本發(fā)明涉及模擬頂管法施工，尤其涉及模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、采用頂管法修建聯(lián)絡(luò)通道是穿越鐵路、道路、河流或建筑物等各種障礙物時(shí)采用的一種暗挖式施工方法，具有安全、污染小、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)。目前針對(duì)頂管法修建聯(lián)絡(luò)通道的研究更多的是體現(xiàn)在數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)上，模擬施工過(guò)程中不同頂推力、預(yù)支撐力對(duì)主隧道結(jié)構(gòu)的影響的研究還比較匱乏，因此，本發(fā)明依托實(shí)際工程進(jìn)行縮尺模型試驗(yàn)，為開(kāi)展聯(lián)絡(luò)通道頂管法的模型試驗(yàn)研究提供了裝置基礎(chǔ)，針對(duì)不同頂推力、預(yù)支撐力對(duì)主隧道管片的應(yīng)變、應(yīng)力開(kāi)展試驗(yàn)研究。

2、公開(kāi)號(hào)為cn210768782u的發(fā)明公開(kāi)了一種隧道開(kāi)挖和支護(hù)的模擬試驗(yàn)裝置，包括支撐組件和模擬組件，支撐組件包括支架、伸縮軸、支架箱體和頂推油缸，頂推油缸固定于所述支架的內(nèi)部，且所述頂推油缸的輸出端傳動(dòng)連接于所述伸縮軸，且所述伸縮軸貫穿所述支架的外壁。但上述隧道開(kāi)挖和支護(hù)的模擬試驗(yàn)裝置僅用于模擬頂管、土壓盾構(gòu)等施工過(guò)程引起的地層變形等環(huán)境問(wèn)題，無(wú)法模擬不同頂推力、預(yù)支撐力對(duì)主隧道結(jié)構(gòu)的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于為解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，而提供模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置及方法，能夠模擬實(shí)際施工工況，針對(duì)不同頂推力、預(yù)支撐力對(duì)主隧道結(jié)構(gòu)的影響開(kāi)展研究。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置，包括模型箱、主隧道模型和聯(lián)絡(luò)通道模型，所述主隧道模型設(shè)于模型箱內(nèi)，所述主隧道模型一側(cè)設(shè)有通孔，所述聯(lián)絡(luò)通道模型位于主隧道模型內(nèi)，所述模型箱內(nèi)與主隧道模型之間填充有土體；

3、所述主隧道模型內(nèi)設(shè)有支撐裝置、頂推裝置和檢測(cè)裝置，所述支撐裝置包括支撐主體、用于對(duì)主隧道模型施加水平預(yù)支撐力的水平支撐組件和用于對(duì)主隧道模型施加豎直預(yù)支撐力的豎直支撐組件，水平支撐組件和豎直支撐組件分別獨(dú)立設(shè)置在支撐主體上，所述頂推裝置一端與水平支撐組件連接，另一端用于頂推所述聯(lián)絡(luò)通道模型通過(guò)通孔進(jìn)入土體內(nèi)，所述檢測(cè)裝置用于實(shí)時(shí)檢測(cè)主隧道模型的應(yīng)變和應(yīng)力。

4、可選的，所述頂推裝置包括頂推驅(qū)動(dòng)件和套筒，所述頂推驅(qū)動(dòng)件一端與水平支撐組件連接，另一端與套筒可拆卸連接。

5、可選的，所述套筒為中空結(jié)構(gòu)。

6、可選的，所述水平支撐組件包括設(shè)置在支撐主體上的水平支撐桿，分別設(shè)置在水平支撐桿兩端的水平固定板和水平移動(dòng)板，所述水平支撐桿與水平移動(dòng)板之間設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)水平移動(dòng)板運(yùn)動(dòng)的水平驅(qū)動(dòng)件，所述頂推裝置與水平固定板連接。

7、可選的，所述水平驅(qū)動(dòng)件為液壓伸縮裝置。

8、可選的，所述水平支撐組件分別設(shè)于頂推裝置的兩側(cè)。

9、可選的，所述豎直支撐組件包括設(shè)置在支撐主體上的豎直支撐桿、分別設(shè)于豎直支撐桿兩端的豎直固定板和豎直移動(dòng)板，所述豎直支撐桿與豎直移動(dòng)板之間設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)豎直移動(dòng)板運(yùn)動(dòng)的豎直驅(qū)動(dòng)件。

