模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置，属于工程施工技术领域，包括模型箱，模型箱一侧安装整圆模型，连接孔内外侧分别安装连接法兰和整圆安装座；在模型箱上整圆模型的一侧安装半圆模型，在套筒能够贴合的该侧有机玻璃处开两个小孔，用于固定半圆安装座，伸出螺旋杆；模型箱内部放置既有结构模型。本发明专利技术可以进行不同埋深、不同开挖方式及不同超前支护影响研究中；可以较好模拟隧道失稳引起的周围地层及邻近既有结构的变形和应力情况，并可以较为准确测出隧道失稳塌方对周围环境的影响；可为隧道工程现场施工提供数据，对于制定浅埋暗挖隧道施工技术标准以及周围地层和邻近既有结构的安全保护措施提供理论参考。供理论参考。供理论参考。

【技术实现步骤摘要】
模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置


[0001]本专利技术涉及工程施工
，具体涉及一种模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置。

技术介绍

[0002]对于浅埋暗挖隧道施工已形成一套比较完善的施工方法，形成了一系列适用于不同条件的施工工法，包括全断面法、台阶法、CRD法等。然而对邻近既有车站的隧道开挖面失稳破坏特征和演化规律以及开挖面失稳对既有车站结构影响研究成果不多，更多的集中在无地下既有结构影响下隧道开挖面稳定性和隧道正常开挖施工对周围环境或既有结构的影响研究。因此，如何预估隧道失稳和邻近既有结构的相互影响作用并进行隧道失稳风险判断是近接施工中的一个核心问题。
[0003]采用小尺寸模型试验研究隧道施工失稳对既有结构力学及周围地层影响具有重要的理论和现实意义，现有的模型试验模拟隧道开挖失稳的装置主要分为三类，一是通过内置囊体，通过控制囊体内的气体或者液体释放，模拟开挖面应力释放，该方法虽然能够较好控制开挖面的应力释放程度，但是通用性不高，浪费成本；二是通过人工开挖，该方法开挖效率低，开挖效果误差较大；三是采用开挖面后退的方式模拟，该方法结构简单，成本较低，操作性强。另外，隧道开挖失稳断面大多采用全断面法，往往与实际施工不符。
[0004]综上，目前采用开挖面后退开挖模拟方式的模型试验主要存在有以下几个问题：1、无法模拟隧道开挖面和支护间距对隧道开挖面失稳的影响；2、无法实现不同开挖断面开挖失稳；3、很少实现同一个模型箱能够分别进行整圆隧道试验和半圆隧道试验的功能。而通过控制开挖套筒四个部分的组合，实现各部分的纵向长度的差异来模拟各分部开挖，进而模拟不同开挖方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种能够实现隧道的不同埋深、不同开挖方法以及不同支护条件的施工行为模拟，准确测量隧道开挖失稳对周围地层沉降值以及邻近既有结构内力并进行分析的模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置，包括：模型箱，模型箱一侧安装整圆模型，连接孔内外侧分别安装连接法兰和整圆安装座；在模型箱上整圆模型的一侧安装半圆模型，在外筒和套筒能够贴合的该侧有机玻璃处开两个小孔，用于固定半圆安装座，伸出螺旋杆；模型箱内部放置既有结构模型。
[0008]优选的，整圆模型中，通过安装座安插隧道开挖装置，隧道开挖装置包括支护外筒、第一开挖套筒、第二开挖套筒、第三开挖套筒、第四开挖套筒、螺杆、同步轮、同步带和螺杆手轮。
[0009]优选的，整圆安装座有四个螺纹孔，固定四个螺杆，保证螺杆只能在一个方向上运动。
[0010]优选的，四个开挖套筒组合成一个圆形结构，贴合支护外筒；每个套筒是开口的四分之一圆，在套筒的顶部均安装螺杆，套筒和螺杆之间通过轴承连接。
[0011]优选的，螺杆尾端通过同步轮、同步带连接，通过同步轮和同步带的组合实现全断面、上台阶和单一导洞的开挖；在螺杆末端嵌入螺杆手轮，实现单一或者组合的螺杆同步旋转，以控制开挖面的后退，模拟实现开挖面应力释放。
[0012]优选的，半圆模型中，通过安装座安装半圆隧道开挖装置，半圆隧道开挖装置也包括内外套筒，内套筒是由两个开挖套筒组成，在外筒和模型箱开孔的有机玻璃间进行封闭处理，防止试验中的土体进入内筒之中。
[0013]优选的，所述模型箱为五块有机玻璃胶结形成的顶部开口的箱体，且模型箱铝型材外框架设有与有机玻璃板配合的卡槽，玻璃板可以拆卸。
[0014]优选的，所述开挖套筒为金属制空心四分之一圆柱体。
[0015]优选的，在隧道开挖装置存在相对滑动位置处均涂抹润滑剂。
[0016]优选的，在既有结构上贴应变片，测量既有结构的纵向应变。
[0017]本专利技术有益效果：
