專利名稱：一種模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置的制作方法
技術領域：
:本實用新型屬于地下工程實驗技術領域，可以模擬盾構隧道施工引起地層變形的過程，并為設計與施工方案的優化提供依據，對施工現場周圍已有建筑及構筑物的安全隱患起到有效的預測作用。
技術背景:在現有的盾構隧道施工模型實驗技術中，多集中在盾構掘進機模型技術、加載技術、模型變形的立體攝影測量技術、數字照相變形測量技術、隧道模型材料配比研究等方面。主要解決管片結構的受力問題、隧道結構與圍巖的相互作用問題、開挖面的穩定性問題、盾構隧道與鄰近構筑物相互作用問題，以及盾構隧道滲透性、涌水、壁后注漿效應等問題。而本實用新型主要是解決盾構隧道施工對地層、地表及建筑物的影響問題。在現有的模擬裝置與方法中，存在一個共同的缺點，就是在模擬盾構隧道施工時無法實現簡單精確的控制地層損失量，相應的也就得不到地層損失率與上覆巖土體變形之間的確切關系。本實用新型研制了一種地層損失模擬系統，作為該模擬裝置的核心部分，可較為準確地測量不同地層結構下的隧道施工的地層損失量，與地層和地表的變形監測值相結合，以探索和解決盾構隧道施工對地層、地表及建筑物的影響問題
實用新型內容
:本實用新型的裝置是一套能夠模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置，主要解決了以下技術問題:(I)地層損失簡單精確的控制。本裝置通過在隧道模擬裝置周圍安裝地層損失模擬系統來代替隧道周圍擾動土體，將密閉水袋9中的水有步驟的排出，并通過止水閥門12和量桶15精確地控制排水量，由此模擬出地層損失的全過程。(2)模擬裝置的簡便安裝與操作。巖土工程領 域的模擬實驗通常都需要體積比較龐大的模擬裝置來實現，因此，模擬裝置的制作、安裝與操作往往比較復雜、比較困難。本裝置采用模型箱框架I與鋼化玻璃標準塊2作為拼裝材料，實現了模擬裝置的簡單拼裝與拆卸，不僅操作簡易，而且能夠回收利用，節省試驗成本。本實用新型裝置的主要技術關鍵是將模型箱框架I與鋼化玻璃標準塊2拼裝成模型箱后，將相似材料土層6分層填入模型箱并夯實，期間將隧道模擬裝置與地層損失模擬系統在預先計算好的位置處植入，最后在表層處安裝地表沉降測量系統。地層損失模擬系統啟動，通過止水閥門12與量桶15精確控制地層損失量，相應地層發生變形，地表沉降通過地表沉降測量系統精確測出。因此可以簡易精確的測出地層損失率與地表沉降之間關系O本實用新型采用如下技術方案:—種模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置，包括模型箱及地層系統、隧道模擬系統、地層損失模擬系統、地表沉降測量系統。模型箱及地層系統，包括模型箱框架1、鋼化玻璃塊2、基準鋼梁5、相似材料土層6、標志線7、隧道孔洞18，進水管及排水管孔洞19 ;模型箱框架I與鋼化玻璃塊2連接形成模型箱，相似材料土層6分層填入模型箱并夯實，在需要觀察內部土層沉降的深度處植入標志線7，最后鋼梁5固定于模型箱頂部縱向中央部位，隧道孔洞18與進水管及排水管孔洞19位于模型箱底部；隧道模擬裝置，包括聚氯乙烯隧道模型8、聚氯乙烯圓板支撐13 ;3道聚氯乙烯圓板支撐13等間距置于聚氯乙烯隧道模型8的圓孔中，然后用密閉水袋9將聚氯乙烯隧道模型8環向緊密包裹后植入隧道孔洞18中；地層損失模擬系統，包括密閉水袋9、進水管10、排水管11、止水閥門12、密閉水袋支撐14、量桶15、壓力水泵16 ;密閉水袋支撐14均勻布置于密閉水袋9中，密閉水袋9緊密包圍聚氯乙烯隧道模型8，進水管10與排水管11分別連接于密閉水袋9的一側邊緣，并通過進水管及排水管孔洞19引出，進水管1 0與排水管11上分別配置有一個止水閥門12，進水管10的進水口與壓力水泵16連接，排水管11出水口處放置一個量桶15 ；地表沉降測量系統，包括百分表3，磁性座4。