10、可選的，所述豎直支撐組件包括設(shè)置在支撐主體上的豎直支撐桿，分別設(shè)于豎直支撐桿兩端的豎直移動(dòng)板，所述豎直支撐桿上設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)豎直移動(dòng)板運(yùn)動(dòng)的豎直驅(qū)動(dòng)件。

11、可選的，所述檢測(cè)裝置包括設(shè)置在主隧道模型上的壓力傳感器和應(yīng)力片。

12、本發(fā)明還提供基于上述模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，包括如下步驟：

13、s1、將主隧道模型和聯(lián)絡(luò)通道模型放入模型箱內(nèi)；

14、s2、在主隧道模型上設(shè)置檢測(cè)裝置；

15、s3、往模型箱內(nèi)填充土體；

16、s4、啟動(dòng)水平支撐組件和豎直支撐組件，向主隧道模型施加水平預(yù)支撐力和豎直預(yù)支撐力；

17、s5、啟動(dòng)頂推裝置頂推所述聯(lián)絡(luò)通道模型通過(guò)通孔進(jìn)入土體內(nèi)；

18、s6、檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)對(duì)主隧道模型的應(yīng)變和應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)。

19、有益效果：

20、1.本發(fā)明的模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置通過(guò)縮小設(shè)計(jì)仿真成型，包括模型箱、主隧道模型和聯(lián)絡(luò)通道模型，所述主隧道模型內(nèi)設(shè)有支撐裝置、頂推裝置和檢測(cè)裝置。

21、將主隧道模型和聯(lián)絡(luò)通道模型放入模型箱內(nèi)，在主隧道模型受預(yù)支撐力和頂推力的位置設(shè)置檢測(cè)裝置，對(duì)主隧道管片的應(yīng)變、應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在主隧道模型與模型箱之間，聯(lián)絡(luò)通道模型與模型箱之間的間隙填滿(mǎn)土體；開(kāi)始模擬頂管法施工過(guò)程，啟動(dòng)水平支撐組件向主隧道模型施加水平預(yù)支撐力，啟動(dòng)豎直支撐組件向主隧道模型施加豎直預(yù)支撐力，再啟動(dòng)頂推裝置頂推所述聯(lián)絡(luò)通道模型通過(guò)通孔進(jìn)入土體內(nèi)，模擬頂管法施工過(guò)程時(shí)檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)主隧道模型的應(yīng)變和應(yīng)力。

22、本發(fā)明能夠模擬實(shí)際施工工況以開(kāi)展模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)，研究不同的頂推力、不同的水平和豎直預(yù)支撐力對(duì)主隧道模型結(jié)構(gòu)的影響。

23、2.本發(fā)明中水平支撐組件和豎直支撐組件用于在水平方向和豎直方向上分別施加水平預(yù)支撐力和水平預(yù)支撐力，水平支撐組件和豎直支撐組件分別獨(dú)立設(shè)置在支撐主體，可以實(shí)現(xiàn)水平預(yù)支撐力和豎直預(yù)支撐力分別控制，使施加的預(yù)支撐力的集中，且水平預(yù)支撐力和水平預(yù)支撐力不會(huì)相互影響，能夠根據(jù)實(shí)際施工時(shí)水平和豎直方向所受到的土壓力不同，調(diào)整水平支撐組件和豎直支撐組件對(duì)主隧道管片在水平和豎直方向施加的預(yù)支撐力。

24、3.本發(fā)明中頂推裝置一端與水平支撐組件連接，頂推裝置頂推聯(lián)絡(luò)通道模型時(shí)施加的頂推力作用在水平支撐組件上，能夠避免頂推力直接作用在主隧道模型導(dǎo)致的應(yīng)力集中，減少對(duì)主隧道模型的管片的破壞。