[0018]本模型试验测试装置可以手工制作，在相关科研中通用性良好，模型试验测试方案具有较强扩展性，可以进行不同埋深、不同开挖方式及不同超前支护影响研究中；本模型试验的隧道开挖失稳模拟装置可以较好模拟隧道失稳引起的周围地层及邻近既有结构的变形和应力情况，并可以较为准确测出隧道失稳塌方对周围环境的影响；本模型试验可手动控制开挖面后退距离，通过半圆观察开挖面失稳破坏形态，通过整圆模型进一步探究隧道失稳对周围环境和结构的影响；采用本套模型试验装置进行邻近结构隧道开挖失稳影响的模型试验研究，可为隧道工程现场施工提供良好的咨询与建议，对于制定浅埋暗挖隧道施工技术标准以及周围地层和邻近既有结构的安全保护措施提供一定的理论参考。
[0019]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例所述的模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置模型箱结构示意图。
[0022]图2为本专利技术实施例所述的整圆隧道开挖模型示意图。
[0023]图3为本专利技术实施例所述的半圆隧道开挖模型示意图。
[0024]图4为本专利技术实施例所述的开挖套管结构示意图。
[0025]图5为本专利技术实施例所述的不同埋深条件下开挖面前土压力随开挖面后退位移的关系示意图。
[0026]其中：1
‑
模型箱铝型材外框架；2
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有机玻璃板；3
‑
整圆隧道开挖装置；4
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半圆隧道开挖装置；5
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既有结构；6
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支护外筒；7
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开挖套筒；8
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连接法兰；9
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螺杆；10
‑
同步轮；11
‑
同步带；12
‑
螺纹手柄；13
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管塞盖子；14
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螺母；15
‑
轴承；16
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圆形安装座；17
‑
半圆安装座。
具体实施方式
[0027]下面详细叙述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0028]本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
[0029]还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置，其特征在于，包括：模型箱，模型箱一侧安装整圆模型，连接孔内外侧分别安装连接法兰和整圆安装座；在模型箱对面一侧安装半圆模型，在套筒能够贴合的该侧有机玻璃处开两个小孔，用于固定半圆安装座，伸出螺旋杆；模型箱内部放置既有结构模型。2.根据权利要求1所述的模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置，其特征在于，整圆模型中，通过安装座安插隧道开挖装置，隧道开挖装置包括支护外筒、第一开挖套筒、第二开挖套筒、第三开挖套筒、第四开挖套筒、螺杆、同步轮、同步带和螺杆手轮。3.根据权利要求2所述的模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置，其特征在于，整圆安装座有四个螺纹孔，固定四个螺杆，保证螺杆只能在一个方向上运动。4.根据权利要求3所述的模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置，其特征在于，四个开挖套筒组合成一个圆形结构，贴合支护外筒；每个套筒是开口的四分之一圆，在套筒的顶部均安装螺杆，套筒和螺杆之间通过轴承连接。5.根据权利要求4所述的模拟邻近结构受开挖面失稳影响的模型试验装置，其特征在于，螺杆尾端通过同步轮、同步带连接，通过同步轮和...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈宇鹏，蔡志勇，张旺，吕金彪，王述，刘腾，李星晨，
申请(专利权)人：北京市政建设集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：