測量盾構施工臨近地層變形和應變的試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及測量盾構施工臨近地層變形和應變的試驗裝置。
【背景技術】
[0002]盾構施工因應力擾動誘發隧道周邊地層沉降，并進一步危及建筑物的安全，因此地層變形是盾構施工需嚴格控制的一項重要指標，國內外學者從多方面對其開展了研究，隨著城市地鐵建設的加快，這一課題近年來也受到越來越多學者的關注。
[0003]關于盾構施工對隧道周邊地層變形影響的研究常用的方法有經驗公式法、解析法、有限元法和室內模型試驗法等。其中室內模型試驗法是指根據工程實際情況，在實驗室內依照相似理論建立模型，進行模型試驗研究土體的變形規律。為節省試驗費用，室內模型試驗法往往基于相似理論，采用小比尺模型進行試驗。因室內小模型試驗法能較好地控制施工條件，試驗周期短，見效快，結果直觀，而受到國內外學者較多的關注。
[0004]盾構隧道施工室內小比尺模型進行試驗能從多方面揭示盾構施工擾動機理、研究各施工因素對地層位移的影響，其已成為研究盾構隧道施工對環境影響的重要方法。但當前的研究對土體變形的測量多采用百分表等機械式位移傳感器進行量測，這種方法采集的數據點極其有限；同時，傳感器的安裝常受到空間限制，而且只能對地表變形進行測量，對地層內部的測量很困難。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是解決現有的室內模型試驗法中，對土體變形的測量多采用百分表等機械式位移傳感器進行量測，這種方法采集的數據點極其有限；同時，位移傳感器的安裝常受到空間限制，而且只能對地表變形進行測量，對地層內部的測量很困難的問題。
[0006]本發明采用的技術方案是:本發明是一種能夠真實直觀地反映盾構施工誘發隧道周邊地層的變形場和應變場的試驗裝置，試驗裝置能夠用于進行全隧道試驗和半隧道試驗，試驗裝置包括箱體為頂面敞口的長方形箱體，該長方形箱體由四塊側面和一塊底面拼接構成，四塊側面最好均采用玻璃板，以便于觀察和攝像。由于箱體需承擔一定的土壓，因此底板最好采用鋼板，最好采用角鋼在箱體周邊進行連接加固。在箱體的其中兩個相對側面上對應開設有通孔，采用第一鋼管和第二鋼管進行全隧道實驗，其中第一鋼管模擬全隧道、第二鋼管的一端模擬開挖面；采用鋼塊和活動塊進行半隧道實驗，鋼塊模擬半隧道、活動塊的一端模擬開挖面。
[0007]全隧道試驗用于研究地層損失引起的地層變形和應變，目的在于揭示盾構開挖注漿不及時或注漿量不足而導致地面沉降的機理。
[0008]半隧道試驗用于研究隧道在不同埋深下施工時、開挖面前方地層的擾動變形和應變特征及盾構施工推力大小對土層的影響規律。
[0009]土層變形的測量采用高清數碼相機，數碼相機安裝在牢固穩定的三角架上，布置于試驗箱外適當距離處，鏡頭的高度與隧道軸線盡量等高，全隧道試驗時對隧道橫斷面土體進行照相，半隧道試驗時對隧道縱斷面土體進行照相。
[0010]本發明的有益效果是:利用實驗設備模擬盾構施工過程，利用相機作為數據采集設備對全隧道的橫斷面和半隧道的縱斷面攝影，利用圖像處理技術實現隧道周邊土體變形和應變的計算與分析，對掌握土層內部變形場和的應力場特性及影響因素、擾動范圍、土拱形成機理等的研究上具有突出的優越性。
【附圖說明】
[0011]圖1為箱體的示意圖。
[0012]圖2為本發明中模擬全隧道的示意圖。
[0013]圖3為本發明中模擬半隧道的示意圖。
[0014]圖4為鋼塊附近的局部示意圖圖5為進行全隧道實驗時的示意圖。
[0015]圖6為進行半隧道實驗時的示意圖。
[0016]圖中所示:1箱體，2通孔，3鋼塊，4第一鋼管，5第二鋼管，6活動塊，7照相機，8第一螺紋套筒，9搖柄，10傳動桿，11基座，12第二螺紋套筒，13螺桿，14緊固螺母，15照明燈，16拉手，17填充物。
【具體實施方式】
