其在盾构近距离上穿或上方基坑开挖造成既有隧道隆起工况下，对研究压重产生的抗浮效果尤其适用。

技术领域

本发明属于盾构隧道模型试验技术领域，特别涉及一种模拟既有隧道内集中堆载的模型试验装置及试验方法，适用于既有隧道内集中堆载工况的模拟，尤其在盾构近距离上穿或上方基坑开挖造成既有隧道隆起工况下，对研究压重产生的抗浮效果尤其适用。

背景技术

邻近既有隧道的盾构上穿会造成下部既有隧道的隆起变形，造成既有隧道管片环之间出现裂缝、渗漏水或螺栓断裂等危害，严重影响已运营隧道的使用功能和安全性。为了控制既有隧道的上浮变形，常常在隧道内采用集中堆载的方式进行反压。

针对隧道内堆载来控制隧道的上浮变形在很多的工程中均有应用，国内外也有不少学者对隧道内堆载的影响规律进行研究，主要的研究方法包括数值模拟法、现场实测数据分析法和室内模型试验法。其中，数值模拟法很大程度上取决于模拟条件的选取，精度较难控制，往往误差较大；现场实测数据分析法采用实际工程测量，测量结果较为直观，准确，但也存在着现场地层形状复杂、施工条件复杂、测试原件埋设困难等缺点。室内模型试验法作为一种有效的研究方法，在保证了一定的准确性、直观性的基础上，在室内即可实现对工程实际问题的模拟，节省了大量的人力和物力。而针对盾构近距离上穿工况下，对既有隧道内压重进行的室内模型试验研究还未见到，有待进一步开展。

综上所述，现有的研究方法普遍存在着精度较难控制、测量结果不够直观、研究条件复杂、成本高、费时费力等问题，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，提供一种模拟既有隧道内集中堆载的模型试验装置及试验方法。

为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

一种模拟既有隧道内集中堆载的模型试验装置，包括模型箱，模型箱内部设置有上下布置的地层损失模拟装置和既有隧道模型；所述既有隧道模型包括管体和安装在管体两端的端口盖，管体内部设置道床板、基准梁、封闭集水槽，基准梁的两端穿过管体的两端的端口盖后固定在模型箱上；封闭集水槽布置在道床板上，每个封闭集水槽单独连接一根输水管，输水管引出模型箱后由供水装置对封闭集水槽进行注水；所述既有隧道模型上设置监测断面，监测断面处设置检测装置。

进一步的，所述地层损失模拟装置由外管和嵌套在外管内的内管组成，内管的内端固定在模型箱侧壁，外管的外端穿过模型箱一侧的接收孔后连接牵引装置。

进一步的，所述检测装置包括位移计、土压力盒和应变片，既有隧道模型内部两侧拱腰和拱顶位置均设置位移计，位移计固定在基准梁上，外部的两侧拱腰、拱顶和拱底位置均设置土压力盒，拱底位置设置应变片。

进一步的，所述供水装置包括依次设置水泵、阀门、流量计和输水管连接器。

进一步的，所述地层损失模拟装置在模型箱中靠上部的空间，高度和穿越角度均固定，既有隧道模型在下部空间，可调整所在高度和角度。既有隧道模型与地层损失模拟装置呈一定角度布置，该角度可为30°、45°、60°、90°等多个角度，用于模拟不同埋深和不同穿越角度工况下的隧道近接施工。

进一步的，所述模型箱的长宽高分别为4m×4m×3m，正面采用钢化玻璃并标有刻度，其他面采用钢板焊接。