[发明专利]一种含气土盾构模型实验系统及实验方法

说明书

本发明公开了一种含气土盾构模型实验系统及实验方法。模型箱体，内填充砂土，并设有盾构土体损失模拟系统、盾构机及隧道模型系统、激光测距监测系统，进行含气土模型实验；盾构机及隧道模型系统，在模型箱体内模拟盾构掘进过程实时调控掘进速度及掘进深度；盾构土体损失模拟系统，接到盾构机及隧道模型系统上，控制水囊体积实现模拟盾构掘进土体的损失；激光测距监测系统，监测模型箱体土层地表沉降并分析处理。本发明解决含气土中开挖以及沉降规律的问题，能够进行无含气土模型实验的问题，采用无接触式测量减少了实验中测量工具对实验的影响，实现更加精准高效的测量实验中的沉降量，不会对土层地表形状造成破坏等问题，更加贴近真实工况。

技术领域

本发明涉及含气土盾构模型实验技术领域的一种模型模拟系统和实验方法， 尤其涉及一种含气土盾构实验模型系统及实验方法。

背景技术

随着我国城市地下轨道交通的发展以及人们对地铁出行的需求不断增加， 为提高地下空间的利用率，新建地下隧道成为一种常见现象。近年来在我国东 部沿海和长江中下游地区的工程建设中，曾多次遇到因浅层气引发的隧道沉降、 基坑隆起、甲烷爆炸、沉井等地下工程沉陷、开裂的安全事故，造成的经济损 失案例也屡有报道，这些事故轻则影响建、构筑物的使用功能，重则造成人员 伤亡和巨大经济损失。

由于在长江三角洲及珠江三角洲地区进行地铁线路规划时，在区段内普遍 存在含浅层气地层，且该地层中以粉细砂作为主要的储气砂土，给地铁的建造 和安全运营造成极大的威胁。为降低这一影响带来的损失，需要对该现象进行 深入研究。

上述问题都涉及到含气土盾构开挖问题，为了减少甚至避免类似的事故再 次发生，有必要研发一种能够在含气土进行多种盾构实验的模型实验装置来研 究含气土中盾构开挖造成的影响以及其开挖面失稳、土体变形及地表沉降情况。

发明内容

本发明实施例的目的在是提供一种含气土盾构开挖实验模型系统及实验方 法，以至少解决相关技术中存在的含气土中开挖以及沉降规律的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例所采用的技术方案如下：

一、一种含气土盾构模型实验系统，所述含气土盾构模型实验系统包括：

模型箱体，所述模型箱体内填充砂土，并设置有盾构土体损失模拟系统、 盾构机及隧道模型系统、激光测距监测系统，用于进行一系列含气土模型实验；

盾构机及隧道模型系统，用于在模型箱体内模拟盾构掘进过程，并且实时 调控掘进速度及掘进深度；

盾构土体损失模拟系统，连接到盾构机及隧道模型系统上，通过控制水囊 的体积实现模拟盾构掘进过程中土体的损失；

激光测距监测系统，用于监测模型箱体土层地表沉降，并对地表沉降监测 情况进行分析处理。

所述盾构机及隧道模型系统包括盾构及隧道模型、液压卷扬机和传动轴， 盾构及隧道模型通过盾构模型固定底座固定于模型箱体内底部，液压卷扬机、 传动轴布置在模型箱体外，盾构及隧道模型均布置在模型箱体内；盾构及隧道 模型包括活塞、螺杆、盾构模型隧道，液压卷扬机的输出轴和传动轴一端同步 连接，传动轴另一端伸入到模型箱体内和螺杆的一端通过螺纹同轴套装连接， 螺杆的另一端经卡口和盾构模型隧道内的活塞铰接。

所述的盾构模型隧道为半圆柱体结构，活塞为半圆片结构。

所述盾构土体损失模拟系统包括若干水袋、水管、抽水机、排水管，盾构 模型隧道外圆周面上布置有若干水袋，抽水机布置在模型箱体外，水袋经水管 和抽水机的进水口连接，抽水机的出水口连接排水管。

还包括气囊模拟系统，所述气囊模拟系统包括含气气囊、气管、气阀、抽 气机和排气管，气囊预先埋设在模型箱体的砂土中，气囊经气管、气阀后和模 型箱体外部的抽气机的进气口连接，抽气机出气口经排气管连接大气；