机械法联络通道掘进机接收模型试验平台及其试验方法与流程

本发明涉及一种掘进机接收模拟平台，尤其是涉及一种机械法联络通道掘进机接收模型试验平台及其试验方法。

背景技术：

随着我国经济高速发展以及城市建设不断发展和城市规模不断的扩大，城市人口急剧增长，城市交通拥挤现象日趋严重，建设城市轨道交通是缓解城市交通拥挤现象的重要措施。地铁已成为一个国家综合国力、城市经济实力、人们生活水平及现代化的重要标志。根据《地铁规范设计》（gb50157—2003）第19.1.22条规定：“两条单线区间隧道之间，当隧道连贯长度大于600m时，应设置联络通道”。

软土地区联络通道施工一般采用冻结法加固后使用矿山法开挖的方法，但该方法具有冻融对周边环境影响大、施工期长、施工成本高等缺点。机械法联络通道施工是指利用顶管或盾构切削隧道管片和土体，并拼装管节或管片形成联络通道的方法，其具有安全度高，对周边环境影响小，施工速度快等一系列优点，具有广阔的工程应用前景，但针对机械法联络通道整体施工过程中包括：盾构掘进机始发端切削主隧道管片时对主隧道结构的受力变化及管片背后水土压力的变化规律、联络通道掘进施工中对背后主隧道管片结构的受力影响及刀盘前土压力的变化规律、盾构掘进机进行接收端主隧道管片切削时对主隧道管片受力变化的影响等，只能采用现场试验的方法，但是现场试验约束性比较大，无法实现变化参数的有效模拟。现有的盾构法隧道试验平台都无法真实模拟机械法联络通道整体施工过程，盾构切削模拟试验一般采用土箱切削模拟，具有很大的局限性，亟需一种机械法联络通道掘进机接收模拟平台及方法，能配合机械法联络通道的现场施工技术，更能够对该技术做出更进一步的完善。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能同时实现模拟真实主隧道对多环管片施加土压力载荷、以及模拟盾构掘进机在联络通道中出洞过程中隧道管片真实的应力应变状态的机械法联络通道掘进机接收模型试验平台及其试验方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种机械法联络通道掘进机接收模型试验平台，包括多环管片试验单元、多环管片液压伺服土压力模拟系统、联络通道地层模拟系统和盾构掘进机接收系统；

所述的多环管片试验单元由管片拼接形成，用于模拟真实隧道管片结构状态；

所述的多环管片液压伺服土压力模拟系统，用于模拟真实隧道形态对所述的多环管片试验单元施加土压力载荷；所述的联络通道地层模拟系统，用于模拟联络通道机械法施工过程中所述的多环管片试验单元所受的地层土体环境；所述的联络通道地层模拟系统包括一个纵向固定框架和两个可调长度的横向固定框架，所述的横向固定框架分别位于所述的纵向固定框架的上、下侧，所述的横向固定框架的一端与所述的纵向固定框架焊接连接且其另一端通过法兰与所述的多环管片液压伺服土压力模拟系统的框架连接，所述的纵向固定框架的两侧边沿分别固定设置有弧形管片支撑架，所述的弧形管片支撑架的表面焊接连接有用于模拟联络通道另一侧隧道管片结构的钢砼复合管片，所述的钢砼复合管片、所述的多环管片试验单元以及上、下两个所述的横向固定框架之间设置有钢质耐压囊体，所述的钢质耐压囊体的一端与所述的钢砼复合管片的外弧面焊接连接且其另一端与所述的多环管片试验单元焊接连接，所述的钢质耐压囊体的上部设置有至少一个注浆管，所述的钢质耐压囊体的下部设置有至少一个出浆管，所述的钢质耐压囊体的外表面沿环向均布有若干个压力传感器，所述的注浆管的进口处设置有与所述的压力传感器连接的注浆压力调节阀，所述的盾构掘进机接收系统包括用于盾构机完成接收端可切削管片切削试验后接收盾构机的接收套筒，所述的接收套筒的前端与所述的钢砼复合管片的内弧面焊接连接，所述的接收套筒的底部设置有套筒固定支撑架，所述的纵向固定框架内的底部设置有用于支撑所述的接收套筒的弧形套筒支撑托架。

所述的纵向固定框架的底部设置有用于使整体试验平台保持水平状态的带滑轮的平衡支撑架。可配合钢质耐压囊体长度从而调整横向固定框架的长度进行移动，同时起到对钢质耐压囊体进行内外侧接触面焊接时预留作业空间。

下方所述的横向固定框架的上表面设置有至少一个用于支撑所述的钢质耐压囊体的囊体支撑托架，下方所述的横向固定框架的下表面设置有横向固定框架支撑架。

所述的注浆管通过注浆软管与外部的注浆压力泵连接，所述的注浆压力调节阀位于所述的注浆软管上，所述的压力传感器通过反馈控制器与所述的注浆压力调节阀连接。注浆压力调节阀根据压力传感器显示的钢质耐压囊体压力情况来进行调节控制，从而真实模拟联络通道在一定埋深土层里受力环境。