磁性座4固定于基準鋼梁5上，百分表3安裝在磁性座4上。模型箱框架I與鋼化玻璃塊2通過螺栓連接。所述的標志線7可換為標志層。本實用新型可以取得如下有益效果:1、本實用新型可以在模擬盾構隧道施工時簡單精確的控制地層損失量，得到地層損失率與上覆巖土體變形之間的確切關系，為設計與施工方案的優化提供依據，對施工現場周圍已有建筑及構筑物的安全隱患起到有效的預測作用。2、本實用新型裝置不僅可以簡單拼裝與拆卸，操作簡易，而且能夠回收利用，節省試驗成本。

:圖1:一種模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置的俯視圖；圖2: —種模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置的正立面圖；圖3: —種模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置的側立面圖；圖4:一種模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置1-1的剖面圖；圖5:—種模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置2-2的剖面圖；圖中:1.模型箱框架，2.鋼化玻璃塊，3.百分表，4.磁性座，5.基準鋼梁，6.相似材料土層，7.標志線，8.聚氯乙烯隧道模型，9.密閉水袋，10.進水管，11.排水管，12.止水閥門，13.聚氯乙烯圓板支撐，14.密閉水袋網架，15.量桶16.壓力水泵，17.加強肋板，18.隧道孔洞，19.進水管及排水管孔洞。
具體實施方式
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以下結合附圖和具體實施方式
對于本實用新型做進一步說明:如圖1至圖5所示的一種模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置，包括模型箱及地層系統、隧道模擬系統、地層損失模擬系統、地表沉降測量系統。模型箱及地層系統，包括模型箱框架1、鋼化玻璃塊2、基準鋼梁5、相似材料土層
6、標志線(層)7、隧道孔洞18，進水管及排水管孔洞19 ;模型箱框架I與鋼化玻璃塊2連接形成模型箱，相似材料土層6分層填入模型箱并夯實，在需要觀察內部土層沉降的深度處植入標志線(層)7，最后鋼梁5固定于模型箱頂部縱向中央部位，隧道孔洞18與進水管及排水管孔洞19位于模型箱底部；隧道模擬裝置，包括聚氯乙烯隧道模型8、聚氯乙烯圓板支撐13 ;3道聚氯乙烯圓板支撐13等間距置于聚氯乙烯隧道模型8的圓孔中，然后用密閉水袋9將聚氯乙烯隧道模型8環向緊密包裹后植入隧道孔洞18中；地層損失模擬系統，包括密閉水袋9、進水管10、排水管11、止水閥門12、密閉水袋支撐14、量桶15、壓力水泵16 ;密閉水袋支撐14均勻布置于密閉水袋9中，密閉水袋9緊密包圍聚氯乙烯隧道模型8，進水管10與排水管11分別連接于密閉水袋9的一側邊緣，并通過進水管及排水管孔洞19引出，進水管10與排水管11上分別配置有一個止水閥門12，進水管10的進水口與壓力水泵16連接，排水管11出水口處放置一個量桶15 ；地表沉降測量系統，包括百分表3，磁性座4。磁性座4固定于基準鋼梁5上，百分表3安裝在磁性座4上。模型箱框架I與鋼化玻璃塊2通過螺栓連接。本實用新型裝置的工作原理是用相似材料模擬土層結構，隧道模擬裝置模擬隧道結構，地層損失模擬系統模擬隧道周圍擾動土體及地層損失的全過程。裝置安裝完畢后，地層損失模擬系統啟動，將事先已經用壓力水泵16充滿水的密閉水袋9通過排水管11分步排水，并通過止水閥門12與量桶15精確地控制排水量，并記錄排水量，模擬地層損失，與之相應地層發生變形，地表隨之發生沉降，地表沉降通過百分表精確測出，記錄測量值。通過換算計算出地層損失率，并與沉降測量值一同制成表格和圖像，從而可以簡便精確的測出不同地層結構下地層損失率與 地表沉降之間關系。
