[发明专利]一种模拟盾构施工过程中地下管线渗漏的装置及方法

说明书

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种模拟盾构施工过程中地下管线渗漏的装置及方法，包括实验箱体，实验箱体侧壁设有观测部，实验箱体顶部设有加载部，实验箱体内部设有两盾构模拟部，两盾构模拟部互相平行且位于同一平面，盾构模拟部固接有动力部，实验箱体内设有管道，管道侧壁开设有若干渗漏孔，管道一端连通有供水部，管道位于盾构模拟部上方，管道周围设有监测部，监测部电性连接有控制系统。本发明可以达到准确的模拟盾构施工过程中地下管线渗漏、渗漏管线变形和地层沉降情况的目的。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种模拟盾构施工过程中地下管线渗漏的装置及方法。

背景技术

由于城市地下管道普遍面临老化、磨损、渗漏的现状，城市地铁隧道盾构下穿市政管线工程所面临的风险也大大加剧。通过对国内外众多工程事故案例的调查，归纳总结可以发现，管线渗漏水对底部土体的不利影响是引起事故的重要原因。在实际工程中，管道渗漏引起的工程事故主要可概括为两种类型：其一，管道本身完好无损或有细微裂缝但不发生渗漏，在盾构施工过程中由于地层过度沉降而使得管道发生开裂甚至折断，管道内部水流渗入地层，进一步加剧了地层沉降；其二管道本身存在破损及长期渗漏，使得管–隧间土体物理力学特性发生改变，降低了土体稳定性，当盾构开挖面接近管线下方时，由于地质条件的变化且盾构施工控制不当引起的地层及管线过度沉降，进而管道渗漏加剧形成恶性循环引发工程事故。特别是在双线隧道重复扰动近接下穿渗漏管线这一不利工况下，管道变形及地层沉降规律研究有助于防范盾构施工引起的管道破坏及地表塌陷风险。

通过对常用的研究手段进行对比后发现，理论解的物理意义明确，但是局限性较大，目前仅有的考虑渗漏水影响的地层沉降及管道变形解析解是将渗漏水的影响简化为管道侧向作用力得到的，作用力的大小难以确定且应用难度较大；数值计算的应用比较广泛，结果更加直观但其准确性尚需实测或者试验进行验证；模型试验考虑了试验材料、边界条件、测试方法等多因素的影响，依然是当前最为可靠的研究手段，其结果可为理论计算和数值模拟提供依据。现有的盾构下穿管线试验研究大多没有考虑管线渗漏的影响，个别考虑渗漏影响的相似模型试验忽略了近接程度和重复扰动的不利工况，因此试验结果仍然不能准确反映双线隧道近接下穿渗漏管线变形及地层沉降规律。因此亟需一种模拟盾构施工过程中地下管线渗漏的装置及方法来解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟盾构施工过程中地下管线渗漏的装置及方法，以解决上述问题，达到准确的模拟盾构施工过程中地下管线渗漏、渗漏管线变形和地层沉降情况的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种模拟盾构施工过程中地下管线渗漏的装置，包括实验箱体，所述实验箱体侧壁设有观测部，所述实验箱体顶部设有加载部，所述实验箱体内部设有两盾构模拟部，两所述盾构模拟部互相平行且位于同一平面，所述盾构模拟部固接有动力部，所述实验箱体内设有管道，所述管道侧壁开设有若干渗漏孔，所述管道一端连通有供水部，所述管道位于所述盾构模拟部上方，所述管道周围设有监测部，所述监测部电性连接有控制系统。

优选的，所述盾构模拟部包括盾壳模型和衬砌模型，所述盾壳模型和所述衬砌模型同轴设置，所述盾壳模型内径大于所述衬砌模型外径，所述盾壳模型贯穿与所述实验箱体相对的侧壁，所述盾壳模型端部与所述动力部固接。

优选的，所述动力部包括支撑板，所述支撑板上方固接有支撑立柱，所述支撑立柱转动连接有两滚轮，所述滚轮上方设置有顶板，所述顶板下方固接有定滑轮，所述定滑轮传动连接有链条，所述链条中部绕过所述滚轮，所述链条一端与所述盾壳模型固接，所述链条另一端固接有动力机构。

优选的，所述监测部包括管线应变测量部、地层位移测量部和管周土压力测量部，所述管线应变测量部包括固接在所述管道顶壁和底壁的若干应变片，所述应变片和所述控制系统电性连接。

优选的，所述地层位移测量部包括若干沉降杆，所述沉降杆顶部接触设置有数显位移计。