所述的注浆管为2个且对称分布在所述的钢质耐压囊体的顶部两侧，所述的出浆管为一个且设置在所述的钢质耐压囊体的底部中央，所述的压力传感器在所述的钢质耐压囊体的外表面沿环向均布为8个且在所述的钢质耐压囊体的外表面沿轴向均布有3个。

所述的钢质耐压囊体内设置有至少一个用于实时监测注入浆液含水率的水土分析仪，所述的钢质耐压囊体的内壁顶部及底部各对应设置有至少3组用于监测试验全过程水土压力的土压力盒。

利用上述模型试验平台进行机械法联络通道掘进机接收试验。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明首次公开了机械法联络通道掘进机接收模型试验平台及其试验方法，其采用的联络通道地层模拟系统是一种盾构所在原状土的再造装置，能够针对不同的地层土体注入不同物理特性的介质，并可以根据地质状况实时调整所注入介质的含水率。对于钢质耐压囊体，可依据不同工程地质环境下盾构穿越地层土体进行真实模拟联络通道的注浆压力和变形关系，从而可实现真实模拟联络通道机械法施工过程中穿越深埋地层状态，探究机械法联络通道施工盾构机穿越不同地层土体环境下管片力学特性及设备参数指标优化且可进一步探究钢砼复合管片可切削部位管片的优化设计。

综上所述，本发明机械法联络通道掘进机接收模型试验平台及其试验方法，在盾构掘进机切削试验中，该平台能够有效模拟盾构掘进机在联络通道中的进洞过程中隧道管片真实的应力应变状态。同时，能够对土层的水土压力、含水率等穿越地层环境做出相应的模拟，整个盾构切削联络通道试验的过程接近真实情况下的联络通道盾构切削施工过程，对于未来的盾构技术发展将会有一个很大的提高。

附图说明

图1为本发明机械法联络通道掘进机接收模型试验平台的结构示意图一；

图2为本发明机械法联络通道掘进机接收模型试验平台的结构示意图二

图3为本发明纵向固定框架和横向固定框架连接的结构示意图；

图4为本发明纵向固定框架的结构示意图；

图5为本发明钢质耐压囊体的结构示意图；

图6为图5的a-a’截面剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

具体实施例

一种机械法联络通道掘进机接收模型试验平台，如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，包括多环管片试验单元1、多环管片液压伺服土压力模拟系统2和联络通道地层模拟系统3；

多环管片试验单元1由管片拼接形成，用于模拟真实隧道管片结构状态；

多环管片液压伺服土压力模拟系统2，用于模拟真实隧道形态对多环管片试验单元1施加土压力载荷；

联络通道地层模拟系统3，用于模拟联络通道机械法施工过程中多环管片试验单元1所受的地层土体环境；

联络通道地层模拟系统3包括一个纵向固定框架4和两个可调长度的横向固定框架5，横向固定框架5分别位于纵向固定框架4的上、下侧，横向固定框架5的一端与纵向固定框架4焊接连接且其另一端通过法兰与多环管片液压伺服土压力模拟系统2的框架连接，纵向固定框架4的两侧边沿分别固定设置有弧形管片支撑架6，弧形管片支撑架6的表面焊接连接有用于模拟联络通道另一侧隧道管片结构的钢砼复合管片7，钢砼复合管片7、多环管片试验单元1以及上、下两个横向固定框架5之间设置有钢质耐压囊体8，钢质耐压囊体8的一端与钢砼复合管片7的外弧面焊接连接且其另一端与多环管片试验单元1焊接连接，钢质耐压囊体8的上部设置有至少一个注浆管9，钢质耐压囊体8的下部设置有至少一个出浆管10，钢质耐压囊体8的外表面沿环向均布有若干个压力传感器11，注浆管9的进口处设置有与压力传感器11连接的注浆压力调节阀12；

盾构掘进机接收系统包括用于盾构机完成接收端可切削管片切削试验后接收盾构机的接收套筒13，接收套筒13的前端与钢砼复合管片7的内弧面焊接连接，接收套筒13的底部设置有套筒固定支撑架14，纵向固定框架4内的底部设置有用于支撑接收套筒13的弧形套筒支撑托架15。

在此具体实施例中，纵向固定框架4的底部设置有用于使整体试验平台保持水平状态的带滑轮的平衡支撑架16。下方横向固定框架5的上表面设置有至少一个用于支撑钢质耐压囊体8的囊体支撑托架17，下方横向固定框架5的下表面设置有横向固定框架支撑架18。注浆管9通过注浆软管19与外部的注浆压力泵（图中未显示）连接，注浆压力调节阀12位于注浆软管19上，压力传感器11通过反馈控制器与注浆压力调节阀12连接。注浆管9为2个且对称分布在钢质耐压囊体8的顶部两侧，出浆管10为一个且设置在钢质耐压囊体8的底部中央，压力传感器11在钢质耐压囊体8的外表面沿环向均布为8个且在钢质耐压囊体8的外表面沿轴向均布有3个。钢质耐压囊体8内设置有至少一个用于实时监测注入浆液含水率的水土分析仪20，钢质耐压囊体8的内壁顶部及底部各对应设置有至少3组用于监测试验全过程水土压力的土压力盒21。可将上述模型试验平台用于机械法联络通道掘进机接收试验。

上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。