申请/专利权人：中国地质大学(武汉)

申请日：2022-09-14

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN115507808B

主分类号：G01B21/32

分类号：G01B21/32;G01B21/02;G01C5/00;G01L1/22;G01N1/36;G01N3/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2023.01.10#实质审查的生效;2022.12.23#公开

摘要：模拟临近隧道施工条件下既有隧道受力变形特性的试验装置及方法，装置包括模型箱、既有隧道模型、新建隧道模型、试验砂土和监测系统，既有隧道模型与新建隧道模型正交布置；既有隧道模型包括多个3D打印、拼接成一体的隧道管环，各个隧道管环由1个封顶管片、2个邻接管片和3个标准管片通过螺栓拼装而成；新建隧道模型由铝合金管制成，铝合金管管壁包裹有若干液囊；监测系统包括地表变形监测系统和既有隧道模型受力变形监测系统。本发明便于组装和拆卸，能模拟多种临近隧道施工工况并很好地反映实际隧道的受力变形特性，排液法能很好的反映施工造成的地层损失，且不需要采用拖曳或顶进设备完成隧道的安装，提高了试验可行性且降低了试验成本。

主权项：1.模拟临近隧道施工条件下既有隧道受力变形特性的试验装置，其特征在于，包括模型箱、既有隧道模型、新建隧道模型、试验砂土和监测系统，所述试验砂土布置在模型箱内，所述既有隧道模型、新建隧道模型布置在试验砂土中，且既有隧道模型与新建隧道模型正交布置，新建隧道模型轴线位于既有隧道模型中间环下方；所述模型箱包括底板和四周的有机玻璃板，所述底板和四周的有机玻璃板通过角钢拼接而成，所述底板为实木质，底板上刻有底板凹槽；所述有机玻璃板按在每一面的位置分为上板、中板和下板，下板插入底板凹槽中，并通过角钢和加固螺栓固定于底板上，随后逐次安装中板和上板，同样通过角钢在横向和竖向进行加固；所述角钢上开有角钢螺栓孔；所述模型箱前后面的两个有机玻璃板的下板上各设置一个排砂口，两个排砂口处设置一个对应的挡板，装砂过程中所述排砂口通过挡板保持关闭，卸砂时打开挡板通过排砂口进行快速排砂；所述模型箱左右两侧面的两个有机玻璃板的中板中心位置处设置有既有隧道安装孔，用以安装既有隧道模型，模型箱前后面有机玻璃板的下板上设置新建隧道安装孔，用以安装新建隧道模型；上述既有隧道安装孔、新建隧道安装孔内均刻有较浅的凹槽，凹槽内安装橡胶圈；所述模型箱前后有机玻璃板的上板与左右两侧有机玻璃板的上板设置滑杆安装孔；所述既有隧道模型包括多个3D打印、拼接成一体的隧道管环，各个隧道管环由1个封顶管片、2个邻接管片和3个标准管片通过螺栓拼装而成；所述封顶管片、邻接管片和标准管片的管片纵缝位置平滑，管片环缝位置设置凹凸榫槽；所述封顶管片、邻接管片和标准管片的纵缝设置3个管片螺栓粗孔或管片螺栓细孔，拼接成一体的隧道管环的环缝设置16个管片螺栓粗孔或管片螺栓细孔；所述隧道管环由螺栓通过管片螺栓粗孔和相邻拼接管片的管片螺栓细孔连接；所述管片螺栓粗孔为安装连接管片处螺母一侧；每环隧道管环的相邻管片之间通过小比例缩尺螺栓连接，相邻隧道管环之间通过管片环缝位置的凹凸榫槽及斜螺栓连接；所述新建隧道模型由铝合金管制成，所述铝合金管外表面沿环向刻有若干节铝管凹槽，所述铝合金管管壁包裹有若干液囊，各个液囊通过环箍固定在铝合金管外表面的铝管凹槽中，各个液囊上设置有排液口，各个排液口分别与一根导管连接，每根导管的一端穿过铝合金管管壁的铝管开孔、另一端由铝合金管内腔引出至铝合金管外部，且引出至外部的导管在接近末端位置处设置有阀门；所有导管的末端与总导管连接，所述总导管末端设置有橡胶接头；所述监测系统包括地表变形监测系统和既有隧道模型受力变形监测系统，用于对既有隧道模型的纵向位移、隧道表面土压力、隧道横向收敛、隧道横向应变、地表沉降和深部土体位移进行监测与分析；所述地表变形监测系统包括第一滑杆、第二滑杆和地表位移计，所述第一滑杆、第二滑杆分别位于既有隧道模型与新建隧道模型轴线上部，所述第一滑杆、第二滑杆通过接头固定在有机玻璃板上板的滑杆安装孔中，所述地表位移计安装在第一滑杆、第二滑杆上；沿隧道轴线位置在地表处布置若干薄木片，所述地表位移计探头顶在薄木片上；所述既有隧道受力变形监测系统包括隧道位移计、应变片、微型土压力计、第三滑杆和万向夹具，所述万向夹具通过连接头固定于模型箱外壁，万向夹具夹持第三滑杆并保证第三滑杆不与既有隧道模型内壁接触；所述隧道位移计安装在第三滑杆上；所述应变片和微型土压力计分别粘贴于既有隧道模型外表面；上述传感元件都连接到信号采集仪上。

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权利要求：

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