[0017]下面結合圖，對本發明做進一步的說明。
[0018]實施例1:測量盾構施工臨近地層變形和應變的試驗裝置，包括箱體1，所述箱體至少兩個側面透明，箱體的其中兩個相對側面上均設置有通孔2，箱體側面上設有能夠與該側內側壁接觸的鋼塊3，鋼塊的軸線與設置有鋼塊的那個側面平行，兩個通孔中一個通孔的直徑比另一個通孔大，箱體上還設置有穿過兩個通孔的第一鋼管4和穿過直徑較大的通孔的第二鋼管5，第二鋼管套接于第一鋼管外且與第一鋼管活動連接、使得第一鋼管與第二鋼管能夠相對滑動從而模擬開挖，所述鋼塊所在位置能夠對第一鋼管和第二鋼管進行讓位，所述鋼塊內部為空心結構使得鋼塊內部能夠與箱體的內壁圍成一個空間，鋼塊內部活動連接有活動塊6且鋼塊的軸線方向上至少一側設置有供該活動塊穿出的結構，所述箱體外設置有照相機7。
[0019]本實施例中，模擬全隧道的第二鋼管與第一鋼管之間配合嚴密、防止砂或粘土進入。模擬半隧道的鋼塊形狀有多種，最好其內部呈半圓柱體狀，例如鋼塊是用一個無頂(或無底)的空心圓柱體從其底面(或頂面)的直徑處切割使得空心圓柱體分成兩半，將其中一半作為鋼塊使得鋼快具有一個半圓形的底部(或頂部)、其他位置沿隧道橫向的剖面是弧度為η的弧形。鋼塊內部能夠與箱體的內壁圍成一個空間的方式有多種，例如位于內部為空心的鋼塊一側的鋼塊側壁固連在箱體內壁、使得其內部與箱體的內壁圍成一個空間，當然也可以采用其他方式。活動塊的大小與鋼塊內部相適配，當鋼塊內部與箱體的內壁圍成一個空間時，活動塊與鋼塊內壁及箱體的內壁緊密接觸。鋼塊內的活動塊可以通過各種方式進行調節，例如在鋼管內設置氣缸或油缸、氣缸或油缸的活塞桿與活動塊固定連接，例如在箱體外設置帶動活動塊的傳動機構等方式。鋼塊的軸線方向上至少一側設置有供該活動塊穿出的結構，這種結構可以是采用在軸線方向的側壁上設置與活動塊相適配的開口、也可以是不設置任何阻擋。具體的可以采用下述方式:鋼塊軸線方向一側有側壁，側壁上開有小孔，小孔能夠使得箱體外的傳動機構與鋼塊內的活動塊相連接；空心鋼塊軸線方向另一側無側壁，通過活動塊的前進與后退模擬隧道開挖面。
[0020]模擬全隧道挖掘時，通過調節第二鋼管的位置改變開挖面的位置，以研究盾構施工對開挖面前方土體的影響范圍及不同范圍內土體在隧道橫斷面上的變形規律；模擬半隧道挖掘時通過調節鋼塊內活動塊的位置、以研究實踐過程中經常出現的掌子面推力不足或推力過大時對土體的擾動情況以及在開挖面附近隧道縱斷面上土體的變形規律。
[0021]實施例2，與實施例1的區別在于:與所述鋼塊軸線的延長線相交的箱體側面的外壁上設置第一螺紋套筒8，第一螺紋套筒螺紋連接有搖柄9，鋼塊靠近設有第一螺紋套筒的箱體側面的一端側壁以及設有第一螺紋套筒的箱體側面上均設置有開口(具體的可以是與鋼塊軸線相交的兩個側面中的一個上設置有開口)，所述活動塊上固定連接有傳動桿10或連接繩，所述開口的大小與傳動桿或連接繩相適配且第一螺紋套筒的內部空間能夠容納傳動桿或連接繩，所述傳動桿或連接繩遠離活動塊的一端穿過開口且伸入第一螺紋套筒且與搖柄伸入第一螺紋套筒的一端固定連接。
[0022]模擬半隧道挖掘時，可能會遇到掌子面推力不足或推力過大的情況，為了模擬掌子面推力不足或推力過大的狀況，實施例2具體的采用了一種設置簡單、成本低易于實現的方式:設置傳動機構，傳動機構包括第一螺紋套筒、搖柄和連接繩(或傳動桿)。旋轉搖柄通過連接繩或傳動桿牽動活動塊向后滑動，從而模擬掌子面推力不足的情況；旋轉搖柄通過傳動桿將力傳遞至活動塊使其向前推進，從而模擬掌子面推力過大的情況。
[0023]實施例3，與實施例1的區別在于:它還包括基座11，基座上設置有第二螺紋套筒12，第二螺紋套筒內設置有螺桿13，所述螺桿遠離基座的一端與所述鋼塊上朝向箱體底壁的一側固定連接，需要調節鋼塊所在高度時在箱體外通過第二螺紋套筒內的螺桿進行調節、調節好后如需進行半隧道實驗則將基座放置于箱體底壁靠近箱體側面處，進行全隧道實驗時最好不