25、4.本發(fā)明中套筒可拆卸設(shè)置在頂推驅(qū)動(dòng)件上，能夠根據(jù)不同斷面的聯(lián)絡(luò)通道模型調(diào)整其形狀，對(duì)不同斷面的聯(lián)絡(luò)通道模型進(jìn)行頂推，頂推驅(qū)動(dòng)件與套筒通過(guò)螺栓連接，以便于進(jìn)行安裝和拆卸，例如安裝標(biāo)準(zhǔn)圓斷面、大圓斷面、矩形斷面等的聯(lián)絡(luò)通道。

26、5.本發(fā)明中套筒為中空結(jié)構(gòu)，中空結(jié)構(gòu)為預(yù)留的存土空間，模擬頂推過(guò)程中，套筒頂推聯(lián)絡(luò)通道模型進(jìn)入土體后，聯(lián)絡(luò)通道模型內(nèi)的土可以進(jìn)入預(yù)留的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)，防止土體積壓，造成局部應(yīng)力過(guò)大，應(yīng)力集中。

技術(shù)特征：

1.模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括模型箱、主隧道模型和聯(lián)絡(luò)通道模型，所述主隧道模型設(shè)于模型箱內(nèi)，所述主隧道模型一側(cè)設(shè)有通孔，所述聯(lián)絡(luò)通道模型位于主隧道模型內(nèi)，所述模型箱內(nèi)與主隧道模型之間填充有土體；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述頂推裝置包括頂推驅(qū)動(dòng)件和套筒，所述頂推驅(qū)動(dòng)件一端與水平支撐組件連接，另一端與套筒可拆卸連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述套筒為中空結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述水平支撐組件包括設(shè)置在支撐主體上的水平支撐桿，分別設(shè)置在水平支撐桿兩端的水平固定板和水平移動(dòng)板，所述水平支撐桿與水平移動(dòng)板之間設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)水平移動(dòng)板運(yùn)動(dòng)的水平驅(qū)動(dòng)件，所述頂推裝置與水平固定板連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述水平驅(qū)動(dòng)件為液壓伸縮裝置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述水平支撐組件分別設(shè)于頂推裝置的兩側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述豎直支撐組件包括設(shè)置在支撐主體上的豎直支撐桿、分別設(shè)于豎直支撐桿兩端的豎直固定板和豎直移動(dòng)板，所述豎直支撐桿與豎直移動(dòng)板之間設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)豎直移動(dòng)板運(yùn)動(dòng)的豎直驅(qū)動(dòng)件。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述豎直支撐組件包括設(shè)置在支撐主體上的豎直支撐桿，分別設(shè)于豎直支撐桿兩端的豎直移動(dòng)板，所述豎直支撐桿上設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)豎直移動(dòng)板運(yùn)動(dòng)的豎直驅(qū)動(dòng)件。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)裝置包括設(shè)置在主隧道模型上的壓力傳感器和應(yīng)力片。

10.一種基于權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供模擬聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，其中試驗(yàn)裝置包括模型箱、主隧道模型和聯(lián)絡(luò)通道模型，主隧道模型設(shè)于模型箱內(nèi)，主隧道模型一側(cè)設(shè)有通孔，聯(lián)絡(luò)通道模型位于主隧道模型內(nèi)，模型箱內(nèi)與主隧道模型之間填充有土體；主隧道模型內(nèi)設(shè)有支撐裝置、頂推裝置和檢測(cè)裝置，支撐裝置包括支撐主體、水平支撐組件和豎直支撐組件，水平支撐組件和豎直支撐組件分別獨(dú)立設(shè)置在支撐主體上，頂推裝置一端與水平支撐組件連接，另一端用于頂推聯(lián)絡(luò)通道模型通過(guò)通孔進(jìn)入土體內(nèi)，檢測(cè)裝置用于實(shí)時(shí)檢測(cè)主隧道模型的應(yīng)變和應(yīng)力。本發(fā)明能夠模擬實(shí)際施工工況，針對(duì)不同頂推力、預(yù)支撐力對(duì)主隧道結(jié)構(gòu)的影響開(kāi)展研究。

技術(shù)研發(fā)人員：李曉龍,陳超亞,胡錦華,于興國(guó),張文杰,陳影,劉小鋒,鐘燕輝,張蓓,臧全勝,郭明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鄭州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2