權利要求1.一種模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置，其特征在于:其包括模型箱及地層系統、隧道模擬系統、地層損失模擬系統、地表沉降測量系統； 模型箱及地層系統，包括模型箱框架(1)、鋼化玻璃塊(2)、基準鋼梁(5)、相似材料土層(6)、標志線(7)、隧道孔洞(18)，進水管及排水管孔洞(19);模型箱框架(1)與鋼化玻璃塊(2 )連接形成模型箱，相似材料土層(6 )分層填入模型箱并夯實，在需要觀察內部土層沉降的深度處植入標志線(7)，鋼梁(5)固定于模型箱頂部縱向中央部位，隧道孔洞(18)與進水管及排水管孔洞(19)位于模型箱底部； 隧道模擬裝置，包括聚氯乙烯隧道模型(8)、聚氯乙烯圓板支撐(13) ;3道聚氯乙烯圓板支撐(13)等間距置于聚氯乙烯隧道模型(8)的圓孔中，用密閉水袋(9)將聚氯乙烯隧道模型(8)環向緊密包裹后植入隧道孔洞(18)中； 地層損失模擬系統，包括密閉水袋(9)、進水管(10)、排水管(11)、止水閥門(12)、密閉水袋支撐(14)、量桶(15)、壓力水泵(16);密閉水袋支撐(14)均勻布置于密閉水袋(9)中，密閉水袋(9)緊密包圍聚氯乙烯隧道模型(8)，進水管(10)與排水管(11)分別連接于密閉水袋(9 )的一側邊緣，并通過進水管及排水管孔洞(19 )引出，進水管(10 )與排水管(11)上分別配置有一個止水閥門(12)，進水管(10)的進水口與壓力水泵(16)連接，排水管(11)出水口處放置一個量桶(15)； 地表沉降測量系統，包括百分表(3)，磁性座(4);磁性座(4)固定于基準鋼梁(5)上，百分表(3 )安裝在磁性座(4 )上。
2.根據權利要求1所述的一種模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置，其特征在于:模型箱框架(I)與鋼化玻璃塊(2)通過螺栓連接。
3.根據權利要求1所述的一種模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置，其特征在于:所述的標志線 (7)可換為標志層。
專利摘要模擬地鐵盾構隧道施工引發地層變形的試驗裝置，屬地下工程實驗領域，模型箱框架(1)與鋼化玻璃塊(2)連接形成模型箱，相似材料土層(6)填入模型箱，在部土層沉降的深度處植入標志線(7)，鋼梁(5)固定于模型箱，隧道孔洞(18)與進水管及排水管孔洞(19)位于模型箱底部；聚氯乙烯圓板支撐(13)置于聚氯乙烯隧道模型(8)的圓孔中，用密閉水袋(9)將聚氯乙烯隧道模型(8)包裹后植入隧道孔洞(18)中密閉水袋(9)包圍聚氯乙烯隧道模型(8)，進水管(10)與排水管(11)分別連接于密閉水袋(9)的邊緣，通過進水管及排水管孔洞(19)引出；本實用新型可簡便測出不同地層結構下地層損失率與地表沉降間關系。
文檔編號G01N33/24GK203132854SQ201320033769
公開日2013年8月14日 申請日期2013年1月22日 優先權日2013年1月22日
發明者姚愛軍, 王成, 房師軍, 彭虎, 翟玉新 申請人:北京工業大學